CN103063398A

CN103063398A - 高超声速风洞实验舱

Info

Publication number: CN103063398A
Application number: CN2012105843160A
Authority: CN
Inventors: 周勇为; 王振国; 刘卫东; 易仕和; 周进; 梁剑寒
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103063398B

Abstract

本发明公开了一种高超声速风洞实验舱，包括实验舱舱体，实验舱舱体上开设有舱门，实验舱舱体沿纵向的截面为圆形，舱门为与实验舱舱体活动连接的圆弧形翻盖，当实验舱舱体处于闭合状态时圆弧形翻盖的截面圆弧的圆心在实验舱舱体沿轴向的中心线上。本发明通过圆弧形翻盖与实验舱舱体的活动连接，从而使得圆弧形翻盖打开后，实验舱舱体的开口空间大，适合大型实验模型进出实验舱舱体，从而克服了传统的大型实验模型进出实验舱舱体困难、劳动强度大及实验效率低的技术问题，使得进行风洞实验的高超声速风洞实验舱的开口空间大、大型实验模型的进出及空间姿态调整便利，提高了风洞实验效率，方便操作人员的实验操作。

Description

高超声速风洞实验舱

技术领域

本发明涉及风洞实验领域，特别地，涉及一种高超声速风洞实验舱。

背景技术

风洞实验是依据运动的相对原理，将实验模型或者实物固定在地面人工环境中，人为制造气流通过，以模拟空中各种飞行状态，获取实验数据。风洞实验广泛应用于导弹、高超声速飞行器、空天飞机的模型实验，是航空航天领域内非常重要的地面试验设备。高超声速风洞一般包括加热器、喷管、实验舱、扩压器、引射器（或真空罐）、气源系统、控制系统等，实验舱是实验模型的场所，是风洞的重要部件，要满足不同实验模型、实验任务的需要。

实验舱上游与喷管相连，下游与扩压器连接，风洞实验是将实验模型放置于实验舱中进行相应实验。实验舱需满足以下几个方面的基本要求：

1）、实验舱的气动性能好，空气动力学性能要求好，以确保高超声速风洞的启动性能和实验性能；

2）、实验舱具有足够的空间，以保证大尺寸的实验模型进入舱体后，余下的空间仍能满足实验雷诺数及几何模拟精确性的要求；

3）、气密性好，实验时实验舱内压力一般情况下接近真空，但出现特殊情况时也有正压力，不能出现气体泄漏现象，否则影响风洞气动和实验性能，因此，实验舱的气密性要好；

4）、结构和刚度高，由于试验过程中，不管是在真空条件或者正压条件下，为防止实验舱舱体受力变形，所选用舱体需要能承受相应气压的压力，而不能变形或者破坏；

5）、进出方便，风洞实验中，部分模型需要安装在实验舱内、或者需要进一步调整模型的姿态。此时，相关操作人员就需要进入实验舱内。因此，模型或者操作人员能否方便的进出实验舱也成为考验实验舱的一个重要指标；

6）、数据采集方便，不同实验条件下，实验舱需要满足测量、数据采集、流场显示的要求。

现有的风洞设备中的实验舱，其基本的原理图如图1所示，实验舱1的上游与喷管2连接，下游与扩压器3连接，实验模型4置于喷管2的出口并且位于实验舱1的中心位置。对于高超声速风洞实验舱的外形设计，一般有两种，即方形实验舱和圆形实验舱。方形实验舱和圆形实验舱各有优缺点，这两种类型的实验舱在风洞设备中均使用过，这里不再详细讨论。

为了满足实验模型及操作人员进出舱体的要求，传统的实验舱一般都在侧面上设有舱门，具体结构如图2及图3所示，包括实验舱舱体10、舱门20’、支撑件30等主要部分，舱门20’一般都开在实验舱舱体10的侧面，舱门20’的尺寸依据实验模型的大小而不同。当处理大尺寸的实验模型时，舱门20’的尺寸亦较大。实验舱的舱门20’质量都较大，从几十公斤到几百公斤，甚至数吨。

