CN106840591A - 一种直接测量喷流推力的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种直接测量喷流推力的试验装置，包括中心通气支杆、波纹管、套管、小喷嘴、推力矢量天平/传感器、整流锥、外管、整流板、过渡段、尾喷管；中心通气支杆前端与外部的通气支撑装置固连，中心通气支杆周向均布通气孔，中心通气支杆的后端连接推力矢量天平/传感器的固定端，波纹管、套管依次套在中心通气支杆的外部，波纹管、套管上周向均布通气孔，且该通气孔的位置与中心通气支杆位置一致，通过小喷嘴将同一位置的通气孔连通，波纹管与套管的前端与外管固连，波纹管的后端连接推力矢量天平/传感器的浮动端且与套管的后端固连，整流锥套接在波纹管的后端，外管与尾喷管之间通过过渡段连接，整流板安装在外管与过渡段之间且位于尾喷管的收缩段前。

Description

一种直接测量喷流推力的试验装置

技术领域

本发明是一种用于风洞中直接测量喷流推力的试验装置，属于航空航天气动力试验结构技术领域。

背景技术

飞机的推力矢量技术能让发动机推力的一部分变成操纵力，代替或部分代替操纵面，从而大大减少了雷达反射面积；不管迎角多大和飞行速度多低，飞机都可利用这部分操纵力进行操纵，这就增加了飞机的可操纵性。

飞机推力转向时，一方面提供了直接的推力方向的改变，另一方面喷流方向的变换，也使绕飞机气流的流动发生了变化，因此也对飞机的气动力产生重要影响。这种影响在飞机设计过程中确定其气动布局时必须予以考虑。通过风洞推力矢量试验可以研究喷流对模型的干扰气动力和喷流的直接作用力。

常规喷流试验通过单一六分量天平进行不同项目的试验可以得到喷流的影响量和全机气动力，但数据处理时存在大量减大量带来的误差，降低试验精度。将推力矢量天平安装在喷流管路内部，可以直接测量喷流偏转产生在喷管上的反作用力及力矩，及喷流对全机气动力的影响。消除数据处理时大量减大量带来的误差，提高试验数据精度，并减少试验次数，节约试验成本。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种直接测量喷流推力的试验装置。

本发明的技术解决方案：一种直接测量喷流推力的试验装置，包括中心通气支杆、波纹管、套管、小喷嘴、推力矢量天平/传感器、整流锥、外管、整流板、过渡段、尾喷管；

中心通气支杆前端与外部的通气支撑装置固连，中心通气支杆周向均布通气孔，中心通气支杆的后端连接推力矢量天平/传感器的固定端，波纹管、套管依次套在中心通气支杆的外部，波纹管、套管上周向均布通气孔，且该通气孔的位置与中心通气支杆位置一致，通过小喷嘴将同一位置的通气孔连通，波纹管与套管的前端与外管固连，波纹管的后端连接推力矢量天平/传感器的浮动端且与套管的后端固连，整流锥套接在波纹管的后端，外管与尾喷管之间通过过渡段连接，整流板安装在外管与过渡段之间且位于尾喷管的收缩段前；

压缩空气经外部通气支撑装置进入中心通气支杆，经上述小喷嘴进入套管与外管之间形成环形通路，再经整流锥、整流板进入尾喷管，喷流推力反作用于尾喷管，经外管、套管传递至推力矢量天平/传感器的浮动端，再经推力矢量天平/传感器的固定端传递至中心通气支杆，上述所有连接部位密封，保证气密性。

还包括压力传感器、测压耙、压力传感器固连在整流锥的内部，测压耙的测压孔位置在整流板之后，测压耙将尾喷管的总压传递至压力传感器，由压力传感器测量尾喷管前的总压。

所述测压耙的通气管路连接至整流锥内部的空腔内，压力传感器感受空腔内空气压力。

还包括用于推力矢量天平/传感器、压力传感器走线的引出线管，引出线管的一端设置在推力矢量天平/传感器的固定端，另一端与外部通气支撑装置固连，两端保证密封。

所述的引出线管的直径在保证走线的基础上尽可能的小。

还包括固紧螺母，用于将尾喷管套接在过渡段上。

所述波纹管包括三个刚性段和两个柔性段；其中一个刚性段位于波纹管的前端，用于与套管连接，中间刚性段上设置通气孔，后端的刚性段用于连接推力矢量天平/传感器的浮动端且与套管的后端，相邻刚性段之间通过柔性段连接，波纹管与套管之间设置缝隙，所述的缝隙从第一个柔性段开始至第二个柔性段之后结束；第一个刚性段、第一个柔性段与中心通气支杆之间设置缝隙；第二柔性段、第三刚性段与中心通气支杆之间设置缝隙。。

