CN106644359B - 一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置 - Google Patents

Abstract

一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，涉及高超声速激波风洞工程领域；包括左旋螺杆、拉法尔喷管、开口螺母、第一调节环、放气口和开口螺母；其中，开口螺母的中部水平设置有通孔；第一调节环竖直固定安装在开口螺母的通孔的一端；拉法尔喷管沿开口螺母通孔的轴向固定安装在第一调节环的外侧面；左旋螺杆沿开口螺母通孔的轴向固定安装在第一调节环的外侧面，且包裹在拉法尔喷管的外壁；开口螺母顶部沿竖直方向设置有放气口，放气口连通开口螺母的上表面和开口螺母中部的通孔；通过破膜方式实现风洞运行中将能量从膜片的一端迅速传递到另一端的功能，特别是该装置能够实现双膜段定压破膜和单膜冲击破膜，同时满足风洞运行的不同工况。

Description

一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置

技术领域

本发明涉及一种高超声速激波风洞工程领域，特别是一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置。

背景技术

风洞运行过程中夹膜装置是通过瞬间破膜方式将能量从膜片的一端迅速传递到另一端的重要装置，几十年来不断发展和创新。目前风洞运行用的夹膜装置主要分为双膜段定压破膜装置和单膜冲击破膜装置两种。上述两种破膜装置各有自身特点，应风洞运行工况采用不同的夹膜装置实现不同的运行需求。目前风洞试验过程中为了满足风洞运行不同工况需求，要对两种夹膜装置进行反复的更换，使风洞运行操作繁琐，降低了风洞运行效率。同时，在处理夹膜机构前后两端内径差引起的气流冲击问题上未能得到有效的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，通过破膜方式实现风洞运行中将能量从膜片的一端迅速传递到另一端的功能，特别是该装置能够实现双膜段定压破膜和单膜冲击破膜，同时满足风洞运行的不同工况。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，包括左旋螺杆、拉法尔喷管、开口螺母、第一调节环和放气口；其中，开口螺母的中部水平设置有通孔；第一调节环竖直固定安装在开口螺母的通孔的一端；拉法尔喷管沿开口螺母通孔的轴向固定安装在第一调节环的外侧面；左旋螺杆沿开口螺母通孔的轴向固定安装在第一调节环的外侧面，且包裹在拉法尔喷管的外壁；开口螺母顶部沿竖直方向设置有放气口，放气口连通开口螺母的上表面和开口螺母中部的通孔。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，所述的开口螺母中部通孔截面为两端宽中间窄的工字型结构；第一调节环伸入开口螺母的通孔内，且竖直固定安装在通孔内端部与中间部位的交界处。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，所述第一调节环沿轴向设置有通孔；所述拉法尔喷管沿轴向设置有通孔，拉法尔喷管通孔的截面为一端收缩一端扩散形状，其中通孔扩散端与第一调节环固定连接，且通孔扩散端的内径与第一调节环的通孔内径相同；所述左旋螺杆水平设置有通孔，拉法尔喷管通孔的收缩端与左旋螺杆的内壁固定连接，且拉法尔喷管通孔收缩端的内径与左旋螺杆通孔的内径相同。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，当用于双膜定压破膜时，开口螺母通孔的另一端也固定安装有第一调节环；第一调节环的外侧壁固定安装有右旋螺杆，右旋螺杆沿开口螺母通孔轴向设置有通孔。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，所述开口螺母通孔两端与2个第一调节环的接触面上分别设置有膜片，共2个膜片。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，当用于单膜冲击破膜时，开口螺母通孔的另一端固定安装有第二调节环，第二调节环沿轴向设置有通孔；第二调节环的外壁固定安装有右旋螺杆，右旋螺杆沿轴向设置有通孔。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，所述开口螺母与第一调节环的接触面上设置有膜片；所述开口螺母与第二调节环的接触面上设置有密封垫片。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，所述的左旋螺杆和右旋螺杆圆周侧壁上均设置有锯齿；相邻锯齿间沿周向16-18°均匀等距分布在螺杆的外壁；锯齿沿轴线的前端面与竖直线夹角为29-31°；锯齿沿轴线的后端面与竖直线夹角为2.5-3.5°。

在上述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，2个膜片将整个贯穿的通孔分为3个腔，三个腔中分别充装气体，其中，左侧腔无压力；中间腔与右侧腔的气体压力比例为0.5：1.0。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明在风洞运行过程中，该夹膜装置可通过更换调节环A、调节环B、膜片、密封垫片方式实现双膜定压破膜和单膜冲击破膜两个功能。该发明采用一个装置实现了两种破膜运行方式，实现了风洞运行中两个工况的不同功能，节约了风洞制造成本和减少了转换不同工况的时间，提高了风洞运行效率；

