CN107356178B - 高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置 - Google Patents

高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置,包括:基座;测量架,安装在所述基座上,为U形且开口朝向水平方向;水槽,水平安装在所述测量架的下支座上,带有容纳液体的凹槽,在底部设置有安装测量探头的通孔;螺旋测微杆,安装在所述测量架的上支座上且与所述水槽垂直;调节块,安装在所述螺旋测微杆靠近所述水槽的一端且与所述水槽平行。本发明可以通过调节块实现任意液膜厚度调节,满足不同标定实验要求,通过螺旋测微杆可以对调节块实现细微调节,提高调节的液膜厚度精度,解决了测量探头输出特性不确定的问题。

Description

高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置
技术领域
本发明涉及飞行器热防护领域,特别是涉及一种用于高超声速条件下形成的溢流液膜厚度测量探头的标定装置。
背景技术
高超声速飞行器飞行过程中面临着严酷的热环境,飞行器机翼和尾翼的前缘、发动机进气道前缘、局部突起物以及观察窗等曲率半径较小的前缘部位的热防护效果成为限制飞行器发展的瓶颈,需结合主动冷却技术提高热防护系统的防热性能。
目前新出现的溢流液膜冷却是一种新型的主动冷却方案,冷却液以溢流的方式流出,而后在物体表面摩阻的作用下展布成液膜,形成热缓冲层隔离外部的高温气体,液膜的蒸发过程还可进一步降低物面热流,从而有效保护飞行器。溢流液膜冷却性能研究中,液膜厚度是最基本的特征参数,可以利用电导耦合法进行测量。
电导测量探头的输出性能受液膜厚度、探头形状及几何尺寸等参数影响,造成测量探头输出特性难以用解析函数表述,因此,在开展实验测量前需要对测量探头的输出特性进行实际标定,才能在实际测量时获取到液膜的真实厚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量高超声速条件下形成的溢流液膜厚度测量探头的标定装置。
特别地,本发明一个实施方式提供一种高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置,包括:
基座;
测量架,安装在所述基座上,为U形且开口朝向水平方向;
水槽,水平安装在所述测量架的下支座上,带有容纳液体的凹槽,在底部设置有安装测量探头的通孔;
螺旋测微杆,安装在所述测量架的上支座上且与所述水槽垂直;
调节块,安装在所述螺旋测微杆靠近所述水槽的一端且与所述水槽平行。
在本发明的一个实施方式中,所述水槽的通孔孔位中心到所述凹槽边缘的距离至少为测量探头直径的两倍。
在本发明的一个实施方式中,所述水槽的凹槽深度至少为所述调节块厚度的两倍。
在本发明的一个实施方式中,所述螺旋测微杆包括与所述测量架固定的调节筒,和安装在调节筒内的调节杆,以及调节调节杆升降的调节螺栓。
在本发明的一个实施方式中,所述螺旋测微杆还包括将所述调节杆锁定在调节后位置的锁定装置。
在本发明的一个实施方式中,所述水槽的凹槽形状为矩形或圆形,所述调节块的形状和尺寸与所述凹槽的形状对应。
在本发明的一个实施方式中,所述水槽和所述调节块采用有机玻璃制作,所述基座和所述测量架采用不锈钢制作。
在本发明的一个实施方式中,在所述基座上安装有调节所述基座水平的基座调节装置,所述基座调节装置有四个且分别安装在所述基座底部的四个对称位置处,包括两端带有相反螺旋的螺杆,和分别拧在螺杆两端实现支撑和固定作用的套筒。
在本发明的一个实施方式中,在所述测量架上安装有调节所述水槽水平状态的水槽调节装置,所述水槽调节装置有四个且分别安装在所述水槽底部的四个对称位置处,包括两端带有相反螺旋的螺杆,分别拧在螺杆两端实现支撑和固定作用的套筒。
在本发明的一个实施方式中,所述测量架上安装有调节所述螺旋测微杆垂直角度的垂直调节装置,包括固定环,安装在固定环内夹持螺旋测微杆的夹持单元,所述夹持单元包括与螺旋测微杆接触的弧形板,通过万向轴与弧形板连接的液压夹持杆。
本发明可以通过调节块实现任意液膜厚度调节,满足不同标定实验要求,通过螺旋测微杆可以对调节块实现细微调节,提高调节的液膜厚度精度,解决了测量探头输出特性不确定的问题。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的标定装置结构示意图;
