CN104390759A - 流场校测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流场校测装置，其包括安装框架、支撑框架、测量机构和驱动机构，安装框架通过螺栓固定在试验舱的喷管出口上下的侧壁上，支撑框架包括上斜支撑和下斜支撑，上斜支撑和下斜支撑分别具有用于安装测量机构的安装斜面，通过安装框架将上斜支撑和下斜支撑分别固定在喷管正上方和正下方，上斜支撑和下斜支撑的安装斜面分别与喷管轴线平行，在上斜支撑和所述下斜支撑上分别设置有一排螺栓孔，并且在上斜支撑和下斜支撑的沿喷管轴线方向上的壁上具有多排彼此对应的螺栓孔，测量机构包括测量框架、测量耙组和转接件，测量框架安装在支撑框架上，测量耙组安装在测量框架上，驱动机构安装在测量机构上，能够驱动测量耙组在测量框架上作直线运动。

Description

流场校测装置

技术领域

本发明涉及一种流场校测装置，特别涉及一种用于高空模拟试车台的流场校测装置。

背景技术

为了确定固体火箭发动机的高空特性，需要在高空模拟试车台上进行试验验证。在进行模拟试验之前，需要对试车台的流场进行校测，通过对流场中的温度、动压、静压进行测量，了解该试车台的流场品质，为后续试验数据的处理提供帮助。

流场校测一般采用平动或摆动的方式测量喷管出口气流的温度和压力。平动测量方式是将测量机构和驱动机构均置于流场中，测量机构通过驱动机构的推动迎着气流方向运动。由于试验对喷管出口的堵塞比须控制在一定比例，对这个装置的结构大小有很大的限制。摆动测量方式是将测量机构置于流场中，它的一端沿着类似圆弧导轨的机构运动，另一端限制其上下运动。

为了模拟高空中发动机受不同角度气流的影响，试车台的喷管有一定的仰角。喷管出口气流的最高设计温度910K，最高设计压力2.0MPa。由于气流方向有一定的仰角，如果采用平动测量方式，需要的空间比较大。由于动压比较大，整个装置皆处在流场中，受冲击载荷的比较大，驱动运行的扭矩也比较大，增大了电机和减速器的选取难度。测量系统也处在流场中，根据调研，电机和减速器最高使用温度在373K左右。如果采用摆动测量方式，虽然驱动机构可以置于流场之外，加以保护的情况下可以满足使用温度的要求，但是喷管出口直径为1.4m，在冲击载荷和测量耙受热膨胀的影响下，测量装置的摆动端的固定结构难以解决。

由于流场校测装置只是在校测流场时使用，当更换喷管时才需要对流场进行标定，一般做实验时须从试验舱内拆除，因此要求整个装置拆装方便且安装重复性好。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足和面临的新问题。提供一种用于高空模拟试车台的流场校测装置，该装置能够实现对试车台流场的静压、总压、总温进行测量。

本发明的用于试车台的流场校测装置包括安装框架、支撑框架、测量机构和驱动机构，所述安装框架通过螺栓固定在试验舱的喷管出口上下的侧壁上，所述支撑框架包括上斜支撑和下斜支撑，所述上斜支撑和所述下斜支撑分别具有用于安装测量机构的安装斜面，通过所述安装框架将所述上斜支撑和所述下斜支撑分别固定在所述喷管的正上方和正下方，安装完成后的所述上斜支撑和所述下斜支撑的安装斜面分别与所述喷管轴线平行，以所述测量机构能够对与所述喷管轴线垂直的面上的流场的数据进行测量的方式，在所述上斜支撑和所述下斜支撑上分别设置有彼此对应的用于安装所述测量机构的一排螺栓孔，并且在所述上斜支撑和所述下斜支撑的沿所述喷管轴线方向上的壁上具有多排彼此对应的所述螺栓孔，所述测量机构包括测量框架、测量耙组和转接件，所述测量框架通过彼此对应的一排所述螺栓孔被安装在所述支撑框架的，所述测量耙组通过所述转接件安装在所述测量框架上，所述驱动机构安装在所述测量机构上，能够驱动所述测量耙组在所述测量框架上作直线运动。

