CN104019991A - 液滴与固体板斜碰撞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空领域的试验装置，特别涉及一种液滴与固体板斜碰撞试验装置。解决了现有航空发动机轴承腔试验台中无法开展油滴与腔壁碰撞可视化试验、其他液滴与固体壁面碰撞试验装置的液滴尺寸等参数调节范围与轴承腔工程实际差异大、装置结构复杂成本较高的问题。技术方案是构建一种液滴与固体板斜碰撞试验装置，包括支撑框架、液滴发生部件、可调角度固体板部件、回油部件和照明摄像系统；通过更换液滴发生装置的针头改变液滴滴出直径大小，通过滑动液滴发生装置距离碰撞板的位置改变液滴滴落时速度；碰撞板能够连续改变倾斜角度。本发明方便确定液滴与固体板斜碰撞后发生飞溅的临界工况条件，使油滴与腔壁碰撞能够可视化观测、降低了成本。

Description

液滴与固体板斜碰撞试验装置

技术领域

本发明属于航空领域，涉及一种试验装置，特别涉及一种液滴与固体板斜碰撞试验装置。

背景技术

在航空发动机轴承腔中，滚动轴承采用环下供油的润滑方式，润滑油从轴承保持架甩出后破碎形成不同尺寸的油滴，不同尺寸的油滴最终以不同入射角和运行速度撞向轴承腔壁，撞击腔壁后油滴沉积形成油膜或产生飞溅。油滴撞击腔壁后铺展和飞溅的临界条件是开展轴承腔理论和工程研究的重要输入条件，因此轴承腔的工程设计需要开展油滴与腔壁碰撞试验工作支撑，受制于轴承腔可视性、测试便捷性及成本因素，有必要将轴承腔中油滴与腔壁碰撞的物理现象从复杂的工程背景中剥离而设计液滴与固体板斜碰撞的试验装置。

目前未检索到有关反映轴承腔中油滴与腔壁碰撞试验装置的公开文献，文献“Impact of droplets onto inclined surfaces.S.Sikalo,C.Tropea,E.N.Ganic,et al.Journal of Colloid and Interface Science.2005,286:661-669”公开了一种液滴与有液膜的固体板碰撞装置，论文作者利用该装置研究了液滴铺展和反弹飞溅的情况，但是该试验装置只能产生几种不同直径的液滴，也不能连续调节碰撞板的角度。另外该试验装置中液滴尺寸、速度等参数的数值与轴承腔中油滴撞击腔壁的工况和结构参数均有很大出入，该试验装置无法满足开展轴承腔油滴与腔壁碰撞试验研究的需要。

发明内容

本发明的目的是为了能够反映轴承腔油滴与腔壁碰撞工程现象，并测得不同直径的液滴在连续可调入射角度下与固体板斜碰撞时发生飞溅的临界条件，提出了一种液滴与固体板斜碰撞试验装置。

本发明解决的技术问题是：设计一种液滴与固体板斜碰撞试验装置，解决了现有航空发动机轴承腔试验台中无法开展油滴与腔壁碰撞可视化试验、其他液滴与固体壁面碰撞试验装置的液滴尺寸、速度、入射角等参数的调节范围与轴承腔工程实际差异很大、装置结构复杂成本较高的问题，达到了在能反映航空发动机轴承腔油滴/壁面碰撞工程实际条件的前提下，完成油滴/腔壁，碰撞可视化观测并且试验装置结构紧凑成本较低的效果。

本发明的技术方案是：构建一种液滴与固体板斜碰撞试验装置，主要包括支撑框架、液滴发生部件、可调角度固体板部件、回油部件和照明摄像系统；液滴发生部件和可调角度固体板部件安装在支撑框架上；可调角度固体板部件、回油部件和照明摄像系统位于液滴发生部件下方，照明摄像系统透过可调角度固体板部件进行照明拍摄，回油部件接收液滴与固体板斜碰撞试验装置内流出的液体。

