CN107598754B - 高超声速层流喷管型面镜面加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，用于对层流喷管进行加工，通过拆下分段成型的层流喷管中的喉道段、中间段和出口段；对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理；将拆下的中间段固定连接于抛光处理后的喉道段上，对喉道段与中间段的接缝处及中间段的中间段内型面进行抛光处理；将拆下的出口段固定连接于抛光处理后的中间段上，对中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理。本发明提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，降低了风洞试验噪声，提高了风洞试验段流场的均匀性和高超声速层流喷管试验结果的精度。

Description

高超声速层流喷管型面镜面加工工艺

技术领域

本发明涉及层流喷管加工领域，特别地，涉及高超声速层流喷管型面镜面加工工艺。

背景技术

高超声速流动结构的研究是当前空气动力学研究的前沿领域之一，高超声速技术研究应用的目标是实现低成本进入太空、研制成功适应未来高技术的先进高超声速飞行器。随着研究的深入和相关测试技术的发展，设计产生与高空真实飞行环境相当的低湍流度的高超声速流场，这对加快国内流体力学特别是高超声速流体力学领域的发展将具有重要现实意义，其中最为关键的就是层流喷管的设计加工。

由于高超声速层流边界层与湍流边界层在热传递速率、表面摩阻、稳定性效应等方面存在显著的差异，而风洞的这些噪声通常会对模型表面的层流-湍流转捩造成极大的影响。受传统设计方法、加工工艺的局限，高超声速喷管的边界层大多处于湍流状态，导致了试验段流场的噪声往往比真实飞行环境高，严重影响模型表面边界层的转捩，因此很难在传统风洞中获得可信的边界层转捩试验数据，相关研究的进一步开展就对风洞性能提出了更高的要求。

高超声速层流喷管是整个风洞系统中最为关键的部件，喷管质量的好坏直接影响到试验结果的精度，影响喷管质量的因素主要有喷管型线设计、喷管的镜面加工工艺及安装精度。如果仅有高精度的型线设计，加工精度不高，同样难以保证风洞试验段流场的均匀性。

现有技术中对层流喷管的加工方法有：

①化学抛光方法：化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出部分较凹进部分优先溶解，从而得到平滑面。

②电解抛光方法：电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。

③电镀制造工艺方法：电镀是利用电解原理使物体表面上镀上一层金属或合金的过程。

但是，现有高超声速层流喷管的加工工艺由车床精度决定，目前没有加工高精度层流喷管的工艺方法，现有加工工艺方法无法满足加工工艺需求。

因此，现有高超声速层流喷管的镜面加工工艺方法无法满足加工的高精度需求，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，以解决现有高超声速层流喷管的加工工艺方法无法满足加工的高精度需求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，用于对层流喷管进行加工，层流喷管包括设于上游的喉道段、设于下游的出口段、以及连接于喉道段和出口段之间的中间段，喉道段、中间段和出口段之间通过连接螺栓进行固定连接，喉道段的前端设有唇口，高超声速层流喷管型面镜面加工工艺包括以下步骤：

拆下分段成型的层流喷管中的喉道段、中间段和出口段拆下分段成型的层流喷管中的喉道段、中间段和出口段；

对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理；

将拆下的中间段固定连接于抛光处理后的喉道段上，对喉道段与中间段的接缝处及中间段的中间段内型面进行抛光处理；

将拆下的出口段固定连接于抛光处理后的中间段上，对中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理。

进一步地，对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理的步骤包括：

启动车床，由车床带转喉道段，采用运转的抛光机对被带转的喉道段的喉道段内型面进行粗抛；

对粗抛后的喉道段进行细磨，将喉道段的喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的喉道段进行半精抛，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使喉道段的喉道段内型面完全达到镜面效果，完成喉道段的抛光。

进一步地，启动车床，由车床带转喉道段，采用运转的抛光机对被带转的喉道段的喉道段内型面进行粗抛的步骤包括：

将拆下的喉道段装夹于车床上，启动车床，将车床转速调至第一转速；

采用装有砂纸百叶轮的抛光机对喉道段的喉道段内型面进行粗抛。

进一步地，对粗抛后的喉道段进行细磨，将喉道段的喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕的步骤包括：