(2)本发明通过拉法尔喷管对夹膜机构两端间的气流进行节流，降低夹膜机构两端内径差引起的气流冲击。

附图说明

图1为本发明用于双膜定压破膜的夹膜装置结构图；

图2为本发明用于单膜冲击破膜的夹膜装置结构图。

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：

为了减少风洞夹膜装置的制造成本；节省风洞运行不同工况的转换时间；降低破膜后夹膜机构两端内径差引起的气流冲击，本发明提供了一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，通过更换第一调节环4、第二调节环6、膜片8、密封垫片9方式实现双膜定压破膜和单膜冲击破膜两个功能。同时，通过拉法尔喷管对夹膜机构两端间的气流进行节流，降低破膜后夹膜机构两端内径差引起的气流冲击。

一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，包括左旋螺杆1、拉法尔喷管2、开口螺母3、第一调节环4和放气口5；其中，开口螺母3的中部水平设置有通孔；第一调节环4竖直固定安装在开口螺母3的通孔的一端；拉法尔喷管2沿开口螺母3通孔的轴向固定安装在第一调节环4的外侧面；左旋螺杆1沿开口螺母3通孔的轴向固定安装在第一调节环4的外侧面，且包裹在拉法尔喷管2的外壁；开口螺母3顶部沿竖直方向设置有放气口5，放气口5连通开口螺母3的上表面和开口螺母3中部的通孔。

开口螺母3中部通孔截面为两端宽中间窄的工字型结构；第一调节环4伸入开口螺母3的通孔内，且竖直固定安装在通孔内端部与中间部位的交界处。

第一调节环4沿轴向设置有通孔；所述拉法尔喷管2沿轴向设置有通孔，拉法尔喷管2通孔的截面为一端收缩一端扩散形状，其中通孔扩散端与第一调节环4固定连接，且通孔扩散端的内径与第一调节环4的通孔内径相同；所述左旋螺杆1水平设置有通孔，拉法尔喷管2通孔的收缩端与左旋螺杆1的内壁固定连接，且拉法尔喷管2通孔收缩端的内径与左旋螺杆1通孔的内径相同。

如图1所示为用于双膜定压破膜的夹膜装置结构图，由图可知，当用于双膜定压破膜时，开口螺母3通孔的另一端也固定安装有第一调节环4；第一调节环4的外侧壁固定安装有右旋螺杆7，右旋螺杆7沿开口螺母3通孔轴向设置有通孔。

开口螺母3通孔两端与2个第一调节环4的接触面上分别设置有膜片8，共2个膜片8。

如图2所示为用于单膜冲击破膜的夹膜装置结构图，由图可知，当用于单膜冲击破膜时，开口螺母3通孔的另一端固定安装有第二调节环6，第二调节环6沿轴向设置有通孔；第二调节环6的外壁固定安装有右旋螺杆7，右旋螺杆7沿轴向设置有通孔。

其中，开口螺母3与第一调节环4的接触面上设置有膜片8；所述开口螺母3与第二调节环6的接触面上设置有密封垫片9。

此外，左旋螺杆1和右旋螺杆7圆周侧壁上均设置有锯齿；相邻锯齿间沿周向16-18°均匀等距分布在螺杆的外壁；锯齿沿轴线的前端面与竖直线夹角为29-31°；锯齿沿轴线的后端面与竖直线夹角为2.5-3.5°。

2个膜片8将整个贯穿的通孔分为3个腔，三个腔中分别充装气体，其中，左侧腔无压力；中间腔与右侧腔的气体压力比例为0.5：1.0。

双膜定压破膜功能：在左侧第一调节环4和开口螺母3之间放置膜片8，在右侧第一调节环4和开口螺母3之间放置膜片8，左右第一调节环4分别和左旋螺杆1、右旋螺杆7固定，通过转动开口螺母3使两个膜片8夹紧在左右第一调节环4和开口螺母3之间，如图1所示。在两个膜片8隔开的三个腔中分别充装气体，其中，左侧腔无压力；中间腔与右侧腔的气体压力比例为0.5：1.0。调整左右第一调节环4和膜片8的厚度可实现三个腔体在该压力比例下达到平衡。右端腔体压力达到试验压力后，将中间腔室压力通过放气口5迅速排出，使三个腔中气体压力从左至右比例变为0：0：1.0，高压差下膜片8将瞬间破膜，右端腔室的高压气体迅速传递到左端，气体通过拉法尔喷管2的节流形成风洞试验激波。