本发明的进一步技术方案是：支撑框架对整个试验装置起着连接和支撑的作用，依次由短上围栏、长上围栏、导轨一、导轨二、导轨三、导轨四、轴套、长底板和短底板焊接而成。长底板与短底板通过地脚螺栓与T形台固连，导轨一与导轨二开有通孔通过螺栓连接固定可调角度固体板部件中的弧度板，轴套与可调角度固体板部件中的转动轴间隙配合且轴心线重合；导轨一、导轨二、导轨三和导轨四连接了液滴发生部件，液滴发生部件可以通过滑板在导轨上下滑动，导轨上开有通孔可以通过螺栓连接滑板使并使之固定在需要的高度，短上围栏与长上围栏起到加强整个支撑架的刚度的作用。

本发明的进一步技术方案是：液滴发生部件由量杯、球阀、针管、支撑面板及滑板构成。量杯放置在支撑面板上，支撑面板有滑槽可以使量杯左右滑动，量杯底部开有通孔与球阀胶结，球阀底部与针管胶结，当量杯内装有一定液面高度的液体时可以仅通过更换针管上的针头来快捷的改变滴出液滴的直径大小，不同的针头直径对应不同的液滴直径，滑板与支撑面板焊接并可以在导轨上滑动以改变滴针距离碰撞板的高度。

本发明的进一步技术方案是：可调角度固体板部件包含转动轴、碰撞板、开口侧短玻璃挡板、开口侧长玻璃挡板、长玻璃挡板、前玻璃挡板、后玻璃挡板、滑动丝杠、加强丝杠、弧度板。弧度板固定在支撑框架上，转动轴开有螺栓孔通过螺栓与碰撞板固联，通过转动轴的旋转来带动碰撞板角度的变化，碰撞板的另一端与开有螺栓孔的滑动丝杆固联，滑动丝杆可以在弧度板内的弧形槽内滑动，当滑动丝杠滑动一定角度后通过螺母可以将滑动丝杠与弧度板固定，加强丝杠穿过两个弧度板，在每个弧度板的两侧均用螺母固定来增强两个弧度板的刚度防止其在碰撞板改变角度时变形；开口侧短玻璃挡板、开口侧长玻璃挡板、长玻璃挡板、前玻璃挡板和后玻璃挡板均通过胶结固定在碰撞板上，玻璃挡板在保证透光的同时可以防止滴落的液滴飞溅出碰撞板污染试验台，开口侧短玻璃挡板与开口侧长玻璃挡板之间开有窗口可以用来观察和拍摄运动油滴与固体板之间的碰撞，后玻璃挡板有回油孔与回油装置的塑料软管连接保证滴落的液体流到油箱。

本发明的进一步技术方案是：回油部件包含塑料软管和油箱，塑料软管前端与可调角度固体板装置粘接，后端放在油箱，使装置内的液体能够回流到油箱。

本发明的进一步技术方案是：照明摄像系统包含照明灯、高速摄像机与计算机。照明灯为摄像提供充足的光源，高速摄像机透过可调角度固体板装置的窗口拍摄液滴滴落碰撞飞溅的过程，高速摄像机与计算机连接，并将液滴装置碰撞板的现象记录在计算机硬盘上。

发明效果

本发明的技术效果在于：设计一种液滴与固体板斜碰撞试验装置，能够较方便地确定液滴与固体板斜碰撞后发生飞溅的临界工况条件；可通过更换液滴发生装置的针头改变液滴滴出的直径大小，通过滑动液滴发生装置距离碰撞板的位置进而改变液滴滴落时的速度；碰撞板能够连续改变自身的倾斜角度；高速摄像机能够记录液滴与固体板斜碰撞后飞溅沉积的情况；达到了在能反映航空发动机轴承腔油滴/壁面碰撞工程实际条件的前提下，完成油滴/腔壁，碰撞可视化观测并且试验装置结构紧凑成本较低的效果。