当大型的实验模型进行风洞实验时，由于实验模型的尺寸大、质量大，进出实验舱1将非常困难，且实验模型在实验舱1内部还需要安装、调整位置，同时实验人员、仪器设备、操作工具等均需要进出实验舱1，由于舱门20’的空间有限，实验舱1将非常不方便实验和操作，且操作人员的劳动强度大，实验效率低。

为了达到大型实验模型进出实验舱1的目的，现有技术只能通过加大实验舱舱体10和/或舱门20’的尺寸，无疑会增加了实验舱1的造价，且即使采取以上措施，由于实验舱1进出的空间有限，仍然不能解决大型实验模型进出实验舱1困难和操作不方便等问题，也不会减少操作人员的劳动强度，同时实验效率较低。

发明内容

本发明目的在于：提供一种高超声速风洞实验舱，该高超声速风洞实验舱的进出空间大，以解决现有的高超声速风洞实验舱的进出空间有限，高超声速风洞实验舱内大型实验模型安装及维护困难，实验效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高超声速风洞实验舱，包括实验舱舱体，实验舱舱体上开设有舱门，实验舱舱体沿纵向的截面为圆形，舱门为与实验舱舱体活动连接的圆弧形翻盖，当实验舱舱体处于闭合状态时圆弧形翻盖的圆弧截面的圆心在实验舱舱体沿轴向的中心线上。

进一步地，圆弧形翻盖的圆弧角度的角度范围为60°~210°。

进一步地，圆弧形翻盖固定连接有第一铰链件，实验舱舱体固定连接有第二铰链件，第一铰链件和第二铰链件经一共用的铰链轴铰链连接。

进一步地，实验舱舱体上用于容纳圆弧形翻盖的开口的外周设有一在圆弧形翻盖与实验舱舱体闭合时起到密封作用的密封结构。

进一步地，密封结构包括位于开口的外周的密封框架，密封框架在与圆弧形翻盖相向的侧面向内设有凹槽，在凹槽内设置有一充气密封件；当圆弧形翻盖闭合后，充气密封件内充满气体而膨胀，以与圆弧形翻盖紧密接触。

进一步地，充气密封件为圆形橡胶管。

进一步地，圆弧形翻盖上设有用于对位于实验舱舱体内实验模型进行光学实验的实验观察窗，实验观察窗采用光学玻璃制成。

进一步地，圆弧形翻盖的外表面还设有用于加强圆弧形翻盖强度的加强筋。

进一步地，当实验舱舱体的体积较大时，舱门包括沿轴向分布的多个圆弧形翻盖。

进一步地，实验舱舱体沿轴向的两端分别经蝶形封头与位于上游的喷管及位于下游的扩压器连接，实验舱舱体上还设有泄压阀。

本发明的有益效果如下：

本发明高超声速风洞实验舱，由于将传统的开在实验舱舱体侧面的舱门改造成以实验舱舱体轴向中心线为圆弧段圆心的圆弧形翻盖，通过圆弧形翻盖与实验舱舱体的活动连接，从而使得圆弧形翻盖打开后，实验舱舱体的开口空间大，适合大型实验模型进出实验舱舱体，从而克服了传统的大型实验模型进出实验舱舱体困难、劳动强度大及实验效率低的技术问题，使得进行风洞实验的高速高超声速风洞实验舱的开口空间大、大型实验模型的进出及空间姿态调整便利，提高了风洞实验效率，方便操作人员的实验操作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中高超声速风洞实验舱的剖面结构示意图；

图2是现有技术中高超声速风洞实验舱的主视示意图；

图3是图2的侧面示意图；

图4是本发明优选实施例高超声速风洞实验舱的舱门原理示意图；

图5是图4中舱门处于打开状态的原理示意图；

图6是本发明优选实施例高超声速风洞实验舱的立体结构示意图；

图7是本发明优选实施例高超声速风洞实验舱的另一立体结构示意图；

图8是图7中舱门打开状态的立体结构示意图；

图9是图8的侧面示意图；

图10是本发明优选实施例中舱门的翻盖活页的结构示意图；

图11是图10的侧面示意图；

图12是本发明优选实施例中舱门与实验舱舱体之间的密封结构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖多种不同方式实施。

