CN105911215A - 矩形截面激波管气动针刺破膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于矩形截面激波管的气动针刺破膜装置，包括了夹膜部分和针刺部分。其中夹膜部分包括夹膜管体、夹膜压盖、夹膜承压板组成，用于连接高低压段激波管，并可夹紧膜片；针刺部分主要包括推杆、弹簧支承盖、弹簧支承筒、导向座和刺针等组成，可通过高压气体控制刺针的伸缩，达到破膜的效果。该机构通过高压气体进行气动控制，驱动力更大，刺针的伸缩速度更快。可根据膜片的类型更换刺针的材料和长度，可刺破多层塑料膜和较薄的铝膜、钢膜等不同类型的膜片。

Description

矩形截面激波管气动针刺破膜装置

技术领域

本发明属于燃烧实验技术领域，是一种应用于矩形截面激波管的针刺破膜装置。

背景技术

在超燃冲压发动机中，燃料通过以超声速流过燃烧室，燃料难以实现混合、点火以及化学能的充分释放。碳氢燃料来源广泛，能量密度高，也是目前航空飞行器最广泛使用的燃料。在超声速气流中完成燃烧需要实现燃料的喷射雾化、燃料与空气的混合、以及燃烧，这一过程需要在极短的时间内完成(毫秒量级)。对于燃烧这一阶段，需要经历点火、火焰传播以及火焰稳定这几个重要过程，而碳氢燃料的点火延迟时间也为毫秒量级，因此，通过技术手段测量碳氢燃料的点火延迟时间非常必要。

通常情况下，研究者使用激波管来测量碳氢燃料的点火延迟时间。2009年，斯坦福大学的Hanson等人结合自己，并归纳总结了其他研究者的研究结果，得到了甲烷、乙烷、乙烯以及一些高碳链碳氢燃料的点火延迟时间，在得到了更加详细的数据库的基础上，也对其中燃料点火延迟时间的变化规律进行了归纳总结(Davidson D F,Hanson R K.Fundamental KineticsDatabase Utilizing Shock Tube Measurements[Z].Mechanical EngineeringDepartment,Stanford University,Stanford,CA,2009)。中国科技大学的廖钦等人通过激波管测量了煤油及其裂解产物的点火延迟时间(廖钦.煤油及其裂解产物自点火现象的初步实验研究[D].安徽:中国科技大学,2009)。该小组使用了双膜机构破膜的方式进行了破膜。

由于需要测量的燃料工况差别很大，实验中所使用的膜片也会随着工况的改变而改变。在激波管设计加工定型后，更换破膜装置较为繁琐，因此，使用一种适合较宽工况范围的破膜机构即为必要。

目前，现有的破膜机构存在的问题是：

(1)电控破膜破膜效率不高，存在较高的无法破膜的概率。

(2)高压自主破膜难以精确控制破膜压力，难以精确实现实验工况的控制。

(3)传统的针刺破膜出针速度不高，可以对塑料破膜进行较好的破膜，但是当工况需要使用铝膜及钢膜时，传统的针刺破膜往往无法实现较好的破膜。

发明内容

本发明的目的是在借鉴国内外设计思想和使用经验的基础上，设计一种针对矩形截面激波管的、可靠高效、使用工况范围较宽的针刺破膜机构。可适用于多种实验工况，具有较强的通用性，提升了我国在激波管研制的技术和工程应用能力，更加便于测量碳氢燃料点火延迟时间，推进了碳氢燃料点火延迟时间数据库的完善。

用于矩形截面激波管的气动控制针刺破膜机构，包括了夹膜部分和针刺部分，其特征在于：

夹膜管体与夹膜压盖材料为304不锈钢，尺寸与矩形截面激波管的管体内外壁面尺寸相同，两者通过螺栓进行连接。夹膜承压板用于与夹膜管体与夹膜压盖一起夹紧膜片。膜片表面需要涂抹黄油，使得膜片与夹膜承压盖更好贴合。夹膜部分与激波管的高低压段通过法兰的阴阳面进行贴合，使用螺栓进行固定，密封则是采用了密封圈进行密封，达到了气密的效果。

针刺部分主要由推杆、弹簧支承盖、弹簧支承筒、导向座、和刺针组成。其中推杆材料为H62黄铜，当驱动的高压气体从远端的接口输入时，推杆会向前快速推出，当通过阀门改变驱动气体从靠近管体的接口输入时，推杆收回。弹簧支承盖、弹簧支承筒、导向座的材料为304不锈钢，均采用螺栓进行固定。导向座与夹膜管体与采用螺栓进行固定，连接面加工凹槽，安装密封圈进行密封。