优选所述测量框架为方形框架结构，其上下左右的架梁的长度均大于所述喷管口的直径，并且保证除了所述测量耙组处于所述喷管正对的流场内，其他部件均处于该流场之外，所述测量框架的上下架梁通过螺栓连接固定在上斜支撑、下斜支撑上，在所述上下架梁上分别对应地安装有导轨，在所述测量框架的左右架梁中的一个上安装有换向器支架和电机支架，所述转接件包括滑块连接板、卡槽组和挡板，所述滑块连接板上连接有滑块，所述转接件为两个，通过所述滑块将两个所述转接件分别安装在所述上下所述架梁的所述导轨上，所述卡槽组通过螺栓固定在所述滑块连接板上，所述卡槽组包括多个卡槽，所述测量耙组包括多个测量耙，所述测量耙卡装在上下两个所述转接件上所对应的所述卡槽内，所述卡槽与所述测量耙之间在所述所述测量耙得长度方向上具有间隙，所述挡板通过螺栓与所述卡槽组相连，用于限制所述测量耙的左右移动。

优选所述驱动机构包括电机、换向器和丝杠，所述电机安装在所述电机支架上，所述电机支架安装在所述架梁的中间，所述换向器支架具有两个，分别安装在所述架梁上下两端，在两个所述换向器支架上分别安装有一个换向器，所述丝杠具有两个，分别通过换向器将其一端与所述电机相连，各自的另一端通过连接螺母分别与所述转接件连接，从而通过所述滑块和所述导轨带动测量耙组作直线运动。

优选在所述上下架梁上分别设置有两条导轨，每个所述丝杠通过安装在所述测量框架上的两个支撑端被设置于两条所述导轨之间，每个所述转接件通过螺栓安装有两对滑块。

优选所述卡槽组上具有5个卡槽，相邻的两个所述卡槽之间的间距为70mm，所述测量耙组具有3个测量耙，从而能够实现测量耙之间间距70mm与140mm的调换。

优选所述测量耙为一长条板，在其上布置有多个测压点或测温点。

本发明的有益效果是：上斜支撑和下斜支撑保证了测量机构与喷管出口气流方向垂直，解决了喷管具有仰角带来的困扰。整个装置可以分化为三个模块，便于反复拆装。

所述测量机构包括测量框架、电机支架、换向器支架、测量耙组、转接件和驱动系统。所述测量框架由若干槽钢和筋板通过焊接和机加而成的一个方形结构，它的上下两端分别与上斜支撑、下斜支撑通过螺栓连接。所述电机支架与测量框架通过螺栓连接。所述换向器支架与测量框架通过螺栓连接，所述测量耙组的两端分别安装在转接件上的卡槽内，所述驱动系统通过螺栓与测量框架相连，驱动系统带动测量耙组沿直线运动。

发明效果

通过上斜支撑和下斜支撑保证了测量机构与喷管出口气流方向垂直，解决了喷管具有仰角带来的困扰。

通过将整个测量机构和驱动固接在一起，将整个装置可以分化为三个模块，便于反复拆装，避免反复拆装带来的安装精度问题。

测量耙被放置在连接板的卡槽内，没有被完全固定，测量耙可以沿着长度方向在卡槽内自由膨胀。驱动系统中的电气设备置于流场之外，减小了高温气流带来的影响。

通过导轨和滑块构成承力机构，能够承受比较大的弯矩和力，同时导轨可以起到导向作用，使测量耙平稳移动。导轨与滑块之间为滚动摩擦，滚动摩擦系数比较小，降低了测量耙组两端的阻力。测量耙组的两端采用相同的支撑结构，使得两端受力基本一致，一个电机驱动，满足了输出功率的同步性，从而保证了两端运动的同步性。

通过将测量框架固定在不同排的螺栓孔内，测量耙距离喷管出口的距离就不同，从而可以得到测量机构沿着气流方向不同截面的测量数据。

本发明的流场校测装置在气流压力高、温度高的条件下，依然能够测量沿着气流方向上不同截面的数据，测量结果可靠。

附图说明

图1为流场校测装置结构示意图。

图2为沿气流反方向观察流场校测装置结构的示意图。

图3为测量机构结构示意图。

图4为驱动系统部分结构示意图。

图5为转接件结构示意图。

图6为转接件与丝杠连接处的局部放大示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，试车台用流场校测装置包括上支架1、上斜支撑2、测量机构3、下斜支撑4、下支架5。测量机构3包括测量框架11、转接件12、测量耙组13、换向器支架14、电机支架15和驱动系统16。

上支架1是为L型，具有两个相互垂直的平面，一个平面通过螺栓固定在喷管6正上方的试验舱7上，另一面作为上斜支撑2的安装平面伸出在喷管6前面的正上方的流场中。上斜支撑2是一个带4度斜面的支架，该斜面的度数根据喷管6仰角的度数可变化，斜面相反一面为平面，通过该平面的一侧用螺栓与上支架1相连，斜面的一侧用于安装测量框架11。在该斜面上沿喷管6的轴线方向布置有多排螺栓孔，用于安装测量机构3，当测量机构3的测量框架11安装在不同排的螺栓孔时，测量耙13与喷管出口的距离就不同。