图2是本发明一个实施方式的基座调节装置结构示意图;
图3是本发明一个实施方式的垂直调节装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明一个实施方式的标定装置一般性包括基座10,和安装在基座10上的U形测量架20,安装在测量架20上的水槽40和螺旋测微杆30,以及安装在螺旋测微杆30上的调节块50。
测量架20的U形开口朝向水平方向,其两侧边分别形成上支座21和下支座22,其通过U形底部与基座10连接。水槽40水平安装在测量架20的下支座22上,容纳液体的凹槽41一面与上支座21相对,在水槽40的底部设置有安装测量探头的通孔42。螺旋测微杆30垂直安装在测量架20的上支座21上,且与水槽40垂直相对,螺旋测微杆30可实现伸缩长度的调整,调节块50安装在螺旋测微杆30靠近水槽40的一端且与水槽40平行;调节块50用于调节水槽40内液体的厚度,其通过螺旋测微杆30的调节实现与水槽40的接触深度,从而实现液体厚度的调整。基座10和测量架20可以采用不锈钢制作,以避免被冷却液腐蚀。
在工作时,将液膜厚度测量装置的测量探头安装在水槽40底部的通孔42内,保证测量探头的端面与水槽40的底面齐平,调节螺旋测微杆30使调节块50扣在水槽40上,并保证两者接触的接触面之间无缝隙,记录此时螺旋测微杆30上的刻度,此刻度即为液膜零厚度时的位置;然后向水槽40的凹槽41内加入适量的冷却液,旋转螺旋测微杆30以带动调节块50向上方移动,此时冷却液的液膜厚度可由螺旋测微杆30当前刻度减去零厚度时的液膜刻度来计算,当液膜厚度满足要求时停止调节螺旋测微杆30,由液膜厚度测量装置对当前冷却液的液膜厚度进行测量并记录结果。根据需要,重复调节和测量过程,即可标定测量探头针对不同液膜厚度下的整个测量量程。
本实施方式可以通过调节块50实现任意液膜厚度调节,满足不同标定实验要求,通过螺旋测微杆30可以对调节块50实现细微调节,提高调节的液膜厚度精度,解决了测量探头输出特性不确定的问题。
本实施方式中的螺旋测微杆30,可以直接选择现有技术中能够实现微调功能的螺旋测微器。也可以采用如下的结构,包括一个与上支座21固定的带有内螺纹的调节筒31,和通过螺纹拧在调节筒31内的调节杆32,以及一个与调节杆32接触的调节螺栓33。调节螺栓33可以直接或通过齿轮与调节杆32连接,通过调节螺栓33较大的转动来实现调节杆32上较小的移动,可提高调节杆32的移动精度。此外还可以在螺旋测微杆30上设置将调节杆32锁定在调节后位置的锁定装置,具体的锁定装置可以是任意一种能够将调节螺栓33或调节杆32锁死在当前位置的结构,如:在调节螺栓33上设置相应的卡口,在调节筒31的外壁上活动连接一根旋转杆,通过旋转杆的旋转使其卡入卡口,即可防止调节螺栓33转动。需要再次调节时,使旋转杆离开卡口即可。
在本发明的一个实施方式中,水槽40的通孔42孔位中心到凹槽41边缘的距离至少为测量探头直径的两倍,以避免凹槽40边缘对测量探头电场分布的影响。
进一步地,水槽40的凹槽41深度至少为调节块50厚度的两倍,以避免标定过程中冷却液溢出。
在本发明的一个实施方式中,该水槽40的凹槽41形状可以为矩形或圆形,而调节块50的形状和尺寸则与凹槽41的形状对应。水槽40和调节块50可以采用有机玻璃制作等绝缘材料制作,避免影响液膜内的电场分布。
如图2所示,在本发明的一个实施方式中,为使基座10能够保持在水平状态,可以在基座10上安装调节基座水平高度的基座调节装置11,该基座调节装置11有四个且分别安装在基座10底部的四个对称位置处,包括两端带有相反螺旋的螺杆112,和分别拧在螺杆112两端实现支撑和固定作用的套筒111。两个套筒111的两个相互远离的一端分别与支撑面和基座10的底部接触或固定,当基座10的某个侧边倾斜时,可通过向顺时针或逆时针方向拧动螺杆112,螺杆112即在套筒111内伸进或伸出,从而使该侧边升高或降低,达到整个基座的水平调整。
进一步地,在本发明的一个实施方式中,还可以在测量架20上安装调节水槽40水平状态的水槽调节装置,水槽调节装置同样可以设置四个且分别安装在水槽40底部的四个对称位置处,水槽调节装置的具体结构可以与前述的基座调节装置11结构一致,其通过调整水槽40相对测量架20的距离来实现水槽40的水平调整。水槽调节装置可以与基座调节装置11同时安装,也可以仅安装其中的一个。
