CN106644358B - 一种激波风洞膜片破裂装置 - Google Patents

Abstract

一种激波风洞膜片破裂装置，涉及高超声速激波风洞工程领域；包括炮管连接结构、椎体支撑板、破膜锥体、高压腔管路、低压腔管路、激波管高压段炮管、激波管低压段炮管和膜片；炮管连接结构左侧与激波管高压段炮管固定连接，炮管连接结构右侧与激波管低压段炮管固定连接；椎体支撑板固定安装在炮管连接结构的内部；破膜锥体沿炮管连接结构轴向固定安装在椎体支撑板的轴心处；在破膜锥体的外壁沿炮管连接结构的径向，分别设置有高压腔管路和低压腔管路；膜片固定在炮管连接结构与激波管低压段炮管之间；无论是高驱动压力还是低驱动压力条件下均可实现激波风洞的破膜，破膜时间明显缩短，破膜过程的可控性更高。

Description

一种激波风洞膜片破裂装置

技术领域

本发明涉及一种高超声速激波风洞工程领域，特别是一种激波风洞膜片破裂装置。

背景技术

激波风洞是一种特殊的高超声速风洞，激波风洞是通过激波的压缩来提高风洞来流总温，激波风洞结构很简单，造价也比较低廉，随着现代测试技术的发展，能够承担大部分的高超声速气动力和气动热测量试验，在新型号的气动外形研制过程中起着越来越重要的作用。激波风洞的高压段和低压段通过膜片隔开，通过膜片的突然破裂，高压段的驱动气体驱动低压段的试验气体形成激波从而完成实验过程；常规的高低压段间膜片的破裂是通过增设一个双膜段来实现的，这种破膜方式破膜时间长，结构复杂，在低压力条件下破膜困难，且结构复杂，造价高昂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种激波风洞膜片破裂装置，相对于传统的双膜破膜方式结构简单造价低，无论是高驱动压力还是低驱动压力条件下均可实现激波风洞的破膜，破膜时间明显缩短，破膜过程的可控性更高。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种激波风洞膜片破裂装置，包括炮管连接结构、椎体支撑板、破膜锥体、高压腔管路、低压腔管路、激波管高压段炮管、激波管低压段炮管和膜片；其中，炮管连接结构左侧与激波管高压段炮管固定连接，炮管连接结构右侧与激波管低压段炮管固定连接；椎体支撑板固定安装在炮管连接结构的内部；破膜锥体沿炮管连接结构轴向固定安装在椎体支撑板的轴心处；在破膜锥体的外壁沿炮管连接结构的径向，分别设置有高压腔管路和低压腔管路，且高压腔管路和低压腔管路均与炮管连接结构的外壁连通；膜片固定在炮管连接结构与激波管低压段炮管之间。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述的炮管连接结构为台阶圆柱结构，内部设置有通孔，所述椎体支撑板固定安装在炮管连接结构的通孔位置。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述的破膜锥体包括底盖、腔体、活塞、复位弹簧、锥头和密封结构；其中，腔体沿炮管连接结构轴向放置；腔体为中空结构，底盖伸入腔体的空腔并固定在腔体的一端；活塞设置在腔体内，且固定安装在底盖的一端；活塞的另一端固定安装有复位弹簧；复位弹簧的一端固定安装有锥头；锥头的杆壁上设置有密封结构。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述锥头与复位弹簧同轴连接，且锥头伸出腔体；密封结构固定安装在锥头与腔体的接触部位。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述底盖伸入腔体的一端为台阶结构，台阶结构的小端与活塞的轴向一端接触；底盖与活塞的接触面形成环形高压腔，高压腔与高压腔管路连通；所述复位弹簧与腔体内壁间形成环形低压腔，低压腔与低压腔管路连通。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述炮管连接结构的内径与激波管高压段炮管的内径相同，且连接后激波管高压段炮管与激波管低压段炮管的同轴度不大于0.03mm；采用3个或4个椎体支撑板沿周向均匀分布在炮管连接结构的内壁；在高压腔管路位于炮管连接结构外壁的开口处设置有堵头。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，所述锥头为十字刀刃形状，且刀刃部分淬火处理。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，当底盖采用开孔底盖时，激波管高压段炮管与低压腔管路之间设置有低压腔充气管路、低压腔充气阀和低压段放气阀；激波管高压段炮管的侧壁开有通孔，所述通孔通过低压腔充气管路与低压腔充气阀连通，低压腔充气阀的另一端分别与低压腔管路和低压段放气阀连通。

