CN102494863A - 一种用于高超声速风洞连续变凸起物高度的试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于高超声速风洞连续变凸起物高度的试验装置，支架系统用于将平板固定在风洞内的某一高度处，平板的平面方向与风洞内的来流一致；平板上开孔，该孔形状与凸起物模型外形一致，使凸起物模型在该孔中能够自由上下滑动且二者间隙足够小；凸起物模型的下端与圆柱底座，圆柱底座侧表面对称安装一对平键，该平键的键槽位于与平板下表面固连的套杯内表面，套杯内表面与平板上开孔内表面相承接，平键与键槽的滑动配合，限制凸起物模型及圆柱底座的周围运动；从动轴上端具有一段螺纹，从而与圆柱底座的内螺纹孔配合，并可纳入到凸起物模型的内腔中；从动轴下部与齿轮系的末级齿轮固连，齿轮系的主动齿级上连接主动轴，主动轴上端悬挂在支架系统的底座上，主动轴下端伸出风洞试验段洞体下部，该伸出端安装手柄。

Description

一种用于高超声速风洞连续变凸起物高度的试验装置
技术领域
本发明涉及一种用于高超声速风洞内可连续变凸起物高度的试验装置，可在一次风洞吹风中完成多个凸起物高度的试验，属于试验装置技术领域。
背景技术
高速飞行器表面存在各种各样的凸起物，如机翼安装在机身上、或各种挂架安装在机翼或机身上，破坏了原来光顺的机身或机翼表面，形成有凸起的表面形状。表面凸起物引起局部干扰，形成复杂的激波/边界层干扰流场，使凸起物附近的力、热载荷发生明显变化，导致局部力、热载荷峰值，可能引起飞行器结构破坏，直接关系到飞行器部件设计与性能估计。
其中有几类凸起物可简化为钝舵、圆柱或方柱等基础研究外形，通过研究这几类基础外形安装在平板上引起的复杂流动特征，揭示其内部流动机理，为飞行器设计提供基础。
表面凸起物引起的复杂干扰特性受到很多参数的影响，其中凸起物高度是影响流动特性的一个重要参数，为了研究凸起物高度变化对流场特性的影响，需要进行不同高度凸起物的试验研究，并最终确定力、热的峰谷值载荷及影响范围。
通常一次风洞试验只能获得一种凸起物高度的试验结果，需要多次试验获得不同凸起物高度的试验结果。这样做法的缺陷是：
●逐次试验的工作量大；
●由于每个模型的高度是限定的，限制了试验的灵活性；
●在试验中，风洞吹风次数多，花费高；
●由于多次启动，试验参数很难完全重复而难于提高试验数据可比的精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可连续变凸起物高度的试验装置，该装置在使用中体现了灵活性、经济性，并提高了测量的准确性。
本发明的技术解决方案是：一种用于高超声速风洞连续变凸起物高度的试验装置，其特征在于：包括凸起物模型、平板、传动系统及支架系统；所述的传动系统包括手柄、主动轴、齿轮系、圆柱底座、套杯和从动轴；支架系统用于将平板固定在风洞内的某一高度处，平板的平面方向与风洞内的来流一致；平板上开孔，该孔形状与凸起物模型外形一致，使凸起物模型在该孔中能够自由上下滑动且二者间隙足够小；凸起物模型的下端与圆柱底座，圆柱底座侧表面对称安装一对平键，该平键的键槽位于与平板下表面固连的套杯内表面，套杯内表面与平板上开孔内表面相承接，平键与键槽的滑动配合，限制凸起物模型及圆柱底座的周围运动；从动轴上端具有一段螺纹，从而与圆柱底座的内螺纹孔配合，并可纳入到凸起物模型的内腔中；从动轴下部与齿轮系的末级齿轮固连，齿轮系的主动齿级上连接主动轴，主动轴上端悬挂在支架系统的底座上，主动轴下端伸出风洞试验段洞体下部，该伸出端安装手柄。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明用于高超声速风洞内可连续改变凸起物高度的试验装置，可根据试验状态需要，在一次吹风过程中灵活调整凸起物的高度；减少了所需加工试验模型的数量；不同高度凸起物试验在相同试验参数下完成，提高了试验数据可比的精度，减少了风洞启动、停车次数，降低了所需的试验花费，提高试验效率。通过在高超声速风洞内完成了可变高度圆柱模型试验，获得了可靠、详细的试验测量结果，验证了本发明的灵活性、经济性、实用性。
