CN106596032A - 一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构 - Google Patents

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吴锋
陈鹏飞
田金虎
乔彦平
王娟娟
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Abstract

本发明涉及一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构，所述喷管变马赫数机构包括刚柔耦合型面1，旋转支板2，圆弧滚动滑块3，支板铰链4，圆滑导轨5，密封支撑板6，滚柱丝杠电动缸7，电动缸铰链8，喷管固定架9，其中刚柔耦合型面1包括固定型面段1‑1，柔性型面段1‑2，以及出口平直段1‑3。本发明设计的喷管机构结构简单紧凑，避免了因力传递、加工以及装配等过多环节造成的控制精度降低，采用滚动圆弧导轨和滚柱丝杠电动缸组合的形式，有效的保证了非线性控制精度与重复精度，实现了马赫数连续可调，调节机构布置紧凑，该机构便于开展热防护和气动密封等工程设计，实用性强。

Description

一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构
技术领域
本发明属于一种风洞试验或航空发动机高空台气动试验的试验设备设计技术，具体涉及一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构。
背景技术
自由射流试验作为模拟高空进气道-发动机匹配试验的重要手段，其进气装置作用是在自由射流试验中使经过该装置的气流在规定试验区域内达到试验要求模拟的马赫数、总压、气流角度等参数条件。自由射流进气装置简称喷管是建立自由射流流场的核心部段，其设计质量的高低，直接决定了自由射流的流场品质，决定了自由射流试验数据的可靠性和精度，决定了自由射流的试验能力以及舱的运行效率。
由于受到流场均匀性和可获得试验马赫数范围的限制，除挠性喷管外，其他形式的可变马赫数喷管已经很少被国内外采用了。其中多支挠性喷管因为角度模拟的限制，多运用在风洞设备中；单支点半挠性喷管而多运用在自由射流试验舱中，其型面是由固定型面的喉道块和线性厚度分布的挠性板组成，挠性板与喉道块刚性连接。通过由机械传动或电液传动机构和杠杆系统组成的执行机构控制喉道块的位移和旋转，以达到改变各马赫数型面的目的。对此类二维对称的单支点马赫数连续可调喷管，国内外研究主要集中在解决喷管气动型面设计方法，以及在不同的马赫数下，使固定喉道块和柔板的连接处不产生集中弯矩。但对其型面运动的高精度调节机构研究相对缺乏。
发明内容
本发明要解决的技术问题：
设计一种结构简单、操作方便的喷管变马赫数机构，使该机构克服大行程范围和非线性调节的限制，实现型面的高精度控制。同时，兼顾同步性和跨声速试验范围，保证喷管优良的气流品质与其工程实用性。
本发明的技术方案：
一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构，包括刚柔耦合型面1，旋转支板2，圆弧滚动滑块3，支板铰链4，圆滑导轨5，密封支撑板6，滚柱丝杠电动缸7，电动缸铰链8，喷管固定架9，所述刚柔耦合型面1包括固定型面段1-1，柔性型面段1-2，以及出口平直段1-3，刚柔耦合型面1喉道背部处通过螺栓与旋转支板2固定连接，刚柔耦合型面1末端的出口平直段1-3与喷管固定架8固定连接；旋转支板2中部通过螺栓与圆弧滚动滑块3固定连接，圆弧滚动滑块3与圆弧导轨5配合连接，圆弧滚动滑块3可以沿着圆弧导轨5的导轨自由滑动，其余方向锁紧；所述圆弧导轨5的圆心为N点，所述N点为柔性型面段1-2的首尾切线的交点；旋转支板2上端部通过支板铰链4与滚柱丝杠电动缸7有杆端旋转连接；圆弧导轨5与密封支撑板6一端固定连接；密封支撑板6另一端固定连接到喷管固定架9上；滚柱丝杠电动缸7的无杆端通过电动缸铰链8旋转连接到喷管固定架9上。
本发明的有益效果：
优点：
a结构简单紧凑，避免了因力传递、加工以及装配等过多环节造成的控制精度降低。
b采用滚动圆弧导轨和滚柱丝杠电动缸组合的形式，有效的保证了非线性控制精度与重复精度。
c实现了马赫数连续可调，调节机构布置紧凑，该机构便于开展热防护和气动密封等工程设计，实用性强。
效果：
该喷管变马赫数机构设计方法合理，结构简单紧凑。在喉道高度的控制精度理论可达微米级，并能满足较大行程范围和非线性控制需求，同时上下型面机构可以通过外置独立的型面位置传感器形成并联的闭环伺服系统，工程实现性强。在高空台初步的吹风试验中效果良好。
附图说明
图1为喷管变马赫数机构示意图；
图2为圆弧导轨截面示意图。
具体实施方式
所述喷管的工作流程为：滚柱丝杠电动缸7带动旋转支板2进行运动；旋转支板2在圆弧滚动滑块3、圆滑导轨5的作用下精确的沿着转动中心N转动；刚柔耦合型面1的固定型面段1-1跟随旋转支板2一起转动，并带动柔性型面段1-2绕转动中心N变形，出口平直段1-3基本保持不变，从而实现型面机构的喉道高度调节，进而实现喷管出口马赫数调节。

Claims (1)

1.一种大行程范围高精度的喷管变马赫数机构，其特征在于，包括刚柔耦合型面(1)，旋转支板(2)，圆弧滚动滑块(3)，支板铰链(4)，圆滑导轨(5)，密封支撑板(6)，滚柱丝杠电动缸(7)，电动缸铰链(8)，喷管固定架(9)，所述刚柔耦合型面(1)包括固定型面段(1-1)，柔性型面段(1-2)，以及出口平直段(1-3)，刚柔耦合型面(1)喉道背部处通过螺栓与旋转支板(2)固定连接，刚柔耦合型面(1)末端的出口平直段(1-3)与喷管固定架(8)固定连接；旋转支板(2)中部通过螺栓与圆弧滚动滑块(3)固定连接，圆弧滚动滑块(3)与圆弧导轨(5)配合连接，圆弧滚动滑块(3)可以沿着圆弧导轨(5)的导轨自由滑动，其余方向锁紧；所述圆弧导轨(5)的圆心为N点，所述N点为柔性型面段(1-2)的首尾切线的交点；旋转支板(2)上端部通过支板铰链(4)与滚柱丝杠电动缸(7)有杆端旋转连接；圆弧导轨(5)与密封支撑板(6)一端固定连接；密封支撑板(6)另一端固定连接到喷管固定架(9)上；滚柱丝杠电动缸(7)的无杆端通过电动缸铰链(8)旋转连接到喷管固定架(9)上。
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