本发明通过对传统的高超声速风洞实验舱的舱门进行改进，以方便不同尺寸的实验模型进出实验舱，提高实验效率，并且方便操作人员的实验操作。

参见图6，本发明的优选实施例提供了一种高超声速风洞实验舱，该高超声速风洞实验舱包括实验舱舱体10及位于实验舱舱体10的底部以支撑实验舱舱体10的支撑件30，实验舱舱体10在轴向的一端经蝶形封头60与位于上游的喷管2连接，实验舱舱体10在轴向的另一端经蝶形封头60与位于下游的扩压器3相连。实验舱舱体10上设有舱门以供实验模型或者操作人员进出实验舱舱体10内，实验模型放置在实验舱舱体10内并借助喷管2内加速导出的气流进行空气动力学模拟实验。

在本发明实施例中，参照图4，实验舱舱体10沿纵向的截面为圆形，沿图4所示的圆的直径AB剖开分为两个半圆部分，分别构成本实施例中的实验舱舱体10及圆弧形翻盖20。当然，本领域技术人员可以理解，圆弧形翻盖20的圆弧角度α并非一定是180°，较佳地，圆弧角度α的范围可以在60°至210°之间变化，只要满足圆弧形翻盖20与实验舱舱体10在闭合状态下构成一个完整的圆形，即在闭合状态下，圆弧形翻盖20的截面圆弧的圆心位于实验舱舱体10沿轴向的中心线上。这样，只要将圆弧形翻盖20与实验舱舱体10活动连接，即可通过打开圆弧形翻盖20获得较大的出入空间（参照图5），以方便实验模型的吊装、安装调整及其他仪器设备或者操作人员进出实验舱舱体10。

参照图7至图9，本发明高超声速风洞实验舱的实验舱舱体10与圆弧形翻盖20通过铰链机构铰链连接。参照图10和图11，该铰链机构包括翻盖活页轴23，翻盖活页轴23在两端皆套装有与翻盖活页轴23铰链连接的上活页24及下活页25，上活页24作为第一铰链件与圆弧形翻盖20固定连接，下活页25作为第二铰链件与实验舱舱体10固定连接，翻盖活页轴23作为铰链轴分别经上活页24及下活页25与圆弧形翻盖20及实验舱舱体10铰链连接，以实现圆弧形翻盖20的打开及闭合。较佳地，为了防止翻盖活页轴23沿轴向移动，在翻盖活页轴23的两个端部分别设有用于固定翻盖活页轴23的活页挡板26。

图8是本发明高超声速风洞实验舱的圆弧形翻盖20处于打开状态的状态示意图；图9为图8的侧面示意图，在打开状态下，实验模型可借助行车吊装到实验舱舱体10内，并可进一步对实验模型的姿态进行调整。

为了保证实验舱舱体10内空气的压力在可控的安全范围内，较佳地，在实验舱舱体10上还设置有一泄压阀50。

较佳地，为了满足实验舱舱体10在闭合状态下的气密性要求，参照图5，在实验舱舱体10与圆弧形翻盖20的接触部分设置有密封结构40。

参照图12，在实验舱舱体10上设有用于容纳圆弧形翻盖20的开口11，在开口11的外周设有密封框架12，在密封框架12与圆弧形翻盖20相向的侧面向内设有凹槽13，在凹槽13内设置有一充气密封件14；当圆弧形翻盖20闭合后，充气密封件14内充满气体而膨胀，以与所述圆弧形翻盖20紧密接触。较佳地，该充气密封件14为圆形橡胶管，该圆形橡胶管嵌入式设置在凹槽13内，从而使得圆弧形翻盖20与密封框架12紧密贴合，以满足实验舱的气密性要求。