将车床转速调至第二转速，依次使用增大目数的砂纸百叶轮对喉道段的喉道段内型面进行抛光处理，对粗抛后的喉道段的喉道段内型面的痕迹进行细磨。

进一步地，对细磨后的喉道段进行半精抛，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果的步骤包括：

将车床转速调至第三转速，使用羊毛毡配合镜面处理剂对细磨后的喉道段的喉道段内型面进行半精抛。

进一步地，对半精抛后的喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使喉道段的喉道段内型面完全达到镜面效果，完成喉道段的抛光的步骤包括：

将车床转速调至第四转速，使用海绵轮配合镜面处理剂对半精抛后的喉道段的喉道段内型面进行精抛。

进一步地，对喉道段与中间段的接缝处进行抛光处理的步骤包括：

去除喉道段与中间段的接缝处的第一台阶；

运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除第一台阶后的接缝处进行抛光处理。

进一步地，对中间段的中间段内型面进行抛光处理的步骤包括：

由车床带转固定连接于喉道段上的中间段，采用运转的抛光机对被带转的中间段的中间段内型面进行粗抛；

对粗抛后的中间段进行细磨，将中间段的中间段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的中间段进行半精抛，使中间段的中间段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的中间段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使中间段的中间段内型面完全达到镜面效果，完成中间段的抛光。

进一步地，对中间段与出口段的接缝处进行抛光处理的步骤包括：

去除中间段与出口段的接缝处的第二台阶；

运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除第二台阶后的接缝处进行抛光处理。

进一步地，对出口段的出口段内型面进行抛光处理的步骤包括：

由车床带转固定连接于中间段上的出口段，采用运转的抛光机对被带转的出口段的出口段内型面进行粗抛；

对粗抛后的出口段进行细磨，将出口段的出口段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的出口段进行半精抛，使出口段的出口段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的出口段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使出口段的出口段内型面完全达到镜面效果，完成出口段的抛光。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，通过分段对喉道段内型面、喉道段与中间段的接缝处、中间段内型面、中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理，使层流喷管形成高精度的型线，保证风洞试验段流场的均匀性。本发明提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，提高了风洞试验段流场的均匀性和高超声速层流喷管试验结果的精度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明高超声速层流喷管型面镜面加工工艺优选实施例的流程示意图；

图2是本发明高超声速层流喷管优选实施例的结构示意图；

图3是图1中对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理的步骤的细化流程示意图。

附图标号说明：

10、喉道段；20、出口段；30、中间段；11、唇口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，用于对层流喷管进行加工，如图2所示，层流喷管包括设于上游的喉道段10、设于下游的出口段20、以及连接于喉道段10和出口段20之间的中间段30，喉道段10、中间段30和出口段20之间通过连接螺栓进行固定连接，喉道段10的前端设有唇口11，高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，包括以下步骤：

步骤S100、拆下分段成型的层流喷管中的喉道段、中间段和出口段。

如图2所示，根据层流喷管设计时的型线数据点，采用数控机床加工喷管内型面，将层流喷管内型面加工为连续的光滑型面，分段成型加工后层流喷管内型面表面粗糙度达到1.6。拆开成型的层流喷管的喉道段、中间段和出口段各段之间的连接螺栓，拆下喉道段、中间段和出口段。

步骤S200、对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理。

把拆下的喉道段装夹于普通车床上，车床转速100～1000r/min，以保证层流喷管抛光过程中所需转速要求；车床配中心架，以保证层流喷管抛光过程中喷管内型面同轴度要求，装夹层流喷管喉道段唇口一侧，装夹后保证端面平面跳动、圆周面跳动在5丝以内。对拆下的喉道段的喉道段内型面进行抛光处理，采用运转的抛光机对被带转的喉道段的喉道段内型面进行粗抛；对粗抛后的喉道段进行细磨，将喉道段的喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；对细磨后的喉道段进行半精抛，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果；对半精抛后的喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使喉道段的喉道段内型面完全达到镜面效果，完成喉道段的抛光。

步骤S300、将拆下的中间段固定连接于抛光处理后的喉道段上，对喉道段与中间段的接缝处及中间段的中间段内型面进行抛光处理。

将拆下的中间段固定连接于抛光处理后的喉道段上，对喉道段与中间段的接缝处及中间段的中间段内型面进行抛光处理，具体抛光处理的过程为：首先由车床带转固定连接于喉道段上的中间段，采用运转的抛光机对被带转的中间段的中间段内型面进行粗抛；对粗抛后的中间段进行细磨，将中间段的中间段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；对细磨后的中间段进行半精抛，使中间段的中间段内型面初步达到镜面效果；对半精抛后的中间段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使中间段的中间段内型面完全达到镜面效果，完成中间段的抛光。接着去除喉道段与中间段的接缝处的第一台阶；运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除第一台阶后的接缝处进行抛光处理，直至达到镜面效果。