下斜支撑4和下支架5与上支架1和上斜支撑2的形状结构和连接关系相同，只不过以相反的方式安装在喷管6的正下方，安装完成后，下斜支撑4的斜面必须与上斜支撑2的斜面相互平行，并与喷管6的轴线平行。上斜支撑2和下斜支撑4上的多排螺栓孔必须彼此对应，当测量框架11安装在对应排的螺栓孔内时，必须保证测量机构3的测量耙组13沿测量框架11运动轨迹所在的平面与喷管6的轴线垂直。

将测量机构3固定在上斜支撑2和下斜支撑4上不同的对应排的螺孔内，就可以得到测量机构3与喷管6出口截面的不同距离，从而得到测量机构3沿着气流方向不同截面的测量数据。

图3为测量机构3结构示意图，测量机构3可以作为一个整体进行安装。

测量框架11为一个长方体结构，其四个架梁可通过螺接或焊接连接在一起，其四个架梁的长度均大于喷管6出口的直径，并保证将测量机构3安装完成后，除了测量耙组13位于喷管6正前方的流场中，其他部件均处于该流场之外。上下架梁的内外两侧均有安装面，左右架梁中的一个架梁的外侧具有安装面，本实施例采用左侧架梁的外侧具有安装面。所谓的上下左右，以面对喷管6时为准，即是指面对图2的纸面时的上下左右。所谓内外侧是以框架所围的部分为内侧，反之为外侧。

测量框架11通过上下两个架梁的外侧安装面分别用螺栓安装在上斜支撑2和下斜支撑4上。在上下两个架梁的内侧安装面上分别通过螺栓安装有两条导轨24，在左侧架梁的外侧的中间部分的安装面上安装有电机支架15，在其两端对应上下架梁处分别安装有一个换向器支架14。

转接件12包括滑块连接板31、卡槽组32和挡板33。测量耙组13包括3个测量耙28。驱动系统16包括电机21、换向器22、丝杠23、导轨24和滑块25，所述丝杠23含有一个连接螺母27。

电机21通过螺栓固定在电机支架15上，通过减速器、联轴器、光轴分别与两个换向器22相连，换向器22安装在换向器支架14上，通过联轴器、光轴与丝杠23相连，换向器22的输出方向须保证上下两组转接件12运动方向一致。丝杠23通过两个支撑端安装在测量框架11上，其上的连接螺母27通过螺栓与转接件12相连。

图4为驱动系统16中的一组示意图，共两组，对称布置在测量框架11上下内侧。每组包括2根导轨24、4个滑块25和一根丝杠23。导轨24通过螺栓安装在测量框架11上，滑块25两个一组布置在导轨24上，丝杠23布置在两根平行导轨24的中间，丝杠23两端通过两个支撑端固定在测量框架11上(参考图6)。滑块25通过螺栓固定在转接件12的滑块连接板31上，丝杠23上的连接螺母27通过螺栓固定滑块连接板31上。通过电机21带动两根丝杠23转动，利用连接螺母27将转动转化为平动，推动转接件12，从而通过滑块25在导轨24上滑动。两根导轨24和四个滑块25组成一个承力机构，通过两组承力机构承受测量耙组13在流场中受到的冲击载荷，每组承力机构的一根丝杠23布置在两根导轨24中间，带动转接件12在导轨24上直线运动。其中支撑丝杠23两端的支撑端为标准件，可以购买或自行设计。

图5为转接件结构的示意图，它在驱动系统16和测量耙组13之间起承上启下的作用。转接件12中的滑块连接板31与滑块25相连，滑块连接板31一个侧面与连接螺母27相连，卡槽组32通过螺栓固定在滑块连接板31的安装有滑块25的面相反一面上，卡槽组32上共有5个卡槽，卡槽与卡槽之间的间距为70mm。卡槽的数量和间距可以根据需要而改变。当测量耙组13被放置卡槽32内时，利用挡板33能够限制其左右运动，挡板33通过螺栓与卡槽32相连。

转接件12为两个，对称安装在上下两组导轨上。测量耙组13包括3个测量耙28，测量耙28外形为一长条板，在其一端面布置若干测量管，测量管的端头型式根据测量不同参数进行设计，可以在其上布置多个测压点或测温点。测量管的尺寸、数量、间距可以根据要求进行布置。如本装置中，测量管为Φ4×1的管，管长为90mm，管间距为70，共19个，对称布置在测量耙的端面上。