(2)本发明可在一次风洞吹风中完成多个凸起物高度的试验，从而可减少加工试验模型的数量，降低试验花费，提高试验效率及试验数据的可比精度。
附图说明
图1为装置示意图；
图2为本发明获得的不同高度圆柱干扰流场纹影照片。
具体实施方式
本发明包括凸起物模型、平板1、支架系统及传动系统。如图1所示，所述的传动系统包括手柄10、主动轴9、齿轮系、圆柱底座5、套杯4和从动轴3；支架系统用于将平板1固定在风洞内的某一高度处，平板1的平面方向与风洞内的来流一致；凸起物模型可以为圆柱，也可以为方柱等等，平板1上开孔形状与凸起物模型外形一致，下面以凸起物模型为圆柱为例详细介绍本发明的实现过程。
在平板1上开孔，孔内表面按滑动配合要求加工，使圆柱2在其中上下滑动时，其间的间隙足够小。圆柱下端与圆柱底座5连接。底座侧表面对称安装一对平键，键槽则位于与平板1下表面固连的套杯4内表面，套杯4内表面与平板1孔内表面相承接，平键与键槽的滑动配合，限制了圆柱2及圆柱底座5的周围运动。从动轴3上端有很长一段是螺纹，从而与圆柱底座5的内螺纹孔配合，并可纳入到圆柱2的内腔中。从动轴3下部与齿轮6固连，齿轮6则与中间齿轮7和主动齿轮8组成一齿轮系，主动齿轮8上连接着主动轴9。该轴上端悬挂在平板支架底座上，下端伸出风洞试验段洞体下部。摇动主动轴9上的手柄10，三齿轮相继传动，并带动从动轴3旋转，通过螺纹传动使底座5连带圆柱在套杯4内表面上下滑动。
上述支架系统与平板固连，起支撑与固定平板作用。上述传动系统中需要标定手柄转动量值与凸起物高度(相对于平板)变化量之间的关系。
风洞实验过程中具体实施如下：
(1)确定本次风洞吹风过程中需要改变的凸起物高度值(相对于平板)
(2)调整凸起物高度到初始值
(3)风洞启动运行。
(4)观察并记录流场特性变化情况，包括：
●圆柱迎风中心线及平板前干扰区表面压强测量
●表面油流显示与记录
●纹影记录
(5)本高度下的实验内容完成后，根据需要改变的凸起物高度变化量确定手柄转动量，实验人员摇动风洞洞体外手柄到需要位置从而准确调整凸起物高度到下一个预定值，并完成相应实验内容。
(6)完成预定的所有不同凸起物高度下的干扰特性实验内容。
(7)风洞运行结束。
利用本发明获得的不同高度圆柱干扰流场纹影照片见图2。照片中显示了分离激波与主激波及两者相交形成的三叉点等波系结构。图2a中由于圆柱高度低，引起的激波比较弱，不能分辨出分离激波与主激波。随着圆柱高度的增加，在图2b中可清楚的分辨出分离激波、主激波及两者的相交，三叉点靠近圆柱前缘顶端。图2c和图2d中分离激波与主激波在圆柱迎风面上游相交，三叉点下游的波系直接撞击到迎风面上，主激波的强度明显加强。这些结果可用于凸起物高度变化对流场特性影响研究。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于高超声速风洞连续变凸起物高度的试验装置，其特征在于：包括凸起物模型(2)、平板(1)、传动系统及支架系统；所述的传动系统包括手柄(10)、主动轴(9)、齿轮系、圆柱底座(5)、套杯(4)和从动轴(3)；支架系统用于将平板(1)固定在风洞内的某一高度处，平板(1)的平面方向与风洞内的来流一致；平板(1)上开孔，该孔形状与凸起物模型外形一致，使凸起物模型(2)在该孔中能够自由上下滑动且二者间隙足够小；凸起物模型(2)的下端与圆柱底座(5)，圆柱底座(5)侧表面对称安装一对平键，该平键的键槽位于与平板(1)下表面固连的套杯(4)内表面，套杯(4)内表面与平板(1)上开孔内表面相承接，平键与键槽的滑动配合，限制凸起物模型(2)及圆柱底座(5)的周围运动；从动轴(3)上端具有一段螺纹，从而与圆柱底座(5)的内螺纹孔配合，并可纳入到凸起物模型(2)的内腔中；从动轴(3)下部与齿轮系的末级齿轮固连，齿轮系的主动齿级上连接主动轴(9)，主动轴(9)上端悬挂在支架系统的底座上，主动轴(9)下端伸出风洞试验段洞体下部，该伸出端安装手柄(10)。
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