CN105223006B - 一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置及试验方法，操控装置包括：体襟翼固定工装(4)，驱动控制机构(5)；体襟翼固定工装(4)包括压接工装(41)、摇臂(42)、支座(43)、连杆(44)；体襟翼(6)安装在压接工装(41)内，摇臂(42)一端与压接工装(41)相连，另一端与支座(43)上的转轴活动连接；连杆(44)一端与摇臂(42)活动连接，另一端与驱动控制机构(5)连接；驱动控制机构(5)采用液压泵，试验过程中驱动连杆(44)伸缩带动摇臂(42)沿转轴旋转，带动体襟翼(6)进入喷流流场(2)。本发明的操控装置控制精度高、可靠性高，实现了对以体襟翼为代表的热防护组件方案设计的合理性的验证。

Description

一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种体襟翼抗冲刷试验的操控装置及试验方法。

背景技术

为提高效率、降低成本，在发动机试车时进行搭载体襟翼抗冲刷试验，以验证体襟翼为代表的热防护组件方案设计的合理性。要求在不影响发动机正常试车的情况下开展搭载试验，在获得飞行器底端面和体襟翼部位热环境、飞行器力学环境的同时对体襟翼热防护组件进行考核。

为考核体襟翼背风面在发动机喷流流场中的抗冲刷性能，需要在搭载发动机试车过程中，使得体襟翼后缘部分伸入到发动机喷流流场中。为了实现体襟翼的相应动作，根据搭载试验要求，设计了体襟翼工装及驱动控制机构方案。

李庆棠在《耐热钢高温抗冲蚀磨损性能试验》(南京工业大学学报，2012)中对两种耐热钢的抗冲蚀性能进行了比较，但是没有对驱动控制机构的研究；吴大方的专利《高超声速飞行器翼舵结构1400℃高温模态试验测量装置》(CN201210023576.0)高温模态试验装置进行了研究，其通过固定的钼棒导杆将振动信号传递到高温热场外，没有运动控制机构；Miller J.H.在《Hot Dynamic Test Rig for Measuring Hypersonic Engine Seal Flowand Durability》中测量了高超声速发动机的密封总体情况，但是缺乏对于工装及驱动控制机构方案的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置及试验方法，为发动机试车过程中控制襟翼后缘部分进出发动机喷流流场提供了构造简单、控制精度高、具有高度可靠性的操控装置，实现了对以体襟翼为代表的热防护组件方案设计的合理性的验证。

本发明所采用的技术方案是：一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，包括：体襟翼固定工装，驱动控制机构；体襟翼固定工装包括压接工装、摇臂、支座、连杆；压接工装包括上压罩、下托罩和连接板；上压罩为壳体，下表面与体襟翼上表面贴合；下托罩与体襟翼接触的一端为壳体，上表面与体襟翼下表面贴合，下表面两侧通过支撑结构与连接板连接，上压罩与下托罩在边缘处固定连接；摇臂一端的连接平面通过连接板与压接工装相连，摇臂另一端通过轴孔与支座上的转轴活动连接；连杆一端与摇臂有轴孔一端的耳片活动连接，另一端与驱动控制机构连接；驱动控制机构采用液压泵驱动连杆伸缩带动摇臂沿转轴旋转。

所述支座包括转轴，支撑结构和底板；转轴架设在两个侧面平行的支撑结构之间，位于支撑结构上端，支撑结构固定在底板上，每个支撑结构侧面分布有加强筋。

所述支座的支撑结构、底板或连杆的材料为Q235。

所述下托罩壳体下表面两侧的支撑结构上下两边不平行，使得下托罩上端的壳体与连接板之间形成夹角。

所述上压罩一侧留有体襟翼的支座通过口，用于固定体襟翼。

一种利用上述的动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置进行动力试车体襟翼抗冲刷试验的方法，包括如下步骤：

a、固定体襟翼固定工装的支座，将摇臂装在支座的转轴上，将压接工装的连接板与摇臂连接，将体襟翼夹持在压接工装的上压罩和下托罩之间；将连杆一端与摇臂连接，另一端与驱动控制机构连接；

b、将发动机固定在体襟翼固定工装的斜上方，调整发动机的位置，保证当体襟翼位于连接板平行于地面的位置时，体襟翼处于喷流流场中；

c、发动机试车开始后，启动驱动控制机构带动连杆控制体襟翼进入喷流流场；当连接板到达平行与地面的位置时，体襟翼保持当前状态；

d、维持步骤c中体襟翼的状态直至抗冲刷试验结束，驱动控制机构带动连杆控制体襟翼退出喷流流场；

e、体襟翼退出喷流流场后关闭驱动控制机构；

f、获得体襟翼舵面在发动机的流场喷流中的结构温度响应结果。

所述发动机主轴与水平面的夹角为5°～65°，发动机的主轴与体襟翼固定工装的主轴在同一平面内。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明设计了用于体襟翼抗冲刷试验的操控装置，通过液压装置驱动连杆带动摇臂有效驱动体襟翼舵面从发动机喷流切面进入喷流流场，实现了对操控装置运动的精确控制。

