CN106500949B - 一种风洞拐角段椭圆环壳体成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，包括如下步骤：（1）近似椭圆环壳体分段辊制；（2）分段壳体曲率矫正；（3）圆弧板壳体组焊；（4）椭圆环壳体与外部加强筋组焊。本发明可用于制作风洞拐角段的椭圆环壳体，具有方法简单、通用性强、容易操作、精度较高等特点，解决了大型风洞拐角段椭圆环壳体精度控制的难题。

Description

一种风洞拐角段椭圆环壳体成型方法
技术领域
本发明涉及风洞设备制造领域，具体提供一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法。
背景技术
风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。拐角段是风洞洞体的重要组成部分，可实现气流流向的改变。拐角段的两段45°斜切直筒体之间通过椭圆环壳体进行连接，椭圆环壳体内部安装有改变气流方向的高精度导流片，如何控制拐角段中各壳体之间的连接尺寸是保证风洞拐角段建造质量的关键因素。
因风洞拐角段椭圆环壳体的尺寸很大，椭圆长轴尺寸达到5-15m，短轴达到3-8m，无法用整体模具进行制作，而传统的风洞拐角段椭圆环壳体主要采用压制成型的方法进行壳体不同曲率的加工，该方法中将椭圆环壳体沿其长轴方向切分为两个分段，各分段在压力机中以顶压的方式同时加工成型。顶压过程中需要工人师傅凭借经验来调整模具的顶压深度，加工过程繁琐且效率低下，难以满足风洞大型化发展的趋势。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）近似椭圆环壳体分段辊制
根据风洞拐角段椭圆环壳体的设计尺寸，利用“四心圆法”得到近似椭圆，将近似椭圆环壳体分为四个分段：分段KK1、分段KN、分段NN1和分段K1N1，其中分段KK1与分段NN1有相同的曲率半径R1，分段KN与分段K1N1有相同的曲率半径R2，根据由“四心圆法”得到的近似椭圆中各分段的长度占近似椭圆总周长的比例，将标准椭圆周长分为对应比例的四部分，将与该四部分等长度的直板分别辊制出曲率半径为R1的两块圆弧板a和圆弧板c，以及曲率半径为R2的两块圆弧板b和圆弧板d，圆弧板a、圆弧板b、圆弧板c和圆弧板d的长度之和等于标准椭圆的周长；
（2）分段壳体曲率校正
采用CAD软件在矫形平台上放样得到标准椭圆轮廓线，将四块圆弧板辊制完成后放置于辅助矫形平台上拼接，得到的近似椭圆与标准椭圆轮廓线比较，利用夹紧装置调整矫正各圆弧板壳体曲率；
（3）圆弧板壳体组焊
椭圆环壳体曲率矫正完成后，借助夹紧装置夹紧固定各分段圆弧板壳体之间的对接接头，对称组焊椭圆环壳体的各个分段圆弧板；
（4）椭圆环壳体与外部加强筋组焊
椭圆环壳体各分段圆弧板组焊完成后，拆除椭圆环壳体外侧夹紧装置组装椭圆环壳体外部加强筋并与椭圆环壳体外侧壁焊接。
所述的夹紧装置为若干个，分别设置在椭圆环壳体长短轴端点处、各分段对接接头两侧、以及其他曲率待调整位置。
所述的夹紧装置包括底部水平的固定支座，和垂直于固定支座的夹紧板，将设计好摆放位置的固定支座焊接于矫形平台上，固定支座底部开设有凹槽，夹紧板嵌设于固定支座底部凹槽内，夹紧板可在凹槽内滑动，固定支座上设有与夹紧板共面的支架，支架与夹紧板侧壁之间通过顶紧螺栓连接，通过旋转顶紧螺栓使夹紧板在固定支座底部凹槽内前后滑动，通过调节设置于椭圆环壳体内外两侧的两块夹紧板的相对位置可以调整壳体曲率和各分段壳体接头之间的相对位置。
本发明具有如下优点：
一种风洞拐角段椭圆环壳体成型方法可用于制作风洞拐角段的椭圆环壳体，具有方法简单、通用性强、容易操作、精度较高等特点，解决了大型风洞拐角段椭圆环壳体精度控制的难题，与传统的成型方法相比具有以下优点：
1. 本方法中将风洞拐角段的椭圆环壳体利用近似椭圆分段方法分成4段，各分段采用辊制成型的方式进行加工，使得椭圆环壳体的曲率变化更加连续，简化了椭圆环壳体曲率加工的难度，提高了椭圆环壳体曲率加工成型的效率。
2. 保证近似椭圆与标准椭圆总周长一致，采用CAD放样，比对近似椭圆轮廓线与标准椭圆轮廓线之间的曲率差，通过矫形平台对夹紧装置对近似椭圆环壳体进行曲率调整使之成为标准椭圆。
3、本方法中将风洞拐角段的椭圆环壳体置于辅助矫形平台之上进行组焊，通过采用相关的工装夹具，有效控制了椭圆环壳体的焊接变形，提高了椭圆环壳体成型后的尺寸精度。
附图说明
图1为本发明利用“四心圆法”对椭圆环壳分段的原理图；
图2为本发明环壳体四个圆弧板结构示意图；
图3为本发明环壳体轮廓校正原理示意图；
图4为本发明夹持组焊状态示意图；
图5为本发明中夹紧装置结构示意图；
图6为本发明椭圆环壳体加强圈组装示意图；
其中：1-圆弧板a，2-圆弧板b，3-圆弧板c，4-圆弧板d，5-近似椭圆轮廓线，6-夹紧装置，7-标准椭圆轮廓线，8-矫形平台，9-焊缝，10-椭圆环壳体，11-加强筋，12-固定支座，13-夹紧板，14-顶紧螺栓。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-6所示的一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）近似椭圆环壳体分段辊制
根据风洞拐角段椭圆环壳体的设计尺寸，椭圆长轴AB和椭圆短轴CD尺寸已知，如图1所示，利用“四心圆法”得到近似椭圆，并对近似椭圆分段，具体步骤为首先连接A、C，以O为圆心、OA为半径画弧，与CD的延长线交于点E，以C为圆心、CE为半径画弧，与AC交于点E1；作AE1的垂直平分线，与长短轴分别交于点O1、O2，再作对称点O3、O4；O1、O2、O3、O4即为四段圆弧的圆心；分别作圆心连线O1O4、O2O3、O3O4并延长；分别以O1、O3为圆心，O1A或O3B为半径画小圆弧K1AK和NBN1，分别以O2、O4为圆心，O2C或O4D为半径画大圆弧KCN和N1DK1（切点K、K1、N1、N分别位于相应的圆心连线上），即完成近似椭圆的作图。
将近似椭圆分为四个分段：分段KAK1、分段KCN、分段NBN1和分段K1DN1，其中分段KAK1与分段NBN1有相同的曲率半径R1，分段KCN与分段K1DN1有相同的曲率半径R2，根据长短轴尺寸求得R1 R2对应数值以及近似椭圆周长，根据由四心圆法得到的近似椭圆中四个分段的长度占近似椭圆总周长的比例，将标准椭圆周长分为对应比例的四部分，将与该四部分等长度的直板分别辊制出曲率半径为R1的两块圆弧板a1和圆弧板c3，以及曲率半径为R2的两块圆弧板b2和圆弧板d4，得到如图2所示的四块分段环壳体，各圆弧板的厚度由椭圆环壳体设计尺寸得到；
（2）分段壳体曲率校正
采用CAD软件绘制椭圆环壳体标准椭圆轮廓线7，将标准椭圆轮廓线7（图3中虚线）和近似椭圆轮廓线5（图3中实线）进行比对，在CAD软件中求得近似椭圆与标准椭圆之间的曲率差值，然后借助辅助矫形平台8，将四块辊制完成后的圆弧板放置于辅助矫形平台上拼接，得到的近似椭圆与标准椭圆轮廓线比较，利用夹紧装置6调整矫正各圆弧板壳体曲率，夹紧装置6中的固定支座12根据矫形平台上标准椭圆轮廓线的位置设置后焊接于矫形平台上，如图5所示夹紧板13可在固定支座12下端凹槽内部随着顶紧螺栓14的旋转而进行移动，推动椭圆环壳体板移动以实现改变椭圆环壳体10曲率的目的；
（3）圆弧板壳体组焊
椭圆环壳体10曲率矫正完成后，如图4所示借助夹紧装置夹紧固定各分段圆弧板壳体之间的对接接头，对称组焊椭圆环壳体的各个分段圆弧板之间的焊缝9；
（4）椭圆环壳体与外部加强筋组焊
椭圆环壳体各分段圆弧板组焊完成后，拆除椭圆环壳体外侧夹紧装置，如图6所示组装椭圆环壳体外部加强筋11并与椭圆环壳体外侧壁焊接，焊接完成后即可拆除椭圆环壳体内侧夹紧装置，进行后续组装。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (3)

