【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种管式静风洞膜片设计方法，特别是一种针对管式静风洞运用膜片形式起动流场条件下膜片的设计方法。
技术介绍
1、高速静风洞技术的研究是当前空气动力学研究的前沿领域之一。飞行器在高空大气中高速飞行时，来流噪声和湍流度很低；而地面常规风洞试验段来流噪声较大、气流扰动大，湍流度一般超过1％，与飞行环境相差甚远。静风洞流场的起动一般常用夹膜机构或法兰将膜片预先夹紧，通过膜片分割形成的几个不同空间形成一定压差进行破膜，由于其具有打开快速、成本低廉、维护方便等特点，已被世界上诸多静风洞所采用。
2、然而，膜片往往伴随着激波的冲击以及气体的侵蚀，巨大的冲击载荷使得膜片破裂后膜瓣存在被剪切的风险，进而导致设备及模型的损坏，同时也影响风洞气流品质，对于在世界上任意一座激波风洞中，膜片应该如何控制几何参数得到人们想要的膜片开度而不发生膜瓣掉落，这几乎是所有静风洞均存在的破膜难题。
技术实现思路
1、本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种管式静风洞膜片设计方法，通过膜片的名义破裂应力与膜片厚度可实现对膜片破裂压力的控制，本专利技术设计理论可用于预测世界上任意一座管式静风洞的膜片破裂，是膜片破裂理论的一种新体系，对管式静风洞设备高效运行具有重要意义。
2、本申请提供的技术方案如下：
3、一种管式静风洞膜片设计方法，首次提出了管式静风洞膜片破裂的统一设计方法，可用于设计世界上任意一座管式静风洞的膜片主要性能参数，是膜片破裂理论的一种新体系，其
4、
5、其中，σ’为膜片受到的真实应力；m为膜片厚度修正系数；r3为膜片发生形变后的外径；t为膜片厚度，p为膜片所受到的气体压力。当σ’达到膜片的名义破裂应力σ’b时，对应得到膜片破裂压力pb。
6、调节膜片开槽后剩余厚度tg，以使膜片破裂压力pb达到目标值。
7、所述设计方法包括如下步骤：①确定膜片对应材料的抗拉强度σb和膜片开槽后剩余厚度tg；②计算膜片的名义破裂应力σ’b；③确定膜片的断裂应变ε；④确定膜片打开半径对应中心角的一半α；⑤确定膜片发生形变后的外径r3；⑥计算修正系数m；⑦计算膜片破裂压力p。
8、在步骤①中，确定膜片对应材料的抗拉强度σb和膜片开槽后剩余厚度tg。在任意一座管式静风洞确定后，相应膜片使用材料与膜片厚度t已给定，本领域技术人员查询膜片使用材料的抗拉强度，再拟定膜片的开槽深度，膜片厚度减去开槽深度得到膜片的剩余厚度tg。
9、在步骤②中，计算膜片的名义破裂应力σ’b。具体计算公式为：
10、
11、在步骤③中，确定与膜片的名义破裂应力σ’b相对应的断裂应变ε。本领域技术人员查询不同膜片材料的σ-ε曲线确定σ’b对应的ε；对于特殊材料，可做拉伸试验确定σ-ε曲线后，确定对应的ε。
12、在步骤④中，确定膜片打开半径对应中心角的一半α。将权利要求4中得到的ε带入到下式进行方程求解确定α。
13、
14、在步骤⑤中，确定膜片发生形变后的外径r3。计算公式如下：
15、
16、其中，α已由权利要求5计算得到，a为风洞夹持膜片法兰端面的圆角半径，b为膜片打开半径即风洞内径的1/2，a与b为任意一座管式静风洞确定后即可得到的已知量，具体见图1。
17、在步骤⑥中，计算修正系数m，计算公式如下：
18、
19、其中，l0＝2(a+b)，l＝2α(a+r3)，α、a、b、r3由以上步骤全部已知。
20、在步骤⑦中，计算膜片破裂压力p，计算公式如下：
21、
22、其中，σ’为权利要求3中计算得到的膜片名义破裂应力σ’b，m、r3、t由以上步骤全部已知。
23、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
24、(1)首次提出了管式静风洞膜片破裂的统一设计方法，可用于设计世界上任意一座管式静风洞的膜片主要性能参数，是膜片破裂理论的一种新体系；
25、(2)从本质上解释了管式静风洞中膜片发生破裂的原因；
26、(3)通过气体压力作用于膜片，建立了可用于工程实际运用的管式静风洞膜片设计输入条件，工程运用性强；
27、(4)经与试验数据对比，本专利技术设计出的膜片破裂压力与实际误差小于10％，可较好地预测膜片的破裂压力；
28、(5)本专利技术解决了管式静风洞需要运用试验测试与仿真测试出膜片的破裂压力问题，设计成本小的同时兼具了效率提升。
29、本文首次提出了管式静风洞膜片破裂统一理论方法，从根本上解释了膜片发生破裂的原因，通过膜片的名义破裂应力与膜片厚度可实现对膜片破裂压力的控制，本专利技术设计理论可用于预测世界上任意一座管式静风洞的膜片破裂，是膜片破裂理论的一种新体系，对管式静风洞设备高效运行具有重要意义。
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1.一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述根据管式静风洞，确定膜片使用材料和膜片厚度t，根据膜片对应材料的抗拉强度σb，拟定膜片开槽后剩余厚度tg，包括：在任意一座管式静风洞确定后，相应膜片使用材料与膜片厚度t已给定，根据膜片使用材料的抗拉强度，拟定膜片的开槽深度，膜片厚度减去开槽深度得到膜片的剩余厚度tg。
3.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述膜片的名义破裂应力
4.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述确定与膜片的名义破裂应力σ’b相对应的膜片的断裂应变ε，包括：根据不同膜片材料的σ-ε曲线，确定名义破裂应力σ’b对应的断裂应变ε；或者，做拉伸试验确定σ-ε曲线后，确定名义破裂应力σ’b对应的断裂应变ε。
5.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述根据膜片的断裂应变ε，确定膜片打开半径对应中心角的一半α，包括：
6.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计
7.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述根据膜片形变后的长度l和膜片原始长度l0，计算修正系数m，包括：
8.根据权利要求7所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于：所述l0＝2(a+b)，l＝2α(a+r3)。
9.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述根据膜片厚度t、修正系数m、膜片的名义破裂应力σ’b和膜片发生形变后的外径r3，计算得到膜片破裂压力Pb，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述根据管式静风洞，确定膜片使用材料和膜片厚度t，根据膜片对应材料的抗拉强度σb，拟定膜片开槽后剩余厚度tg，包括：在任意一座管式静风洞确定后，相应膜片使用材料与膜片厚度t已给定，根据膜片使用材料的抗拉强度，拟定膜片的开槽深度，膜片厚度减去开槽深度得到膜片的剩余厚度tg。
3.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述膜片的名义破裂应力
4.根据权利要求1所述的一种管式静风洞膜片设计方法，其特征在于，所述确定与膜片的名义破裂应力σ’b相对应的膜片的断裂应变ε，包括：根据不同膜片材料的σ-ε曲线，确定名义破裂应力σ’b对应的断裂应变ε；或者，做拉伸试验确定σ-ε曲线后，确定名义破裂应力σ’b对应的断裂应变ε。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳，蒋博，李睿劬，肖翔，肖子骁，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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