(2)本发明的操控装置采用的摇臂旋转方式，可以有效的将驱动控制机构产生的动力转移到转轴和摇臂上，提高了动力的应用效率。

(3)本发明的操控装置中支座及连杆等结构采用耐热不锈钢，且表面涂覆有耐热涂层材料，使得体襟翼固定工装具有较高的强度与刚度，能够满足结构承载要求，耐热涂层进一步提高了耐热不锈钢的使用温度，满足结构的热环境要求。

(4)本发明的试验方法应用本发明的操控装置，通过操控装置控制体襟翼进入喷流流场，合理控制进入时间，有效考核了体襟翼热结构舵面材料的抗烧蚀能力，实现了对以体襟翼为代表的热防护组件方案设计的合理性的验证。

附图说明

图1为本发明的动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置安装示意图；

图2为本发明的体襟翼固定工装结构示意图；

图3为本发明的体襟翼固定工装中压接工装示意图；

图4为本发明的体襟翼固定工装中支座结构示意图；

图5为本发明的连杆与摇臂连接示意图。

具体实施方式

体襟翼6搭载发动机1试车试验主要考核体襟翼6背风面在发动机1喷流流场中的抗冲刷性能和耐温效果，试验中需要在适当的时间使体襟翼6进入和退出发动机1的喷流流场2，为此设计了本发明中的一种用于动力试车体襟翼抗冲刷试验的控制装置。该装置在发动机1试车过程中由驱动控制机构5驱动使体襟翼6后缘部分伸入到发动机1的喷流流场2中。

如图1所示，一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的控制装置，包括：体襟翼固定工装4，驱动控制机构5。如图2所示，体襟翼固定工装4包括压接工装41、摇臂42、支座43、连杆44。

如图3所示，压接工装41包括上压罩411、下托罩412、支耳413、连接板414及若干M20不锈钢螺栓。上压罩411为壳体，下表面与体襟翼6上表面贴合，一侧留有体襟翼6的支座通过口，下托罩412与体襟翼6接触的一端为壳体，壳体上表面与体襟翼6下表面贴合，壳体下表面两侧通过支撑结构与连接板414连接，支撑结构上下两边不平行，使得下托罩412上端的壳体结构与连接板414形成一定的角度，上压罩411与下托罩412通过边缘上的M20不锈钢螺栓连接，体襟翼6夹持在上压罩411及下托罩412之间，支耳413安装在下托罩412上端壳体与连接板414之间，强化了下托罩412和连接板414的连接；压接工装41通过下部的连接板414与摇臂42相连，连接处共有14个M14螺栓。

摇臂42为长方形柱状结构，一端有轴孔，另一端与长方形的连接平面连接，柱状结构与长方形的连接平面连接处通过加强筋加强，连接平面用于与连接板414固定连接，摇臂42用于将压接工装41及体襟翼6翻转到发动机1形成的喷流流场2中，材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，钢板初选12mm，氩弧焊接而成，轴孔处采用衬套加强。

支座43如图4所示，用于体襟翼固定工装4整体的支撑以及固定，主要由16mm厚Q235钢板拼焊焊成，Q235使用最高温度350℃，因环境温度较高，采用隔热涂覆。支座43包括转轴，支撑结构和底板，两个支撑结构的梯形侧面平行且留有一定间隙，支撑结构固定在底板上，每个支撑结构侧面分别有两片加强筋，转轴架设在两个支撑结构之间，位于两个支撑结构上端，摇臂42通过一端的轴孔安装于支座43的转轴上，转轴直径60mm，材料采用45号钢调质处理，支座43的底板与埋铁(槽钢)通过长槽孔及周边焊接，牢固固定在地基上。

如图5所示，连杆44包括杆体、连接座、销轴等，杆体一端与驱动控制机构5连接，另一端通过连接座与摇臂42下端耳片相连，销轴用于连接座耳片与摇臂42下端耳片连接，以此驱动摇臂42旋转，连杆44所处的工作环境温度较高，采用隔热涂覆，杆体材料为Q235厚壁圆管，主要用来传递动力。

驱动控制机构5通过连杆44与体襟翼固定工装4相连，驱动控制机构5采用液压泵驱动连杆44伸缩带动摇臂42沿转轴旋转，从而实现体襟翼6从喷流切面进入喷流流场2，实现设计要求的测试功能。