附图说明

图1为本发明总体结构轴测示意图；

图2为本发明总体结构剖面示意图

图3为本发明中支撑框架示意图

图4为本发明中液滴发生部件示意图

图5为本发明中可调角度固体板部件示意图

图6为本发明中回油部件示意图

图7为本发明中照明摄像系统示意图

图8为本发明中弧度板示意图；

图9为本发明中支撑面板示意图。

图10为本发明中滑动丝杠示意图。

图11为本发明中转动轴示意图

图12为本发明中导轨一示意图

图13为本发明中导轨二示意图

图14为本发明中导轨三示意图

图15为本发明中导轨四示意图

附图标记说明：1-支撑框架；2-液滴发生部件；3-可调角度固体板部件；4-回油部件；5-照明摄像系统；6-短上围栏；7-长上围栏；8-导轨一；9-导轨二；10-导轨三；11-导轨四；12-长底板；13-短底板；14-轴套；15-量杯；16-支撑面板；17-球阀；18-针管；19-滑板；20-弧度板；21-滑动丝杠；22-转动轴；23-加强丝杠；24-碰撞板；25-开口侧短玻璃挡板；26-开口侧长玻璃挡板；27-长玻璃挡板；28-前玻璃挡板；29-后玻璃挡板；30-塑料软管；31-油箱；32-高速摄像机；33-照明灯；34-计算机。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。

1.参照附图1与附图2，本实施例所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置包括支撑框架1，液滴发生部件2，可调角度固体板部件3，回油部件4，照明摄像系统5。

2.参照附图3，支撑框架1由短上围栏6，长上围栏7，导轨一8，导轨二9，导轨三10，导轨四11，长底板12，短底板13，轴套14焊接而成。保证导轨一，导轨二，导轨三，导轨四之间的平行度，轴套14焊接时要注意与导轨三10与导轨四11上面的孔轴心线重合，长底板12上有两个通孔通过地脚螺栓把支撑框架固定在实验台上。

3.参照附图4，液滴发生部件2是由量杯15，支撑面板16，球阀17和针管18及滑板19构成。量杯15放置在支撑面板16上，支撑面板16有滑槽可以使量杯左右滑动，量杯15底部开有通孔与球阀17胶结，量杯与球阀同轴心，球阀17底部与针管18胶结且球阀与针管同轴心，滑板19与支撑面板16焊接可以在导轨上滑动来改变液滴发生装置距离碰撞板24的高度从而改变液滴的碰撞速度，滑板19开有通孔通过螺栓连接使液滴发生装置能够固定在导轨的相应位置上，试验时量杯15内充有一定液面高度的液体通过改变针管18上的针头的大小来相应的改变滴出液滴直径的大小。

4.参照附图5，可调角度固体板部件3包含弧度板20，滑动丝杠21，转动轴22，加强丝杠23，碰撞板24，开口侧短玻璃挡板25，开口侧长玻璃挡板26，长玻璃挡板27，前玻璃挡板28，后玻璃挡板29。弧度板20通过三个螺栓连接固定在支撑框架上，弧度板有带有刻度的弧形滑槽，可以保证滑动丝杆21在滑槽内滑动到某一角度并通过螺母将滑动丝杠21固定，两个弧度板之间连接有加强丝杆23来保证弧度板的刚度，转动轴22穿过支撑框架1的轴套14并与轴套同轴心转动轴与轴套间隙配合，转动轴22的两端通过弹簧挡圈来防止整个可调角度固体板装置轴向窜动，转动轴22通过螺栓与碰撞板24连接固定，碰撞板24分别与开口侧短玻璃挡板25，开口侧长玻璃挡板26，长玻璃挡板27，前玻璃挡板28，后玻璃挡板29通过胶结相连，开口侧短玻璃挡板25，开口侧长玻璃挡板26之间留有空窗来保证高速摄像机拍摄，碰撞板24通过螺栓连接与滑动丝杠21连接固定。

5.参照附图6，回油部件4包含塑料软管30和油箱31，塑料软管30前端与可调角度固体板装置的后玻璃挡板29上面的回油孔连接，后端放在油箱30，使装置内的液体能够回流到油箱30，油箱30放置在试验台上。

6.参照附图7，照明摄像系统5包含高速摄像机32、照明灯33计算机34。高速摄像机32透过可调角度固体板装置的窗口拍摄液滴滴落碰撞飞溅的过程并与计算机34连接，并将液滴与碰撞板的碰撞现象的图像记录在计算机硬盘上，照明灯33为摄像提供充足的光源。