较佳地，参照图6和图7，在圆弧形翻盖20上设有用于对位于实验舱舱体10内实验模型进行光学实验的实验观察窗21。该实验观察窗21采用光学玻璃制成。

进一步，圆弧形翻盖20的尺寸较大时，为了加强圆弧形翻盖20的强度，参照图6，在圆弧形翻盖20的外表面设有加强筋22。

当实验舱舱体10的尺寸特别大，且需要在实验舱舱体10上开设较大的供实验模型进出的开口空间时，可以将舱门设计为多个上述的圆弧形翻盖20，从而减小单个圆弧形翻盖20的尺寸及重量，以方便对圆弧形翻盖20进行开启操作。当舱门设计为多个圆弧形翻盖20时，多个圆弧形翻盖20沿实验舱舱体10的轴向分布，且满足圆弧形翻盖20的截面圆弧的圆心位于实验舱舱体10沿轴向的中心线的条件。

本发明高超声速风洞实验舱，由于将传统的开在实验舱舱体10侧面的舱门改造成以实验舱舱体10轴向中心线为圆弧圆心的圆弧形翻盖20，通过圆弧形翻盖20与实验舱舱体10的活动连接，从而使得圆弧形翻盖20打开后，实验舱舱体10的开口空间大，适合大型实验模型进出实验舱舱体，从而克服了传统的大型实验模型进出实验舱舱体困难、劳动强度大及实验效率低的技术问题，使得进行风洞实验的高速高超声速风洞实验舱的开口空间大、大型实验模型的进出及空间姿态调整便利，提高了风洞实验效率，方便操作人员的实验操作。本发明稿超声速风洞实验舱还适用于超声速风洞实验及超然推进风洞实验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高超声速风洞实验舱，包括实验舱舱体（10），所述实验舱舱体（10）上开设有舱门，

其特征在于：所述实验舱舱体（10）沿纵向的截面为圆形，所述舱门为与所述实验舱舱体（10）活动连接的圆弧形翻盖（20），当所述实验舱舱体（10）处于闭合状态时所述圆弧形翻盖（20）的截面圆弧的圆心在所述实验舱舱体（10）沿轴向的中心线上。

2.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述圆弧形翻盖（20）的圆弧角度（α）的角度范围为60°~210°。

3.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述圆弧形翻盖（20）固定连接有第一铰链件，所述实验舱舱体（10）固定连接有第二铰链件，所述第一铰链件和所述第二铰链件经一共用的铰链轴铰链连接。

4.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述实验舱舱体(10)上用于容纳所述圆弧形翻盖(20)的开口(11)的外周设有一在所述圆弧形翻盖(20)与所述实验舱舱体(10)闭合时起到密封作用的密封结构（40）。

5.根据权利要求4所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述密封结构（40）包括位于所述开口(11)的外周的密封框架(12)，所述密封框架(12)在与所述圆弧形翻盖(20)相向的侧面向内设有凹槽(13)，在所述凹槽(13)内设置有一充气密封件（14）；当所述圆弧形翻盖（20）闭合后，所述充气密封件（14）内充满气体而膨胀，以与所述圆弧形翻盖（20）紧密接触。

6.根据权利要求5所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述充气密封件（14）为圆形橡胶管。

7.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述圆弧形翻盖（20）上设有用于对位于所述实验舱舱体（10）内实验模型进行光学实验的实验观察窗（21），所述实验观察窗（21）采用光学玻璃制成。

8.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述圆弧形翻盖（20）的外表面还设有用于加强所述圆弧形翻盖（20）强度的加强筋（22）。

9.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述舱门包括沿轴向分布的多个所述圆弧形翻盖（20）。

10.根据权利要求1所述的高超声速风洞实验舱，其特征在于：

所述实验舱舱体（10）沿轴向的两端分别经蝶形封头（60）与位于上游的喷管（2）及位于下游的扩压器（3）连接，所述实验舱舱体（10）上还设有泄压阀（50）。