在上述的一种激波风洞膜片破裂装置，当底盖采用封闭底盖时，高压腔管路与高压腔充气阀的一端连接；高压腔充气阀的另一端与高压腔充气管路连通；低压腔管路与低压腔放气管路连通，低压腔放气管路与低压段放气阀固定连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明激波风洞膜片破裂装置简单、合理，实现激波风洞破膜运行的过程中，不需要复杂的双膜机构，节约加工经费和设备投资；

(2)本发明破膜过程时间很短可以适应某些对风洞运行响应时间要求高的试验；

(3)本发明在低驱动压力条件下，通过封堵破膜锥体后端，给高压腔充高压气的方式也可以很容易实现破膜过程。

附图说明

图1为本发明激波风洞膜片破裂装置的结构示意图；

图2为本发明开孔底盖的破膜锥体示意图；

图3为本发明封闭底盖的破膜锥体示意图；

图4为本发明激波风洞膜片破裂装置在激波风洞中安装示意图；

图5为本发明激波风洞高驱动压力条件下的破膜方式示意图；

图6为本发明激波风洞低驱动压力条件下的破膜方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为激波风洞膜片破裂装置的结构示意图，如图4所示为激波风洞膜片破裂装置在激波风洞中安装示意图，由图可知，一种激波风洞膜片破裂装置，包括炮管连接结构1、椎体支撑板2、破膜锥体3、高压腔管路4、低压腔管路5、激波管高压段炮管14、激波管低压段炮管15和膜片16；其中，炮管连接结构1左侧与激波管高压段炮管14固定连接，炮管连接结构1右侧与激波管低压段炮管15固定连接；椎体支撑板2固定安装在炮管连接结构1的内部，炮管连接结构1为台阶圆柱结构，内部设置有通孔，所述椎体支撑板2固定安装在炮管连接结构1的通孔位置；破膜锥体3沿炮管连接结构1轴向固定安装在椎体支撑板2的轴心处；在破膜锥体3的外壁沿炮管连接结构1的径向，分别设置有高压腔管路4和低压腔管路5，且高压腔管路4和低压腔管路5均与炮管连接结构1的外壁连通；膜片16固定在炮管连接结构1与激波管低压段炮管15之间，膜片16开十字槽，这样保证了膜片16破裂装置位于激波风洞高压段14一端，减少了对风洞流场的影响。

炮管连接结构1的内径与激波管高压段炮管14的内径相同，且连接后激波管高压段炮管14与激波管低压段炮管15的同轴度不大于0.03mm，内表面粗糙度Ra1.6；三个椎体支撑板每隔120°，或是四个椎体支撑板每隔90°沿周向均匀分布在炮管连接结构1的内壁，焊后进行抛光处理；在高压腔管路4位于炮管连接结构1外壁的开口处设置有堵头20。

如图2所示为开孔底盖的破膜锥体示意图，由图可知，破膜锥体3包括底盖6、腔体7、活塞8、复位弹簧9、锥头10和密封结构11；其中，腔体7沿炮管连接结构1轴向放置；腔体7为中空结构，底盖6伸入腔体7的空腔并固定在腔体7的一端；活塞8设置在腔体7内，且固定安装在底盖6的一端；活塞8的另一端固定安装有复位弹簧9；复位弹簧9的一端固定安装有锥头10，锥头10与复位弹簧9同轴连接，且锥头10伸出腔体7；密封结构11固定安装在锥头10与腔体7的接触部位；所述锥头10为十字刀刃形状，且刀刃部分淬火处理；锥头10通过螺纹与活塞杆连接，磨损后可以更换。锥头10的杆壁上设置有密封结构11。

底盖6伸入腔体7的一端为台阶结构，台阶结构的小端与活塞8的轴向一端接触；底盖6与活塞8的接触面形成环形高压腔13，高压腔13与高压腔管路4连通；所述复位弹簧9与腔体7内壁间形成环形低压腔12，低压腔12与低压腔管路5连通。

如图5所示为激波风洞高驱动压力条件下的破膜方式示意图，由图可知，当底盖6采用开孔底盖时，激波管高压段炮管14与低压腔管路5之间设置有低压腔充气管路17、低压腔充气阀18和低压段放气阀19；激波管高压段炮管14的侧壁开有通孔，所述通孔通过低压腔充气管路17与低压腔充气阀18连通，低压腔充气阀18的另一端分别与低压腔管路5和低压段放气阀19连通。

在高压段充气过程中开启低压段充气阀18关闭低压段放气阀19，此时激波管的高压段14、破膜锥体的高压腔13和低压腔12的压力相同。需要破膜时，将关闭低压段充气阀18，开启低压段放气阀19，这样低压腔12放气，这样高压腔13和低压腔12存在压力差，从而推动活塞8前冲，从而刺破膜片16，实现激波风洞的启动。

