CN108181078B - 一种用于炮风洞的活塞止停装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于炮风洞的活塞止停装置，包括顶部橡胶、基体、导向柱连接件、导向柱、底座、底盖、底部橡胶、弹簧、弹簧导杆。顶部橡胶，底部橡胶，采用氟橡胶，通过注塑压胶的方式分别附着在基体和底盖上，基体采用“土”字型结构，并且在基体上设置若干通孔，增加顶部橡胶的附着力；活塞止停装置整体外径略小于激波管内径，装置内径大于喷管喉道直径。在试验前将活塞止停装置放置在激波管末端，试验过程中气流从活塞止停装置内径通过。本发明通过简单、合理的机械结构，在不影响风洞流场的情况下，实现活塞在激波管末端的软着陆，解决了炮风洞运行过程中活塞容易破损的问题，节约了运行成本。

Description

一种用于炮风洞的活塞止停装置

技术领域

本发明涉及一种用于炮风洞的活塞止停装置，属于高超声速激波风洞工程领域。

背景技术

炮风洞是一种轻活塞驱动的激波风洞，通过高压驱动的活塞压缩被驱动气体产生激波来提高风洞来流总温。炮风洞结构很简单，造价也比较低廉，随着现代测试技术的发展，能够承担大部分的高超声速气动力和气动热测量试验，在新型号的气动外形研制过程中起着越来越重要的作用。炮风洞的活塞重量很轻，材料一般采用铝合金材料，“Σ”型薄壁结构，壁厚最厚不大于10mm，在实验过程中在活塞后部高压气体的推动下，活塞高速运行，推动激波管中的被驱动气体产生激波，随着被驱动气体的压力和温度升高，激波管末端的膜片破裂，从而形成试验气流，而活塞在气动力的作用下逐渐减速，最终在激波管末端“着陆”。在炮风洞的实际运行中，活塞在激波管末端着陆时，活塞速度往往还很高(20-50m/s)，活塞只能以“硬着陆”的方式实现止停。而活塞受重量的限制，特别是激波管口径较大时，所需要的活塞结构强度不能承受着陆过程中的冲击力，导致活塞寿命短，容易在着陆过程中出现变形、裂纹甚至断裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，对炮风洞活塞在激波管末端硬着陆的弊端，设计了一种用于炮风洞的活塞止停装置，减缓活塞的冲击，实现活塞止停过程中的“软着陆”。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种用于炮风洞的活塞止停装置，其特征在于，包括基体、底座、导向柱、底盖和多个弹簧；

所述底座为圆筒结构，圆筒的侧壁上开设有多个第一通孔和第二通孔，多个弹簧的下部设置在第一通孔内，导向柱设置在第二通孔内；

底盖为圆环结构，用于从下部封盖底座的第一通孔和第二通孔；

弹簧的上端抵靠在基体的底端，导向柱的上端固定在基体的底端；

基体的内部通孔直径、底座圆筒的内径、底盖圆环的内径均大于喷管喉道直径，基体的外径、底座的外径和底盖的外径均与激波管的内径匹配。

优选的，还包括顶部橡胶和底部橡胶，分别设置在基体的上表面和底盖的下表面。

优选的，基体包括圆柱形本体、圆柱形本体外部上部具有第一环形凸起，从中部至底部设置第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起之间留有间隔，第一环形凸起的外径小于第二环形凸起的外径，顶部橡胶附着在基体第二环形凸起的上表面与第一环形凸起外部，橡胶与基体形成了圆筒形。

优选的，第一环形凸起和第二环形凸起开有若干注塑通孔，橡胶能够流入注塑通孔内部。

优选的，还包括底部橡胶，底盖开设有注塑孔，内环底端具有环形止口，底部橡胶位于底盖底端环形止口的外侧。

优选的，所述橡胶为氟橡胶，通过注塑压胶的方式获得。

优选的，还包括多个弹簧导杆，外部分别套设弹簧，弹簧导杆的上端旋入第二环形凸起上的螺纹孔内，弹簧导杆安装后裸露在第二环形凸起下端部分的长度小于等于底座的高度。

优选的，还包括导向柱连接件，一端基体固定连接，另一端与导向柱固定连接。

优选的，所述弹簧矩形截面压缩弹簧。

优选的，基体选用高强度轻金属合金材料。

优选的，基体选用铝合金。

优选的，底座的第二通孔外侧壁的底部开设排气孔。

同时提供一种用于炮风洞的活塞止停装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将导向柱连接件(3)和弹簧导杆(9)安装到基体(2)；

(2)将导向柱(4)穿入底座(5)的第二通孔，弹簧(8)的下端放入底座(5)的第一通孔；

(3)将导向柱连接件(3)的下端旋入导向柱(4)的顶端，弹簧(8)的上端套设在导向柱连接件(3)的下端；

(4)将底盖(6)套设在底座(5)上，并安装螺栓固定，完成活塞止停装置的装配；

(5)在试验前将活塞止停装置(16)放置在激波管(17)末端。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过简单、合理的机械结构，在不影响风洞流场的情况下，实现活塞在激波管末端的软着陆，解决了炮风洞运行过程中活塞容易破损的问题，节约了运行成本。