发动机1固定在体襟翼固定工装4的斜上方，发动机1主轴与水平面的夹角为10°，发动机1的主轴与体襟翼固定工装4的主轴在同一平面内。

一种动力试车体襟翼抗冲刷试验方法，包括如下步骤：

a、将支座43通过螺栓安装在厂房地面埋铁上，将摇臂42装在支座43的转轴上，将压接工装41的连接板414通过螺栓连接在摇臂42上，将体襟翼6夹持在压接工装41的上压罩411和下托罩412之间；将连杆44一端与摇臂42连接，另一端与驱动控制机构5连接；

b、发动机1固定在体襟翼固定工装4的斜上方，发动机1主轴与水平面的夹角为5°～65°，调整发动机1的位置，保证当体襟翼6位于连接板414平行于地面的位置时，体襟翼6处于喷流流场2中，发动机1的主轴与体襟翼固定工装4的主轴在同一平面内；调试设备后进入待命状态；

c、在发动机1试车进行至20s时驱动控制机构5控制体襟翼6进入喷流流场2；此时驱动控制机构5带动连杆44运动，连杆44通过摇臂42将直线运动变换为旋转运动，摇臂42通过压接工装41带动体襟翼6进入发动机1的喷流流场2；当连接板414到达平行与地面的位置时，体襟翼6保持当前状态；

d、维持步骤c中体襟翼6的状态100s后，驱动控制机构5控制体襟翼6退出喷流流场2，驱动控制机构5带动连杆44运动，连杆44通过摇臂42将直线运动变换为旋转运动，摇臂42通过压接工装41带动体襟翼6退出发动机1的喷流流场2；

e、体襟翼6退出喷流流场2后关闭驱动控制机构5；

f、获得体襟翼舵面在发动机喷流中的结构温度响应结果，同时通过观察和对试验结果的检测，考核了体襟翼热结构舵面材料的抗烧蚀能力。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，其特征在于，包括：体襟翼固定工装(4)，驱动控制机构(5)；体襟翼固定工装(4)包括压接工装(41)、摇臂(42)、支座(43)、连杆(44)；压接工装(41)包括上压罩(411)、下托罩(412)和连接板(414)；上压罩(411)为壳体，下表面与体襟翼(6)上表面贴合；下托罩(412)与体襟翼(6)接触的一端为壳体，上表面与体襟翼(6)下表面贴合，下表面两侧通过支撑结构与连接板(414)连接，上压罩(411)与下托罩(412)在边缘处固定连接；摇臂(42)一端的连接平面通过连接板(414)与压接工装(41)相连，摇臂(42)另一端通过轴孔与支座(43)上的转轴活动连接；连杆(44)一端与摇臂(42)有轴孔一端的耳片活动连接，另一端与驱动控制机构(5)连接；驱动控制机构(5)采用液压泵驱动连杆(44)伸缩带动摇臂(42)沿转轴旋转。

2.根据权利要求1所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，其特征在于：所述支座(43)包括转轴，支撑结构和底板；转轴架设在两个侧面平行的支撑结构之间，位于支撑结构上端，支撑结构固定在底板上，每个支撑结构侧面分布有加强筋。

3.根据权利要求1或2所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，其特征在于：所述支座(43)的支撑结构、底板或连杆(44)的材料为Q235。

4.根据权利要求1或2所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，其特征在于：所述下托罩(412)壳体下表面两侧的支撑结构上下两边不平行，使得下托罩(412)上端的壳体与连接板(414)之间形成夹角。

5.根据权利要求1或2所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置，其特征在于：所述上压罩(411)一侧留有体襟翼(6)的支座通过口，用于固定体襟翼(6)。

6.采用如权利要求1所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置进行动力试车体襟翼抗冲刷试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、固定体襟翼固定工装(4)的支座(43)，将摇臂(42)装在支座(43)的转轴上，将压接工装(41)的连接板(414)与摇臂(42)连接，将体襟翼(6)夹持在压接工装(41)的上压罩(411)和下托罩(412)之间；将连杆(44)一端与摇臂(42)连接，另一端与驱动控制机构(5)连接；

b、将发动机(1)固定在体襟翼固定工装(4)的斜上方，调整发动机(1)的位置，保证当体襟翼(6)位于连接板(414)平行于地面的位置时，体襟翼(6)处于喷流流场(2)中；

c、发动机(1)试车开始后，启动驱动控制机构(5)带动连杆(44)控制体襟翼(6)进入喷流流场(2)；当连接板(414)到达平行与地面的位置时，体襟翼(6)保持当前状态；

d、维持步骤c中体襟翼(6)的状态直至抗冲刷试验结束，驱动控制机构(5)带动连杆(44)控制体襟翼(6)退出喷流流场(2)；

e、体襟翼(6)退出喷流流场(2)后关闭驱动控制机构(5)；

f、获得体襟翼(6)舵面在发动机(1)的流场喷流(2)中的结构温度响应结果。

7.根据权利要求6所述的采用如权利要求1所述的一种动力试车体襟翼抗冲刷试验的操控装置进行动力试车体襟翼抗冲刷试验的方法，其特征在于：所述发动机(1)主轴与水平面的夹角为5°～65°，发动机(1)的主轴与体襟翼固定工装(4)的主轴在同一平面内。