本发明的优势是：

(1)采用气动控制，刺针的出针速度较普通的机械式针刺破膜机构快，更容易实现破膜需求。

(2)更加便于更换刺针，可根据所破膜片的类型选择不同长度以及不同材料的刺针。

(3)针刺结构的气密性能更好。针刺机构的各部件的配合均考虑了气密性的要求，采用了密封圈材料等进行密封。

(4)通用性能强。改变夹膜管体与夹膜压盖的尺寸即可适用于不同尺寸的矩形截面激波管。

附图说明

图1(a)为针刺机构的三维装配图与侧视图；

图1(b)为针刺机构的俯视图；

图1(c)为针刺机构的剖面图及具体尺寸；

图2为气动阀气缸连接座；

图3为推杆推动的负压活塞的结构图；

图4为刺针套筒；

图5为破铝膜刺针。

具体实施方式

如图1(a)、图1(b)、图1(c)所示，夹膜管体(1)、夹膜压盖(2)以及夹膜承压板(3)的壁厚以及截面尺寸按照与之配合的激波管管体相同。夹膜承压板(3)与夹膜管体(1)、夹膜压盖(2)之间装夹膜片，膜片与夹膜承压板之间涂抹黄油保证两者的贴合。夹膜管体(1)与夹膜压盖(2)，夹膜部分与激波管管体之间均采用螺栓固定，在夹膜部分与激波管管体接触面通过密封圈进行密封。

推杆(4)、弹簧支承盖(5)、弹簧支承筒(6)、导向座(7)、为针刺部分的主要组成部分。当驱动高压气体从a口中输入时，推杆(4)会向前快速推出，当通过阀门改变驱动气体从靠近管体的接口输入时，推杆收回。弹簧支承筒(6)主要作用为密封高压气体。导向座(7)的作用为引导刺针出针方向，也连接了针刺部分与夹膜管管体(1)。导向座(7)与夹膜管管体(1)连接面也使用密封圈进行密封。

如图2所示为气动阀气缸连接座，材料为45号钢。其主要作用是连接弹簧支承盖(5)与图3中的负压活塞。

如图3所示为负压活塞，材料为45号钢，推杆(4)推动负压活塞实现了伸缩运动。负压活塞底部与推杆进行螺纹连接，顶部插入刺针套筒，针刺套筒与负压活塞使用固定胶进行加固连接。负压活塞的顶部圆柱体的侧面设计有密封圈槽，安装了密封圈进行了密封。

如图4所示为刺针套筒，有一定的锥度以实现固定，锥部底端插入负压活塞，顶部插入刺针，属于连接部件。

如图5所示为刺针，刺针的长短、材料可根据所破膜片的材料进行更改，磨破尖端通过角磨机进行打磨，以更好地实现破膜效果。

Claims (1)

1.用于矩形截面激波管的气动针刺破膜装置，包括了夹膜部分和针刺部分，其特征在于：

夹膜部分主要由夹膜管体(1)、夹膜压盖(2)、夹膜承压板(3)组成，夹膜管体(1)与夹膜压盖(2)材料为304不锈钢，尺寸与矩形截面激波管的管体内外壁面尺寸相同，两者通过螺栓进行连接，夹膜承压板(3)用于与夹膜管体与夹膜压盖一起夹紧膜片，膜片表面需要涂抹黄油，使得膜片与夹膜承压盖更好贴合，夹膜部分与激波管的高低压段通过法兰的阴阳面进行贴合，使用螺栓进行固定，密封则是采用了密封圈进行密封，达到了气密的效果；

针刺部分主要由推杆(4)、弹簧支承盖(5)、弹簧支承筒(6)、导向座(7)、和刺针组成，其中推杆(4)材料为H62黄铜，当驱动的高压气体从远端的接口输入时，推杆会向前快速推出，当通过阀门改变驱动气体从靠近管体的接口输入时，推杆收回，弹簧支承盖(5)、弹簧支承筒(6)、导向座(7)的材料为304不锈钢，均采用螺栓进行固定，导向座(7)与夹膜管体(1)与采用螺栓进行固定，连接面加工凹槽，安装密封圈进行密封。