单膜冲击破膜功能：在第一调节环4和开口螺母3之间放置膜片8，在第二调节环6和开口螺母3之间放置密封垫片9，第一调节环4和左旋螺杆1固定，第二调节环6和右旋螺杆7固定，通过转动开口螺母3使膜片8夹紧在第一调节环4和开口螺母3之间，密封垫片9夹紧在第二调节环6和开口螺母3之间，并将放气口5进行封闭，如图2所示。在右端腔室中通过活塞向左高速运动等方式将右端腔室气体压力迅速升高，压力达到膜片8能够承受的极限压力时膜片8瞬间破膜，右端腔室的高压气体迅速传递到左端，气体通过拉法尔喷管2的节流形成风洞试验激波。

本发明的有益效果是：在风洞运行过程中，该夹膜装置可通过更换第一调节环4、第二调节环6、膜片8、密封垫片9方式实现双膜定压破膜和单膜冲击破膜两个功能。该发明采用一个装置实现了两种破膜运行方式，实现了风洞运行中两个工况的不同功能，节约了风洞制造成本和减少了转换不同工况的时间，提高了风洞运行效率。同时，通过拉法尔喷管2降低了夹膜机构两端内径差引起的气流冲击。

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 (9)

1.一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：包括左旋螺杆(1)、拉法尔喷管(2)、开口螺母(3)、第一调节环(4)和放气口(5)；其中，开口螺母(3)的中部水平设置有通孔；第一调节环(4)竖直固定安装在开口螺母(3)的通孔的一端；拉法尔喷管(2)沿开口螺母(3)通孔的轴向固定安装在第一调节环(4)的外侧面；左旋螺杆(1)沿开口螺母(3)通孔的轴向固定安装在第一调节环(4)的外侧面，且包裹在拉法尔喷管(2)的外壁；开口螺母(3)顶部沿竖直方向设置有放气口(5)，放气口(5)连通开口螺母(3)的上表面和开口螺母(3)中部的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：所述的开口螺母(3)中部通孔截面为两端宽中间窄的工字型结构；第一调节环(4)伸入开口螺母(3)的通孔内，且竖直固定安装在通孔内端部与中间部位的交界处。

3.根据权利要求2所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：所述第一调节环(4)沿轴向设置有通孔；所述拉法尔喷管(2)沿轴向设置有通孔，拉法尔喷管(2)通孔的截面为一端收缩一端扩散形状，其中通孔扩散端与第一调节环(4)固定连接，且通孔扩散端的内径与第一调节环(4)的通孔内径相同；所述左旋螺杆(1)水平设置有通孔，拉法尔喷管(2)通孔的收缩端与左旋螺杆(1)的内壁固定连接，且拉法尔喷管(2)通孔收缩端的内径与左旋螺杆(1)通孔的内径相同。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：当用于双膜定压破膜时，开口螺母(3)通孔的另一端也固定安装有第一调节环(4)；第一调节环(4)的外侧壁固定安装有右旋螺杆(7)，右旋螺杆(7)沿开口螺母(3)通孔轴向设置有通孔。

5.根据权利要求4所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：所述开口螺母(3)通孔两端与2个第一调节环(4)的接触面上分别设置有膜片(8)，共2个膜片(8)。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：当用于单膜冲击破膜时，开口螺母(3)通孔的另一端固定安装有第二调节环(6)，第二调节环(6)沿轴向设置有通孔；第二调节环(6)的外壁固定安装有右旋螺杆(7)，右旋螺杆(7)沿轴向设置有通孔。

7.根据权利要求6所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：所述开口螺母(3)与第一调节环(4)的接触面上设置有膜片(8)；所述开口螺母(3)与第二调节环(6)的接触面上设置有密封垫片(9)。

8.根据权利要求4所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：所述的左旋螺杆(1)和右旋螺杆(7)圆周侧壁上均设置有锯齿；相邻锯齿间沿周向16-18°均匀等距分布在螺杆的外壁；锯齿沿轴线的前端面与竖直线夹角为29-31°；锯齿沿轴线的后端面与竖直线夹角为2.5-3.5°。

9.根据权利要求5所述的一种可用于双膜定压破膜和单膜冲击破膜的夹膜装置，其特征在于：2个膜片(8)将整个贯穿的通孔分为3个腔，三个腔中分别充装气体；其中，左侧腔无压力；中间腔与右侧腔的气体压力比例为0.5：1.0。