步骤S400、将拆下的出口段固定连接于抛光处理后的中间段上，对中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理。

将拆下的出口段固定连接于抛光处理后的中间段上，对中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理，具体抛光处理的过程为：首先去除中间段与出口段的接缝处的第二台阶；运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除第二台阶后的接缝处进行抛光处理。然后由车床带转固定连接于中间段上的出口段，采用运转的抛光机对被带转的出口段的出口段内型面进行粗抛；对粗抛后的出口段进行细磨，将出口段的出口段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；对细磨后的出口段进行半精抛，使出口段的出口段内型面初步达到镜面效果；对半精抛后的出口段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使出口段的出口段内型面完全达到镜面效果，完成出口段的抛光，整个高超声速层流喷管抛光过程周期约20天，抛光过程中保证工作台面干净，抛光后保护好抛光型面，防止灰尘等进入破坏型面。

本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，通过分段对喉道段内型面、喉道段与中间段的接缝处、中间段内型面、中间段与出口段的接缝处及出口段的出口段内型面进行抛光处理，直至达到镜面效果，使层流喷管形成高精度的型线，保证风洞试验段流场的均匀性。本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，提高了风洞试验段流场的均匀性和高超声速层流喷管试验结果的精度。

优选地，如图3所示，本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，步骤S200包括：

步骤S210、启动车床，由车床带转喉道段，采用运转的抛光机对被带转的喉道段的喉道段内型面进行粗抛。

将拆下的喉道段装夹于车床上，启动车床，将车床转速调至第一转速，在本实施例中，第一转速设为800r/min。采用装有砂纸百叶轮的抛光机对喉道段的喉道段内型面进行粗抛，其中，抛光机的转速调为2000r/min，砂纸百叶轮的目数为45目，对喉道段的喉道段内型面均匀粗抛5小时，目的是为了去掉数控加工后层流喷管内型面车刀纹路。

步骤S220、对粗抛后的喉道段进行细磨，将喉道段的喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕。

将车床转速调至第二转速，依次使用增大目数的砂纸百叶轮对喉道段的喉道段内型面进行抛光处理，对粗抛后的喉道段的喉道段内型面的痕迹进行细磨。在本实施例中，第二转速设为400r/min，依次使用600目、800目和1000目的砂纸百叶轮抛光喉道段的喉道段内型面，对粗抛后痕迹进行细磨1天，达到表面无划痕，喉道段内型面基本变亮。

步骤S230、对细磨后的喉道段进行半精抛，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果。

将车床转速调至第三转速，使用羊毛毡配合镜面处理剂对细磨后的喉道段的喉道段内型面进行半精抛2天，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果。在本实施例中，第三转速设为200r/min。

步骤S240、对半精抛后的喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使喉道段的喉道段内型面完全达到镜面效果，完成喉道段的抛光。

将车床转速调至第四转速，使用海绵轮配合镜面处理剂对半精抛后的喉道段的喉道段内型面进行精抛1天，去除前面各工序留下的丝纹，最终达到镜面效果。在本实施例中，第四转速设为100r/min。喉道段的喉道段内型面精抛完成后内型面表面粗糙度达到0.02～0.08。

本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，通过启动车床，由车床带转喉道段，采用运转的抛光机对被带转的喉道段的喉道段内型面进行粗抛；对粗抛后的喉道段进行细磨，将喉道段的喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；对细磨后的喉道段进行半精抛，使喉道段的喉道段内型面初步达到镜面效果；对半精抛后的喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使喉道段的喉道段内型面完全达到镜面效果，完成喉道段的抛光。本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，通过对喉道段内型面进行粗抛、细磨、半精抛和精抛处理，直至达到镜面效果，使层流喷管形成高精度的型线，保证风洞试验段流场的均匀性。本实施例提供的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，提高了风洞试验段流场的均匀性和高超声速层流喷管试验结果的精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，用于对层流喷管进行加工，所述层流喷管包括设于上游的喉道段(10)、设于下游的出口段(20)、以及连接于所述喉道段(10)和所述出口段(20)之间的中间段(30)，所述喉道段(10)、所述中间段(30)和所述出口段(20)之间通过连接螺栓进行固定连接，所述喉道段(10)的前端设有唇口(11)，其特征在于，所述高超声速层流喷管型面镜面加工工艺包括以下步骤：