(2)本发明采用弹簧和橡胶复合缓冲的方式，提高了缓冲的效果。弹簧采用矩形截面压缩弹簧，矩形截面压缩弹簧在同样的结构空间条件下，吸收的能量更多。橡胶采用氟橡胶，克服了普通橡胶容易受高温气流的影响而损坏的问题，同时克服了硅橡胶本身容易受冲击撕裂的问题。

(3)本发明的基体采用高强度轻金属合金材料，质量小，惯性小，减少了活塞本身受到的冲击力。采用“土”字型结构，并且在基体上设置若干通孔，增加顶部橡胶的附着力，提高了使用寿命。

(4)本发明顶部橡胶与基体一体设置，底盖与底部橡胶一体设置，便于整体更换，整个装置的结构便于拆装和零部件更换，维护更方便。

附图说明

图1为炮风洞的活塞止停装置的结构示意图(剖视图)；

图2为炮风洞的活塞止停装置的机构示意图；

图3a为炮风洞的活塞止停装置基体结构示意图；图3b为炮风洞的活塞止停装置基体剖视图；

图4a为炮风洞的活塞止停装置底座结构示意图；图4b为炮风洞的活塞止停装置底座剖视图；

图5为炮风洞的活塞止停装置在炮风洞中使用的示意图。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种用于炮风洞的活塞止停装置如图1所示包括顶部橡胶1、基体2、导向柱连接件3、导向柱4、底座5、底盖6、底部橡胶7、弹簧8、弹簧导杆9等组成。所述底盖6通过螺钉与底座7连接，弹簧导杆9通过螺纹与基体2连接。

如图3a，图3b所示，基体2采用“土”字型结构，包括圆柱形本体，圆柱形本体内部为通孔，通孔的直径为D1，大于喷管喉道直径，圆柱形本体外部上部具有第一环形凸起，从中部至底部为第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起之间留有间隔，第一环形凸起的外径小于第二环形凸起的外径，顶部橡胶1通过注塑压胶的方式分别附着在基体2第二环形凸起的上表面与第一环形凸起外部，橡胶1与基体2形成了圆筒。第一环形凸起和第二环形凸起开有若干注塑通孔10，橡胶能够流入注塑通孔，增加顶部橡胶的附着力。基体材料选用高强度轻金属合金材料，强度大于200MPa(如铝合金)。这样基体2质量轻，惯性小，当活塞止停过程中与之发生撞击，则活塞受到的冲击力更小，更不易损坏。顶部橡胶1采用氟橡胶，机械性能好，能够承受多次冲击，耐高温，能够承受驱动气体的高温。顶部橡胶1用于在活塞止停过程中直接接触活塞底端，减小撞击力。

基体2第二环形凸起上具有螺纹孔，弹簧导杆9旋入螺纹孔内固定，弹簧导杆9安装后裸露在第二环形凸起下端部分的长度小于等于底座5的高度。弹簧8套设在弹簧导杆9上，顶端抵靠在第二环形凸起下端。

所述导向柱连接件3与基体2通过沉头螺钉连接，通过螺纹与导向柱4连接，将导向柱4的上端固定在基体2上。

如图4a，图4b所示，底座5为圆筒结构13，圆筒的侧壁上沿轴向开设有多个第一通孔11和第二通孔12，分别用于安装弹簧8和导向柱4。第二通孔的内径与导向柱4的翻边尺寸匹配，导向柱4沿的上端第二通孔移动，保证基体2移动的线性，第二通孔具有止口，止口的内径小于导向柱4的翻边，避免导向柱4滑出。圆筒的内径大于等于D1。底座5的第二通孔外侧壁的底部开设排气孔，便于装置在活塞冲击过程中，导向柱4在底座5的孔中快速压缩滑动时孔内的气体排出。

底盖6为圆环结构，内径与底座5圆筒的内径一致，外径与底座5圆筒的外径一致，用于封盖底座5的第一通孔和第二通孔。底盖6圆环结构的内环顶端具有环形止口，卡接在底座5圆筒的内壁底端的环槽中，相互固定。底部橡胶7，采用氟橡胶，通过注塑压胶的方式分别附着在底盖6的下表面上，底盖6设有注塑孔，底盖6圆环结构内环底端具有环形止口，底部橡胶7位于底端环形止口的外侧，避免底部橡胶7被冲击气流掀翻。底部橡胶7用于抵靠在喷管喉道17的前端，用于减缓冲击。

弹簧8的下部设置在底座5的第一通孔，弹簧8的下端抵靠在底盖6上。

如图1所示，导向柱4可在底座5的导向柱孔中顺畅滑动，无卡滞。为保障导向柱4的顺畅滑动，导向柱4与导向柱孔的间隙0.1mm左右，接触面粗糙度不大于Ra1.6。且在底座5的导向柱孔中涂抹润滑脂。

