CN105181317A - 舵轴热密封试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种舵轴热密封试验装置，包括电弧加热器、超声速喷管、导管、水冷帽工装和舵轴模型；所述超声速喷管连接于所述电弧加热器和所述导管之间，用于将所述电弧加热器加热后的高温高压空气加速形成超音速气流；所述导管与所述水冷帽工装和带有舵基板的所述舵轴模型直接连接，从而形成气流通道。本发明以电弧加热地面试验设备为依托，紧密结合舵轴的特殊结构与试验的特殊需求，以导管试验技术为参考，对电弧加热器的舵轴热密封试验装置进行设计，起到限制高温气流膨胀，提高试验模拟能力作用。

Description

舵轴热密封试验装置
技术领域
本发明涉及一种用于进行高速飞行器舵轴热密封地面模拟试验的装置，属于飞行器地面模拟试验装置领域。
背景技术
经过几十年的发展，各类高温热密封组件已经广泛应用在航天飞机、X-37B、HTV-2、X-51等飞行器中，其中舵轴部段及活动部位的高温长时间热密封则是热防护系统的薄弱环节。由于飞行过程中舵的摆动，整个舵轴区域的加热环境属于非定常缝隙加热。舵及其组件与超声速高温气流产生强烈的激波边界层干扰效应，舵轴区域的流场十分复杂，单纯采用理论和数值计算的办法，难以对舵轴高温热密封组件的性能和设计进行评估，需要采用地面试验的方法进行考核。地面试验中进行的整舱舵轴热密封试验，试验模型为真实飞行采用的实物舱体和空气舵，可较为真实地模拟实际飞行的热环境。
电弧加热试验设备由于具有模拟气体成分真实、参数调节范围广、可长时间加热等优点而成为首选加热设备，但舵轴热密封试验未进行过专门的电弧加热地面模拟试验，因此没有经验可循。为满足舵轴热密封地面考核的要求，需要以电弧加热地面试验设备为依托，紧密结合舵轴热密封试验的特殊需求对电弧加热器下游的试验装置进行设计，设计时需要考虑如何避免舵轴模拟件烧蚀量过大对试验结果的影响，提高状态模拟参数以及确定试验状态基准点等问题。
发明内容
本发明提供一种舵轴热密封试验装置，其采用水冷帽工装保护舵轴模拟件，确保在试验过程中舵轴模拟件外形基本不变；并采用内流模拟外流试验手段，使经过导管后的气流在模型和水冷固壁之间流动，起到限制气流膨胀，提高试验模拟参数的目的。
本发明的舵轴热密封试验装置包括电弧加热器、超声速喷管、导管、水冷帽工装和舵轴模型；所述超声速喷管连接于所述电弧加热器和所述导管之间，用于将所述电弧加热器加热后的高温高压空气加速形成超音速气流；所述导管与所述水冷帽工装和带有舵基板的所述舵轴模型直接连接，从而形成气流通道。
优选所述水冷帽工装位于带有舵基板的所述舵轴模型的上方，并在正对来流方向设有凸沿，所述水冷帽工装与所述舵轴模型的舵基板上表面之间形成有狭小缝隙。
优选所述水冷帽工装内部设有用于冷却水循环的冷却通道。
优选所述超声速喷管为拉瓦尔喷管。
本发明的有益效果
本发明以电弧加热地面试验设备为依托，紧密结合舵轴热密封试验的特殊需求对电弧加热器下游的试验装置进行设计，解决了舵轴模拟件防护的问题，提高了试验模拟参数的范围，确定以舵轴区域附近的激波边界层干扰区最大热流作为试验状态基准点，该试验技术填补了国内空白。
附图说明
图1为舵轴热密封试验装置整体剖切示意图。
图2为舵轴安装处的局部剖切放大图。
具体实施方式
如图1所示，舵轴热密封试验装置包括电弧加热器1、超声速喷管2、导管3、水冷帽工装4和舵轴模型5。
喷管2位于电弧加热器1和导管3之间，用于将被电弧加热器1加热后的高温高压空气加速形成超音速气流；导管3与水冷帽工装4和带有舵基板的舵轴模型5直接连接，其作用是以内流模拟外流，限制高温气流膨胀，增加试验模拟参数，提高试验模拟能力；水冷帽工装4起到保护舵轴模型5的作用，并在舵轴模型的舵基板上表面形成气流通道。其中，超声速喷管2为拉瓦尔喷管，当其上下游达到一定压比时，下游气流可达到超声速。
如图2所示，在导管3、水冷帽工装4和舵轴模型5之间形成有通道，水冷帽工装4安装于带有舵基板的舵轴模型5上方，并在正对来流方向设有凸沿，用以遮挡舵轴模型5的上部，以保护舵轴模型5上面部分不被烧蚀。水冷帽工装4内部设有用于冷却水循环的冷却通道，在进行试验时，进行水冷，以保证其不被烧蚀，从而对舵轴模型5进行更好的保护。
进行试验时，经过电弧加热器加热后的高温高压气流经过超声速喷管加速后，经过导管3流入水冷帽工装4下方与舵轴模型5的舵基板上表面之间的狭小缝隙，从而对舵轴模型5舵基板的热环境进行模拟。通常通过焊接在舵轴模型5内部和下面的热电偶测量舵轴模型的内部温度和下面的温度。温度测量值一般应小于飞行器舱段的内壁最大允许温度200℃，以此考察舵基板与舵轴模型5的热密封性能。
舵轴热密封试验目的是对飞行器舵轴区域的防热和热密封设计进行地面考核，考核舵轴结构的密封有效性、舵轴前缘的烧蚀和隔热性能以及舵轴结构的热匹配性，并兼顾考核舵基板的烧蚀和隔热性能。试验模拟飞行器实际飞行时热环境，一般以舵轴处的热环境参数，如舵轴驻点压力、气流总焓和驻点热流为主要模拟参数。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种舵轴热密封试验装置，其特征在于：包括电弧加热器、超声速喷管、导管、水冷帽工装和舵轴模型；所述超声速喷管连接于所述电弧加热器和所述导管之间，用于将所述电弧加热器加热后的高温高压空气加速形成超音速气流；所述导管与所述水冷帽工装和带有舵基板的所述舵轴模型直接连接，从而形成气流通道。
2.根据权利要求1所述的舵轴热密封试验装置，其特征在于：所述水冷帽工装位于带有舵基板的所述舵轴模型的上方，并在正对来流方向设有凸沿，所述水冷帽工装与所述舵轴模型的舵基板上表面之间形成有狭小缝隙。
3.根据权利要求1所述的舵轴热密封试验装置，其特征在于：所述水冷帽工装内部设有用于冷却水循环的冷却通道。
4.根据权利要求1所述的舵轴热密封试验装置，其特征在于：所述超声速喷管为拉瓦尔喷管。
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