拆下分段成型的所述层流喷管中的所述喉道段、所述中间段和所述出口段；

对拆下的所述喉道段的喉道段内型面进行抛光处理；

将拆下的所述中间段固定连接于抛光处理后的所述喉道段上，对所述喉道段与所述中间段的接缝处及所述中间段的中间段内型面进行抛光处理；

将拆下的所述出口段固定连接于抛光处理后的所述中间段上，对所述中间段与所述出口段的接缝处及所述出口段的出口段内型面进行抛光处理。

2.根据权利要求1所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对拆下的所述喉道段的喉道段内型面进行抛光处理的步骤包括：

启动车床，由所述车床带转所述喉道段，采用运转的抛光机对被带转的所述喉道段的所述喉道段内型面进行粗抛；

对粗抛后的所述喉道段进行细磨，将所述喉道段的所述喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的所述喉道段进行半精抛，使所述喉道段的所述喉道段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的所述喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使所述喉道段的所述喉道段内型面完全达到镜面效果，完成所述喉道段的抛光。

3.根据权利要求2所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述启动车床，由所述车床带转所述喉道段，采用运转的抛光机对被带转的所述喉道段的所述喉道段内型面进行粗抛的步骤包括：

将拆下的所述喉道段装夹于所述车床上，启动所述车床，将所述车床转速调至第一转速；

采用装有砂纸百叶轮的抛光机对所述喉道段的所述喉道段内型面进行粗抛。

4.根据权利要求3所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对粗抛后的所述喉道段进行细磨，将所述喉道段的所述喉道段内型面打磨变亮，达到表面无划痕的步骤包括：

将所述车床转速调至第二转速，依次使用增大目数的砂纸百叶轮对所述喉道段的所述喉道段内型面进行抛光处理，对粗抛后的所述喉道段的所述喉道段内型面的痕迹进行细磨。

5.根据权利要求4所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对细磨后的所述喉道段进行半精抛，使所述喉道段的所述喉道段内型面初步达到镜面效果的步骤包括：

将所述车床转速调至第三转速，使用羊毛毡配合镜面处理剂对细磨后的所述喉道段的所述喉道段内型面进行半精抛。

6.根据权利要求5所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对半精抛后的所述喉道段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使所述喉道段的所述喉道段内型面完全达到镜面效果，完成所述喉道段的抛光的步骤包括：

将所述车床转速调至第四转速，使用海绵轮配合镜面处理剂对半精抛后的所述喉道段的所述喉道段内型面进行精抛。

7.根据权利要求2所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对所述喉道段与所述中间段的接缝处进行抛光处理的步骤包括：

去除所述喉道段与所述中间段的接缝处的第一台阶；

运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除所述第一台阶后的接缝处进行抛光处理。

8.根据权利要求7所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对所述中间段的中间段内型面进行抛光处理的步骤包括：

由所述车床带转固定连接于所述喉道段上的所述中间段，采用运转的抛光机对被带转的所述中间段的所述中间段内型面进行粗抛；

对粗抛后的所述中间段进行细磨，将所述中间段的所述中间段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的所述中间段进行半精抛，使所述中间段的所述中间段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的所述中间段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使所述中间段的所述中间段内型面完全达到镜面效果，完成所述中间段的抛光。

9.根据权利要求8所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对所述中间段与所述出口段的接缝处进行抛光处理的步骤包括：

去除所述中间段与所述出口段的接缝处的第二台阶；

运用安装羊毛毡抛光头的抛光机配合镜面处理剂对去除所述第二台阶后的接缝处进行抛光处理。

10.根据权利要求9所述的高超声速层流喷管型面镜面加工工艺，其特征在于，

所述对所述出口段的出口段内型面进行抛光处理的步骤包括：

由所述车床带转固定连接于所述中间段上的所述出口段，采用运转的抛光机对被带转的所述出口段的所述出口段内型面进行粗抛；

对粗抛后的所述出口段进行细磨，将所述出口段的所述出口段内型面打磨变亮，达到表面无划痕；

对细磨后的所述出口段进行半精抛，使所述出口段的所述出口段内型面初步达到镜面效果；

对半精抛后的所述出口段进行精抛，去除前面各工序留下的细纹，使所述出口段的所述出口段内型面完全达到镜面效果，完成所述出口段的抛光。