如图1所示，弹簧7为矩形截面压缩弹簧。由于缓冲装置空间受限，而在相同的空间下，矩形截面压缩弹簧相对于圆形截面弹簧刚度更大，吸能更多。

如图5所示，活塞止停装置16设置在激波管的尾端，底盖6抵靠在喷管喉道17的前端。整体外径略小于激波管14内径，装置16内径大于等于喷管喉道17直径，风洞试验过程中，气流从活塞止停装置16内径通过。

基体2与顶部橡胶1一体设置，底部橡胶7与底盖6一体设置，安装时步骤如下：

(1)将导向柱连接件3和弹簧导杆9安装到基体2；

(2)将导向柱4穿入底座5的第二通孔，弹簧8的下端放入底座5的第一通孔；

(3)将导向柱连接件3的下端旋入导向柱4的顶端，弹簧8的上端套设在导向柱连接件3的下端；

(4)将底盖6套设在底座5上，并安装螺栓固定，完成活塞止停装置的装配；

(5)在试验前将活塞止停装置16放置在激波管17末端。

本发明通过简单、合理的机械结构，在不影响风洞流场的情况下，实现活塞在激波管末端的软着陆，解决了炮风洞运行过程中活塞容易破损的问题，节约了运行成本。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种用于炮风洞的活塞止停装置，其特征在于，包括基体(2)、底座(5)、导向柱(4)、底盖(6)和多个弹簧(8)；

所述底座(5)为圆筒结构，圆筒的侧壁上开设有多个第一通孔和第二通孔，多个弹簧(8)的下部设置在第一通孔内，导向柱(4)设置在第二通孔内；

底盖(6)为圆环结构，用于从下部封盖底座(5)的第一通孔和第二通孔；

弹簧(8)的上端抵靠在基体(2)的底端，导向柱(4)的上端固定在基体(2)的底端；

基体(2)的内部通孔直径、底座(5)圆筒的内径、底盖(6)圆环的内径均大于喷管喉道直径，基体(2)的外径、底座(5)的外径和底盖(6)的外径均与激波管(17)的内径匹配；

还包括顶部橡胶(1)和底部橡胶(7)，分别设置在基体(2)的上表面和底盖(6)的下表面；

基体(2)包括圆柱形本体、圆柱形本体外部上部具有第一环形凸起，从中部至底部设置第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起之间留有间隔，第一环形凸起的外径小于第二环形凸起的外径，顶部橡胶(1)附着在基体(2)第二环形凸起的上表面与第一环形凸起外部，橡胶(1)与基体(2)形成了圆筒形；

第一环形凸起和第二环形凸起开有若干注塑通孔，橡胶能够流入注塑通孔内部；

还包括底部橡胶(7)，底盖(6)开设有注塑孔，内环底端具有环形止口，底部橡胶(7)位于底盖(6)底端环形止口的外侧；

还包括多个弹簧导杆(9)，外部分别套设弹簧(8)，弹簧导杆(9)的上端旋入第二环形凸起上的螺纹孔内，弹簧导杆(9)安装后裸露在第二环形凸起下端部分的长度小于等于底座(5)的高度；

所述弹簧(8)矩形截面压缩弹簧；基体(2)选用高强度轻金属合金材料；所述橡胶为氟橡胶，通过注塑压胶的方式获得；

圆筒的侧壁上沿轴向开设有多个第一通孔和第二通孔，分别用于安装弹簧和导向柱；第二通孔的内径与导向柱的翻边尺寸匹配，导向柱沿的上端第二通孔移动，保证基体移动的线性，第二通孔具有止口，止口的内径小于导向柱的翻边，避免导向柱滑出；底座的第二通孔外侧壁的底部开设排气孔，便于装置在活塞冲击过程中，导向柱在底座的孔中快速压缩滑动时孔内的气体排出；

底盖为圆环结构，内径与底座圆筒的内径一致，外径与底座圆筒的外径一致，用于封盖底座的第一通孔和第二通孔；底盖圆环结构的内环顶端具有环形止口，卡接在底座圆筒的内壁底端的环槽中，相互固定；活塞止停装置在不影响风洞流场的情况下，实现活塞在激波管末端的软着陆。

2.如权利要求1所述的用于炮风洞的活塞止停装置，其特征在于，还包括导向柱连接件(3)，一端基体(2)固定连接，另一端与导向柱(4)固定连接。

3.如权利要求2所述的用于炮风洞的活塞止停装置，其特征在于，基体(2)选用铝合金。

4.如权利要求1所述的用于炮风洞的活塞止停装置，其特征在于，底座(5)的第二通孔外侧壁的底部开设排气孔。

5.一种权利要求2所述的用于炮风洞的活塞止停装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将导向柱连接件(3)和弹簧导杆(9)安装到基体(2)；

(2)将导向柱(4)穿入底座(5)的第二通孔，弹簧(8)的下端放入底座(5)的第一通孔；

(3)将导向柱连接件(3)的下端旋入导向柱(4)的顶端，弹簧(8)的上端套设在导向柱连接件(3)的下端；

(4)将底盖(6)套设在底座(5)上，并安装螺栓固定，完成活塞止停装置的装配；

(5)在试验前将活塞止停装置(16)放置在激波管(17)末端。

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