CN107167294A - 一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统 - Google Patents

Abstract

一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，涉及吸气式飞行器设计领域；包括n个叶片、套筒、尾段、后支架、前支架、电机座、导流锥、尾盖和锥头；套筒和尾段水平放置且轴向固定连接；前支架垂直固定安装在套筒的一端；后支架垂直固定安装在套筒和尾段的连接处；导流锥位于套筒的轴心位置，且前支架固定安装在导流锥小端的侧壁；锥头为锥形结构；锥头同轴固定安装在导流锥小端的端面处；电机座的轴向一端与导流锥的大段固定连接；电机座轴向的另一端固定安装有尾盖；n个叶片固定安装在电机座的外壁；n为不小于4的正整数；本发明直接安装于进气道出口之后，能够简单有效地调节进气道出口反压，可应用于较大缩比进气道和双发进气道试验模型。

Description

一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统

技术领域

本发明涉及一种吸气式飞行器设计领域，特别是一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统。

背景技术

进气道是吸气式飞行器的一个关键部件，它是一个经过精心设计的气流通道，作用是引入空气，在实现对气流的减速增压后，提供给发动机燃烧室，其性能的优劣直接影响到发动机乃至飞行器的总体性能。

进气道风洞试验是评估进气道性能、获得进气道特性参数的主要手段，其中流量系数与总压恢复系数是进气道最主要的两个特性参数，为了得到两者随进气道出口反压变化的规律，传统的方法是采用节流锥装置进行反压调节，节流锥装置一般分为开口和闭口两种实现方式：

开口式节流锥装置直接安装于整个测量管路后端，由于气流直接排放到管道外，无需锥面套筒，径向尺寸较小，可应用于较大缩比进气道模型试验模型，但由于此种方式流量测量截面都位于节流锥上游不远处，未经过整流导致测量误差较大，且不能添加流量抽吸系统，无法满足航空进气道等精度高、速度低的试验要求。

闭口式节流锥装置可在其后加装高精度流量测量和流量抽吸系统，但由于锥面套筒的存在，尺寸一般较大，而现代先进战斗机和新型TBCC组合动力飞行器一般具有双发动机和进气道，而缩比后的双发进气道模型出口间距较小，很难同时加装两套闭口式节流锥装置，只得将其通过软管延伸至风洞洞壁或洞外安装，而这种安装方法反压调节位置距进气道出口较远，对进气道临界状态喘振频率和强度的测量影响较大。

随着国内航空发动机的快速发展，对航空进气道试验的要求越来越高，传统节流锥式流量节流装置难以满足试验要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，该系统直接安装于进气道出口之后，能够简单有效地调节进气道出口反压，可应用于较大缩比进气道和双发进气道试验模型。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，包括n个叶片、套筒、尾段、后支架、前支架、电机座、导流锥、尾盖和锥头；其中，套筒和尾段均为中空圆筒结构；套筒和尾段水平放置且轴向固定连接；前支架和后支架均为十字形框架结构；前支架垂直固定安装在套筒的一端；后支架垂直固定安装在套筒和尾段的连接处；导流锥为锥台结构，位于套筒的轴心位置，且前支架固定安装在导流锥小端的侧壁；锥头为锥形结构；锥头同轴固定安装在导流锥小端的端面处；电机座为中空圆柱形结构；电机座的轴向一端与导流锥的大段固定连接；电机座轴向的另一端固定安装有尾盖；n个叶片均匀环绕固定安装在电机座的外壁；n为不小于4的正整数。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，在所述电机座的内部固定安装有驱动电机和减速器；驱动电机和减速器轴向连接，且均位于电机座的轴心位置；其中减速器靠近导流锥；驱动电机远离导流锥。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，所述减速器的轴向一端垂直固定安装主动齿轮；沿着导流锥中空内壁均匀环绕设置有n个从动齿轮，n个从动齿轮均与主动齿轮为正交传动齿轮。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，主动齿轮与从动齿轮的传动比为1：2-1：6；且主动齿轮与从动齿轮的回差小于3′。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，每个从动齿轮均与相应的叶片位置对应；每组从动齿轮与叶片之间均设置有叶片轴；叶片轴的一端固定连接在从动齿轮，叶片轴的另一端穿过导流锥外壁与叶片接触，实现从动齿轮带动相应的叶片转动，且叶片的旋转角度为0-90°。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，所述主动齿轮与减速器之间固定安装有零位开关。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，所述导流锥小端的角度为30-75°，材料为45#钢。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，所述叶片为扇形结构；叶片的厚度为套筒直径的当n个叶片关闭位于同一平面时，相邻两个叶片的间隙为0.5-1mm。