小喷嘴与波纹管上的通气孔之间固连，且小喷嘴的外径小于套管通气孔的直径。

装置中的通气截面积满足如下条件：A1≥A2≥A3；

其中A1为中心通气支杆的通气截面积；

A2为所有小喷嘴的通气截面积之和；

A3为环形通路的通气截面积。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本装置用与喷管连接的六分量天平/传感器直接测量喷流偏转产生在喷管上的反作用力及力矩，消除数据处理时大量减大量带来的误差，提高试验数据精度，并减少试验次数，节约试验成本。在风洞试验时实现喷流管路与全机载荷同时测量，得出喷流对全机气动力产生的影响及喷管的气动特性。用内置于管路内部的压力传感器测量喷流出口总压，减小测压管路长度，使得压力测量反应迅速，同时减小对模型气动力的干扰，提高测量精度。

(2)采用管道内部安装压力传感器测量方式，减小测压管路长度，使得压力测量响应迅速，同时减小对模型气动力的干扰；

(3)采用在喷流管路内部安装六分量推力矢量天平/传感器，直接测量得到喷管的气动性能，实现推力转向试验的目的。

(4)采用安装在管路内部的六分量推力矢量天平/传感器测量喷流反作用力，使得结构紧凑，有效降低推力矢量管路内部空间占用，减小管道压力损失。

(5)推力矢量测力传感器以及压力传感器信号线通过中心通气支杆内设置的导线导管引到模型外，这种引线方式将有效降低信号线对测力系统的干扰。

(6)在中心通气支杆后端两个布置通气孔径向截面的两侧各设有一个波纹管具有良好的密封作用，使从通气支杆过来的高压气体不进入模型内腔，同时将供气管路与测量管路断开，这样能使推力矢量天平/传感器准确测得喷流的反作用力，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，1 中心通气支杆 2 波纹管 3 套管 4 小喷嘴 5 引出线管 6 推力矢量天平/传感器 7 总压传感器 8 整流锥 9 外管 10 整流蜂窝板 11 压力耙12 过渡段 13 固紧螺母 14 尾喷管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

喷流推力试验装置的功能是将中心通气支杆引入的高压气体引导至喷管，喷流推力试验装置分为固定部分和浮动部分，中心通气直杆为装置的固定部分，压缩空气从中心通气直杆进入喷流装置，在其后段两个截面径向等间隔布置喷嘴。浮动部分包括环形通气管路、喷管前室和整流蜂窝器和尾喷管等部分。浮动部分与固定部分之间连接六分量推力矢量天平/传感器，用于测量喷管内喷流转向后的反作用力，它们之间气流通道由喷嘴连通，但互不相碰，为防止压缩空气从环室与喷嘴之间的间隙泄出，采用波纹管空气桥形式进行密封。

如图1所示，喷流试验装置由中心通气支杆1、波纹管2、套管3、小喷嘴4、引出线管5、推力矢量天平/传感器6、压力传感器7、整流锥8、外管9、整流板10、测压耙11、过渡段12、固紧螺母13、尾喷管14组成。

压缩空气由中心通气支杆1进入试验装置，中心通气支杆1后端两个截面径向等间隔布置通气孔，在通气支杆1尾部圆周方向等间距布置螺纹孔，推力矢量天平/传感器6一端与通气支杆1通过螺栓连接，另一端通过螺栓2与波纹管2连接，波纹管2的刚性段在与通气支杆1同样的截面位置径向开有通气孔，波纹管既能良好的密封，又能补偿压力引起的轴向载荷。套管3与波纹管刚性段圆周配合安装，轴向通过定位销固定，使得喷流的反作用力能沿着套管3传递给天平6。外管9与波纹管2和套管3通过螺栓连接，外管9在与通气支杆1同样的截面位置径向开有通气孔。小喷嘴4安装于此位置，小喷嘴4与波纹管2通过螺纹连接，与外管9不能相碰，且小喷嘴4的外径小于套管3通气孔的直径。压缩空气经小喷嘴4进入由套管3和外管9形成的环室，在后端气流扩散，压力降低，经整流蜂窝板10后形成均匀气流，在整流蜂窝板10后布置的测压耙11感受当地的气流总压，通过与测压耙11相连通的总压传感器7测量当地的总压。整流锥8与波纹管2通过螺纹连接，压力传感器7与整流锥8通过螺纹连接，测压耙10的螺杆穿过整流蜂窝板10的孔隙与整流锥8通过螺纹连接。整流蜂窝板10通过过渡段12镶嵌于外管9，过渡段12与外管9通过螺纹连接。固紧螺母13将尾喷管14通过螺纹连接于过渡段12上。最后高压气流经尾喷管14喷出。喷流的反作用力作用于喷管，经管路传给推力矢量天平/传感器6，由推力矢量天平/传感器6测量作用于管路上的三个力和三个力矩，实现风洞试验时对喷流推力的测量。