1.一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)近似椭圆环壳体分段辊制
根据风洞拐角段椭圆环壳体的设计尺寸，利用“四心圆法”得到近似椭圆，将近似椭圆分为四个分段：分段KK1、分段KN、分段NN1和分段K1N1，其中分段KK1与分段NN1有相同的曲率半径R1，分段KN与分段K1N1有相同的曲率半径R2，根据由“四心圆法”得到的近似椭圆中各分段的长度占近似椭圆总周长的比例，将标准椭圆周长分为对应比例的四部分，将与该四部分等长度的直板分别辊制出曲率半径为R1的两块圆弧板a和圆弧板c，以及曲率半径为R2的两块圆弧板b和圆弧板d，圆弧板a、圆弧板b、圆弧板c和圆弧板d的长度之和等于标准椭圆的周长；
(2)分段壳体曲率矫正
采用CAD软件在矫形平台上放样得到标准椭圆轮廓线，将四块圆弧板辊制完成后放置于辅助矫形平台上拼接，得到的近似椭圆与标准椭圆轮廓线比较，利用夹紧装置调整矫正各圆弧板壳体曲率；
(3)圆弧板壳体组焊
椭圆环壳体曲率矫正完成后，借助夹紧装置夹紧固定各分段圆弧板壳体之间的对接接头，对称组焊椭圆环壳体的各个分段圆弧板；
(4)椭圆环壳体与外部加强筋组焊
椭圆环壳体各分段圆弧板组焊完成后，拆除椭圆环壳体外侧夹紧装置，组装椭圆环壳体外部加强筋并与椭圆环壳体外侧壁焊接。
2.如权利要求1所述的一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，其特征在于：所述的夹紧装置为若干个，分别设置在椭圆环壳体长短轴端点处、各分段对接接头两侧、以及其他曲率待调整位置。
3.如权利要求1所述的一种风洞拐角段椭圆环壳体的成型方法，其特征在于：所述的夹紧装置包括底部水平的固定支座和垂直于固定支座的夹紧板，固定支座焊接于矫形平台上，固定支座底部开设有凹槽，夹紧板嵌设于固定支座底部凹槽内，固定支座上设有与夹紧板共面的支架，支架与夹紧板侧壁之间通过顶紧螺栓连接。
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