在上述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，所述减速器的输出控制精度小于1′。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明中叶片式流量调节装置叶片旋转行程为0～90度，采用小功率伺服电机+减速器进行调节，尺寸较常规节流锥更小，在满足较大缩比进气道和双发进气道模型试验的同时，阻塞比小，便于风洞流场建立，节约试验成本；

(2)本发明直接安装于进气道试验模型之后，模拟发动机反压，可在其后加装高精度流量测量和流量抽吸系统以满足航空进气道精度高、速度低的需求；

(3)本发明采用高精度传动齿轮组件回差在3'以内，减速器输出端控制精度可达1'以内，整体调节精度高于常规节流锥丝杠式调节方法。

附图说明

图1为本发明结构剖视图；

图2为本发明结构左视图；

图3为本发明叶片位置示意图。

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3所示为叶片位置示意图，由图可知，一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，包括n个叶片5、套筒7、尾段8、后支架9、前支架10、电机座11、导流锥12、尾盖13和锥头15；其中，套筒7和尾段8均为中空圆筒结构；套筒7和尾段8水平放置且轴向固定连接；尾段8主要用来密封零位开关与电机走线孔。前支架10和后支架9均为十字形框架结构；前支架10垂直固定安装在套筒7的一端；后支架9垂直固定安装在套筒7和尾段8的连接处；导流锥12为锥台结构，位于套筒7的轴心位置，且前支架10固定安装在导流锥12小端的侧壁；锥头15为锥形结构；锥头15同轴固定安装在导流锥12小端的端面处；电机座11为中空圆柱形结构；电机座11的轴向一端与导流锥12的大段固定连接；电机座11轴向的另一端固定安装有尾盖13；n个叶片5均匀环绕固定安装在电机座11的外壁；n为不小于4的正整数。导流锥12小端的角度为30-75°，材料为45#钢。

如图1所示为结构剖视图，由图可知，述电机座11的内部固定安装有驱动电机1和减速器2；驱动电机1和减速器2轴向连接，且均位于电机座11的轴心位置；其中减速器2靠近导流锥12；驱动电机1远离导流锥12；减速器2的轴向一端垂直固定安装主动齿轮3；沿着导流锥12中空内壁均匀环绕设置有n个从动齿轮4，n个从动齿轮4均与主动齿轮3为正交传动齿轮。主动齿轮3与减速器2之间固定安装有零位开关6；减速器2的输出控制精度小于1′。

主动齿轮3与从动齿轮4的传动比为1：2-1：6；且主动齿轮3与从动齿轮4的回差小于3′。

如图2所示为结构左视图，由图可知，每个从动齿轮4均与相应的叶片5位置对应；叶片5转轴通过键配合与从动齿轮4固定连接，既保证两者轴线的共线性，也保证各叶片与对应从动齿轮4齿牙的同位性。每组从动齿轮4与叶片5之间均设置有叶片轴14；叶片轴14的一端固定连接在从动齿轮4，叶片轴14的另一端穿过导流锥12外壁与叶片5接触，实现从动齿轮4带动相应的叶片5转动，且叶片5的旋转角度为0-90°；叶片5为扇形结构；叶片5的厚度为套筒7直径的当n个叶片5关闭位于同一平面时，相邻两个叶片5的间隙为0.5-1mm。