每个测量耙28上下两端卡装在转接件12上的卡槽32内，并利用挡板33限制其左右运动。卡槽组32和挡块33限制了测量耙28两个方向的自由度，但测量耙28没有被完全固定，测量耙28与卡槽之间在测量耙28的长度方向上具有间隙，当测量耙组13进入高温高压流场中时，允许测量耙28沿其长度方向自由膨胀。另外，通过改变所放置的卡槽，可以实现测量耙28之间间距70mm与140mm的调换。

由此，通过电机21带动两根丝杠23转动，利用连接螺母27将转动转化为平动，推动转接件12在导轨24上直线运动，从而带动测量耙组13沿着导轨24进入喷管出口的流场，利用测量耙28上的测量点，测量出喷管出口截面上不同点的温度、压力等参数。并且能够通过改变测量框架11的安装位置，测量距离喷管6出口不同距离的截面上的流场参数。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种流场校测装置，其特征在于：包括安装框架、支撑框架、测量机构和驱动机构，

所述安装框架通过螺栓固定在试验舱的喷管出口上下的侧壁上，

所述支撑框架包括上斜支撑和下斜支撑，所述上斜支撑和所述下斜支撑分别具有用于安装测量机构的安装斜面，通过所述安装框架将所述上斜支撑和所述下斜支撑分别固定在所述喷管的正上方和正下方，安装完成后的所述上斜支撑和所述下斜支撑的安装斜面分别与所述喷管轴线平行，以所述测量机构能够对与所述喷管轴线垂直的面上的流场的数据进行测量的方式，在所述上斜支撑和所述下斜支撑上分别设置有彼此对应的用于安装所述测量机构的一排螺栓孔，并且在所述上斜支撑和所述下斜支撑的沿所述喷管轴线方向上的壁上具有多排彼此对应的所述螺栓孔，

所述测量机构包括测量框架、测量耙组和转接件，所述测量框架通过彼此对应的一排所述螺栓孔被安装在所述支撑框架的，所述测量耙组通过所述转接件安装在所述测量框架上，

所述驱动机构安装在所述测量机构上，能够驱动所述测量耙组在所述测量框架上作直线运动。

2.据权利要求1所述的流场校测装置，其特征在于：所述测量框架为方形框架结构，其上下左右的架梁的长度均大于所述喷管口的直径，并且保证除了所述测量耙组处于所述喷管正对的流场内，其他部件均处于该流场之外，所述测量框架的上下架梁通过螺栓连接固定在上斜支撑、下斜支撑上，在所述上下架梁上分别对应地安装有导轨，在所述测量框架的左右架梁中的一个上安装有换向器支架和电机支架，

所述转接件包括滑块连接板、卡槽组和挡板，所述滑块连接板上连接有滑块，所述转接件为两个，通过所述滑块将两个所述转接件分别安装在所述上下所述架梁的所述导轨上，所述卡槽组通过螺栓固定在所述滑块连接板上，所述卡槽组包括多个卡槽，所述测量耙组包括多个测量耙，所述测量耙卡装在上下两个所述转接件上所对应的所述卡槽内，所述卡槽与所述测量耙之间在所述所述测量耙得长度方向上具有间隙，所述挡板通过螺栓与所述卡槽组相连，用于限制所述测量耙的左右移动。

3.根据权利要求2所述的流场校测装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机、换向器和丝杠，所述电机安装在所述电机支架上，所述电机支架安装在所述架梁的中间，所述换向器支架具有两个，分别安装在所述架梁上下两端，在两个所述换向器支架上分别安装有一个换向器，所述丝杠具有两个，分别通过换向器将其一端与所述电机相连，各自的另一端通过连接螺母分别与所述转接件连接，从而通过所述滑块和所述导轨带动测量耙组作直线运动。

4.根据权利要求3所述的流场校测装置，其特征在于：在所述上下架梁上分别设置有两条导轨，每个所述丝杠通过安装在所述测量框架上的两个支撑端被设置于两条所述导轨之间，每个所述转接件通过螺栓与四个滑块相连，每个所述导轨上安装有两个滑块。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的流场校测装置，其特征在于：所述卡槽组上具有5个卡槽，相邻的两个所述卡槽之间的间距为70mm，所述测量耙组具有3个测量耙，从而能够实现测量耙之间间距70mm与140mm的调换。

6.根据权利要求2～4中任一项所述的流场校测装置，其特征在于：所述测量耙为一长条板，在其上布置有多个测压点或测温点。