在本发明的一个实施方式中,螺旋测微杆30的调节筒31可以与测量架20固定连接,以将调节筒31固定成标准的垂直状态,使得后期调节块50也能够保持与水槽40水平的状态。
如图3所示,此外,螺旋测微杆30作为一个整体也可以与测量架20活动连接,此时可以在测量架20上安装调节螺旋测微杆30垂直角度的垂直调节装置34,该垂直调节装置34可以包括一个固定环341,和安装在固定环341内夹持螺旋测微杆30的夹持单元,具体的夹持单元可以包括与调节筒31接触的弧形板342,通过万向轴344与弧形板342连接的液压夹持杆343。
固定环341可以是直接由测量架20形成的空心环,也可以是安装在测量架20上的一个环圈,调节筒31被两个弧形板342悬空夹持固定在固定环341内,两根液压夹持杆343的一端分别与弧形板342通过万向轴344连接,另一端与固定环341活动连接。调节筒31被两个弧形板342相对夹持固定后,理论上两个夹持单元的作用力和夹持位置一致的情况下,调节筒31正处于垂直于水槽40的状态,此时,不需要调整。一但调节筒31在垂直方向上出现倾斜,则可以控制相应边的液压夹持杆343进行上下角度的调整,液压夹持杆343可以与固定环341连接一端为支点,相对万向轴344的连接点改变施力位置,此时弧形板342的位置不变,但液压夹持杆343施加至弧形板342上的推力会发生变化,该推力同样在一个上下角度范围内变化,由于万向轴344的存在,使得弧形板342在调节筒31倾斜时不会移动,可在保证螺纹测微杆30本身稳定性的同时,改变调节筒31的倾斜角度,直至其完全垂直于水槽40。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.高超声速溢流液膜冷却膜厚测量探头的标定装置,其特征在于,包括:
基座;
测量架,安装在所述基座上,为U形且开口朝向水平方向;
水槽,水平安装在所述测量架的下支座上,带有容纳液体的凹槽,在底部设置有安装测量探头的通孔;
螺旋测微杆,安装在所述测量架的上支座上且与所述水槽垂直;
调节块,安装在所述螺旋测微杆靠近所述水槽的一端且与所述水槽平行;
所述测量架上安装有调节所述螺旋测微杆垂直角度的垂直调节装置,包括固定环,安装在固定环内夹持螺旋测微杆的夹持单元,所述夹持单元包括与螺旋测微杆接触的弧形板,通过万向轴与弧形板连接的液压夹持杆。
2.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
所述水槽的通孔孔位中心到所述凹槽边缘的距离至少为测量探头直径的两倍。
3.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
所述水槽的凹槽深度至少为所述调节块厚度的两倍。
4.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
所述螺旋测微杆包括与所述测量架固定的调节筒,和安装在调节筒内的调节杆,以及调节调节杆升降的调节螺栓。
5.根据权利要求4所述的标定装置,其特征在于,
所述螺旋测微杆还包括将所述调节杆锁定在调节后位置的锁定装置。
6.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
所述水槽的凹槽形状为矩形或圆形,所述调节块的形状和尺寸与所述凹槽的形状对应。
7.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
所述水槽和所述调节块采用有机玻璃制作,所述基座和所述测量架采用不锈钢制作。
8.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
在所述基座上安装有调节所述基座水平的基座调节装置,所述基座调节装置有四个且分别安装在所述基座底部的四个对称位置处,包括两端带有相反螺旋的螺杆,和分别拧在螺杆两端实现支撑和固定作用的套筒。
9.根据权利要求1所述的标定装置,其特征在于,
在所述测量架上安装有调节所述水槽水平状态的水槽调节装置,所述水槽调节装置有四个且分别安装在所述水槽底部的四个对称位置处,包括两端带有相反螺旋的螺杆,分别拧在螺杆两端实现支撑和固定作用的套筒。
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