如图3所示为封闭底盖的破膜锥体示意图，如图6所示为激波风洞低驱动压力条件下的破膜方式示意图，由图可知，当底盖6采用封闭底盖时，高压腔管路4与高压腔充气阀22的一端连接；高压腔充气阀22的另一端与高压腔充气管路21连通；低压腔管路5与低压腔放气管路23连通，低压腔放气管路23与低压段放气阀19固定连接。

需要破膜时，通过高压腔充气管路21、高压腔充气阀22和高压腔管路4为高压腔13充气，低压腔放气管路23、低压腔放气阀19和低压腔管路5为低压腔12放气，活塞8两侧存在压力差，在活塞8的带动下，锥头10前冲，从而刺破膜片16，实现激波风洞的启动。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：包括炮管连接结构(1)、椎体支撑板(2)、破膜锥体(3)、高压腔管路(4)、低压腔管路(5)、激波管高压段炮管(14)、激波管低压段炮管(15)和膜片(16)；其中，炮管连接结构(1)左侧与激波管高压段炮管(14)固定连接，炮管连接结构(1)右侧与激波管低压段炮管(15)固定连接；椎体支撑板(2)固定安装在炮管连接结构(1)的内部；破膜锥体(3)沿炮管连接结构(1)轴向固定安装在椎体支撑板(2)的轴心处；在破膜锥体(3)的外壁沿炮管连接结构(1)的径向，分别设置有高压腔管路(4)和低压腔管路(5)，且高压腔管路(4)和低压腔管路(5)均与炮管连接结构(1)的外壁连通；膜片(16)固定在炮管连接结构(1)与激波管低压段炮管(15)之间；

所述的炮管连接结构(1)为台阶圆柱结构，内部设置有通孔，所述椎体支撑板(2)固定安装在炮管连接结构(1)的通孔位置；

所述的破膜锥体(3)包括底盖(6)、腔体(7)、活塞(8)、复位弹簧(9)、锥头(10)和密封结构(11)；其中，腔体(7)沿炮管连接结构(1)轴向放置；腔体(7)为中空结构，底盖(6)伸入腔体(7)的空腔并固定在腔体(7)的一端；活塞(8)设置在腔体(7)内，且固定安装在底盖(6)的一端；活塞(8)的另一端固定安装有复位弹簧(9)；复位弹簧(9)的一端固定安装有锥头(10)；锥头(10)的杆壁上设置有密封结构(11)。

2.根据权利要求1所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：所述锥头(10)与复位弹簧(9)同轴连接，且锥头(10)伸出腔体(7)；密封结构(11)固定安装在锥头(10)与腔体(7)的接触部位。

3.根据权利要求2所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：所述底盖(6)伸入腔体(7)的一端为台阶结构，台阶结构的小端与活塞(8)的轴向一端接触；底盖(6)与活塞(8)的接触面形成环形高压腔(13)，高压腔(13)与高压腔管路(4)连通；所述复位弹簧(9)与腔体(7)内壁间形成环形低压腔(12)，低压腔(12)与低压腔管路(5)连通。

4.根据权利要求3所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：所述炮管连接结构(1)的内径与激波管高压段炮管(14)的内径相同，且连接后激波管高压段炮管(14)与激波管低压段炮管(15)的同轴度不大于0.03mm；采用3个或4个椎体支撑板(2)沿周向均匀分布在炮管连接结构(1)的内壁；在高压腔管路(4)位于炮管连接结构(1)外壁的开口处设置有堵头(20)。

5.根据权利要求4所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：所述锥头(10)为十字刀刃形状，且刀刃部分淬火处理。

6.根据权利要求5所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：当底盖(6)采用开孔底盖时，激波管高压段炮管(14)与低压腔管路(5)之间设置有低压腔充气管路(17)、低压腔充气阀(18)和低压段放气阀(19)；激波管高压段炮管(14)的侧壁开有通孔，所述通孔通过低压腔充气管路(17)与低压腔充气阀(18)连通，低压腔充气阀(18)的另一端分别与低压腔管路(5)和低压段放气阀(19)连通。

7.根据权利要求6所述的一种激波风洞膜片破裂装置，其特征在于：当底盖(6)采用封闭底盖时，高压腔管路(4)与高压腔充气阀(22)的一端连接；高压腔充气阀(22)的另一端与高压腔充气管路(21)连通；低压腔管路(5)与低压腔放气管路(23)连通，低压腔放气管路(23)与低压段放气阀(19)固定连接。