在该装置各部件组装过程中，要先根据叶片零位位置确定零位开关所在位置，如图1所示，零位开关可沿轴向前后移动，位置确定后用704胶固定。将套筒7与尾段8用螺栓紧固后，根据零位开关6与电机控制线尺寸在两法兰面之间钻孔，走线后用704胶密封。

驱动电机1自带编码器，可记录一次通电运转的绝对圈数，并且具有断电制动功能。默认为当次通电位置为零位进行记录，而可能存在中途断电使得此零位非叶片5真实零位，需要通过零位开关6进行零位复位。

各部件装配完成后进行控制程序调试，通过叶片5零位位置和关闭位置拟合出电机转数到叶片5旋转角度的线性关系，叶片5处于零位位置时，流通面积最大，反压最小；随着叶片5角度(定义为叶片表面与中轴线夹角)增加流通面积减小，反压增加。在进行进气道风洞试验时，可根据进气道出口尺寸，加工一转接法兰段用以连接该装置，法兰面对接处均用O型圈密封，若需要加装高精度流量测量和流量抽吸系统可通过软管进行连接。

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)

1.一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：包括n个叶片(5)、套筒(7)、尾段(8)、后支架(9)、前支架(10)、电机座(11)、导流锥(12)、尾盖(13)和锥头(15)；其中，套筒(7)和尾段(8)均为中空圆筒结构；套筒(7)和尾段(8)水平放置且轴向固定连接；前支架(10)和后支架(9)均为十字形框架结构；前支架(10)垂直固定安装在套筒(7)的一端；后支架(9)垂直固定安装在套筒(7)和尾段(8)的连接处；导流锥(12)为锥台结构，位于套筒(7)的轴心位置，且前支架(10)固定安装在导流锥(12)小端的侧壁；锥头(15)为锥形结构；锥头(15)同轴固定安装在导流锥(12)小端的端面处；电机座(11)为中空圆柱形结构；电机座(11)的轴向一端与导流锥(12)的大段固定连接；电机座(11)轴向的另一端固定安装有尾盖(13)；n个叶片(5)均匀环绕固定安装在电机座(11)的外壁；n为不小于4的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：在所述电机座(11)的内部固定安装有驱动电机(1)和减速器(2)；驱动电机(1)和减速器(2)轴向连接，且均位于电机座(11)的轴心位置；其中减速器(2)靠近导流锥(12)；驱动电机(1)远离导流锥(12)。

3.根据权利要求2所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：所述减速器(2)的轴向一端垂直固定安装主动齿轮(3)；沿着导流锥(12)中空内壁均匀环绕设置有n个从动齿轮(4)，n个从动齿轮(4)均与主动齿轮(3)为正交传动齿轮。

4.根据权利要求3所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：主动齿轮(3)与从动齿轮(4)的传动比为1：2-1：6；且主动齿轮(3)与从动齿轮(4)的回差小于3′。

5.根据权利要求3所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：每个从动齿轮(4)均与相应的叶片(5)位置对应；每组从动齿轮(4)与叶片(5)之间均设置有叶片轴(14)；叶片轴(14)的一端固定连接在从动齿轮(4)，叶片轴(14)的另一端穿过导流锥(12)外壁与叶片(5)接触，实现从动齿轮(4)带动相应的叶片(5)转动，且叶片(5)的旋转角度为0-90°。

6.根据权利要求5所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：所述主动齿轮(3)与减速器(2)之间固定安装有零位开关(6)。

7.根据权利要求1所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：所述导流锥(12)小端的角度为30-75°，材料为45#钢。

8.根据权利要求5所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：所述叶片(5)为扇形结构；叶片(5)的厚度为套筒(7)直径的当n个叶片(5)关闭位于同一平面时，相邻两个叶片(5)的间隙为0.5-1mm。

9.根据权利要求3所述的一种用于进气道风洞试验的叶片式流量节流系统，其特征在于：所述减速器(2)的输出控制精度小于1′。