7.参照附图8，弧度板20有3个通孔可以通过螺栓连接与支撑框架固连，弧度板内有带有刻度的弧形滑槽，使滑动丝杠可以滑动到相应角度。

8.参照附图9，支撑面板16中间有滑槽，滑槽的宽度大于球阀的外径可以使量杯连带球阀针管左右滑动。

9.参照附图10，滑动丝杠21的中间铣出一个平面并开出螺纹孔，通过螺栓连接于碰撞板24固定连接。

10.参照附图11，转动轴22的中间铣出一个平面并开出螺纹孔，通过螺栓连接于碰撞板24固定连接，转动轴22的两端车出槽来放置轴用弹簧挡圈。

11.参照附图12，导轨一底部开有3个通孔与弧度板20的3个通孔大小一样通过螺栓连接于弧度板固定，顶端有8个通孔当液滴发生装置移动到通孔所在的位置时通过螺栓连接将液滴发生装置固定。

12.参照附图13，导轨二底部开有3个通孔与弧度板20的3个通孔大小一样通过螺栓连接于弧度板固定，顶端有8个通孔当液滴发生装置移动到通孔所在的位置时通过螺栓连接将液滴发生装置固定。

13.参照附图14，导轨三底部开有一个通孔其直径小于轴套14的内径将轴套14焊接在该处并保证两者轴心线相同，顶端有8个通孔当液滴发生装置移动到通孔所在的位置时通过螺栓连接将液滴发生装置固定。

14.参照附图15，导轨三底部开有一个通孔其直径小于轴套14的内径将轴套14焊接在该处并保证两者轴心线相同，顶端有8个通孔当液滴发生装置移动到通孔所在的位置时通过螺栓连接将液滴发生装置固定。

15.本实施例在进行液滴与固体板斜碰撞试验时，关闭球阀在量杯内加入一定液面高度的液体选择合适的针头，将弧度板滑动到一定的角度并固定，高速摄像机对焦完毕后待命，打开球阀让液滴滴落然后打开高速摄像机拍摄记录液滴与固体板斜碰撞的过程，然后分别改变碰撞板的角度，液滴发生装置距离碰撞板的高度及针管的针头大小及量杯内的液体重复上述过程，多次试验并通过试验数据分析得到液滴与固体板斜碰撞后发生飞溅的临界工况。

Claims (6)

1.一种液滴与固体板斜碰撞试验装置，主要包括支撑框架、液滴发生部件、可调角度固体板部件、回油部件和照明摄像系统；液滴发生部件和可调角度固体板部件安装在支撑框架上；可调角度固体板部件、回油部件和照明摄像系统位于液滴发生部件下方，照明摄像系统透过可调角度固体板部件进行照明拍摄，回油部件接收液滴与固体板斜碰撞试验装置内流出的液体。

2.如权利要求1所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置，其特征在于，支撑框架由围栏、导轨和底板焊接而成；支撑框架长边的两侧各焊接有两根导轨，导轨上开有通孔；支撑框架短边的一侧由四根围栏焊接而成，另一侧的底板通过地脚螺栓与T形台固连。

3.如权利要求1所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置，其特征在于，液滴发生部件主要由量杯、球阀、针管、支撑面板及滑板构成；滑板与支撑面板焊接，可在支撑框架的导轨上滑动；量杯放置在支撑面板，可左右滑动；量杯底部开有通孔，与球阀胶结；球阀底部与针管胶结，针管上的针头可进行更换。

4.如权利要求1所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置，其特征在于，可调角度固体板部件主要由转动轴、弧度板、碰撞板和丝杠组成；弧度板一边为一直角形状，另一边为弧形，弧形的一边开有一弧形槽；弧度板直角的一边固定在支撑框架上；加强丝杠穿过弧度板上端，滑动丝杠位于弧度板的弧形槽内，穿过弧度板和碰撞板的一侧；转动轴通过螺栓与碰撞板的另一侧固联；碰撞板上胶结固定着玻璃挡板，开口侧短玻璃挡板与开口侧长玻璃挡板之间开有窗口，靠近转动轴一侧的短边玻璃挡板为后玻璃挡板，后玻璃挡板开有回油孔，与回油装置的塑料软管连接。

5.如权利要求1所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置，其特征在于，回油部件包含塑料软管和油箱，塑料软管一端与可调角度固体板装置粘接，另一端放置在油箱内。

6.如权利要求1所述的液滴与固体板斜碰撞试验装置，其特征在于，照明摄像系统包含照明灯、高速摄像机与计算机；照明灯提供光源，高速摄像机与计算机连接。