为了可靠的实现上述功能，装置中的通气截面积最好满足如下条件：A1≥A2≥A3；

其中A1为中心通气支杆1的通气截面积(存在引出线管5时需要扣除引出线管5的截面积)；

A2为所有小喷嘴的通气截面积之和；

A3为环形通路的通气截面积。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员共知常识。

Claims (8)

1.一种直接测量喷流推力的试验装置，其特征在于：包括中心通气支杆(1)、波纹管(2)、套管(3)、小喷嘴(4)、推力矢量天平/传感器(6)、整流锥(8)、外管(9)、整流板(10)、过渡段(12)、尾喷管(14)；

中心通气支杆(1)前端与外部的通气支撑装置固连，中心通气支杆(1)周向均布通气孔，中心通气支杆(1)的后端连接推力矢量天平/传感器(6)的固定端，波纹管(2)、套管(3)依次套在中心通气支杆(1)的外部，波纹管(2)、套管(3)上周向均布通气孔，且该通气孔的位置与中心通气支杆(1)位置一致，通过小喷嘴(4)将同一位置的通气孔连通，波纹管(2)与套管(3)的前端与外管(9)固连，波纹管(2)的后端连接推力矢量天平/传感器(6)的浮动端且与套管(3)的后端固连，整流锥(8)套接在波纹管(2)的后端，外管(9)与尾喷管(14)之间通过过渡段(12)连接，整流板安装在外管(9)与过渡段(12)之间且位于尾喷管的收缩段前；

压缩空气经外部通气支撑装置进入中心通气支杆(1)，经上述小喷嘴(4)进入套管(3)与外管(9)之间形成环形通路，再经整流锥(8)、整流板(10)进入尾喷管(14)，喷流推力反作用于尾喷管(14)，经外管(9)、套管(3)传递至推力矢量天平/传感器(6)的浮动端，再经推力矢量天平/传感器(6)的固定端传递至中心通气支杆(1)，上述所有连接部位密封，保证气密性。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括压力传感器(7)、测压耙(11)、压力传感器(7)固连在整流锥(8)的内部，测压耙(11)的测压孔位置在整流板(10)之后，测压耙(11)将尾喷管的总压传递至压力传感器(7)，由压力传感器(7)测量尾喷管前的总压。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述测压耙(11)的通气管路连接至整流锥(8)内部的空腔内，压力传感器(7)感受空腔内空气压力。

4.根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于：还包括用于推力矢量天平/传感器(6)、压力传感器(7)走线的引出线管(5)，引出线管(5)的一端设置在推力矢量天平/传感器(6)的固定端，另一端与外部通气支撑装置固连，两端保证密封。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的引出线管(5)的直径在保证走线的基础上尽可能的小。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括固紧螺母(13)，用于将尾喷管(14)套接在过渡段(12)上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述波纹管(2)包括三个刚性段和两个柔性段；其中一个刚性段位于波纹管的前端，用于与套管(3)连接，中间刚性段上设置通气孔，后端的刚性段用于连接推力矢量天平/传感器(6)的浮动端且与套管(3)的后端固连，相邻刚性段之间通过柔性段连接，波纹管(2)与套管(3)之间设置缝隙，所述的缝隙从第一个柔性段开始至第二个柔性段之后结束；第一个刚性段、第一个柔性段与中心通气支杆(1)之间设置缝隙；第二柔性段、第三刚性段与中心通气支杆(1)之间设置缝隙。8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：小喷嘴(4)与波纹管(2)上的通气孔之间固连，且小喷嘴(4)的外径小于套管(3)通气孔的直径。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：装置中的通气截面积满足如下条件：A1≥A2≥A3；

其中A1为中心通气支杆(1)的通气截面积；

A2为所有小喷嘴的通气截面积之和；

A3为环形通路的通气截面积。