CN108181080B - 一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，包括框架、行程传感器、调节片、模拟调节片、限位开关和风洞体，位于风洞体腔体内的调节片对称设置在风洞体中心轴线的两侧，上游调节片的上游端通过垂直于风洞体壁面的上游拉伸杆与风洞体内壁面贴合，上游调节片下游端与垂直于风洞体壁面的喉道拉伸杆一端铰接，对称的两个上游调节片形成所需的气流通道，并在调节片最窄处形成气流喉道；下游可不设置调节片或通过垂直于风洞体壁面的下游拉伸杆铰接至少一段下游调节片，下游调节片的末端与风洞体内壁面贴合；模拟调节片通过上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆以铰接方式连接在风洞体外。

Description

一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置

技术领域

本发明涉及一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，属于风洞试验中的试验装置领域。

背景技术

亚跨超风洞是速度范围为马赫数0.4＜M≤4.5的风洞。风洞内建立亚跨音速流场与超音速流场的原理有很大不同：建立亚跨音速流场采用收缩型的喷管使气流截面积逐渐缩小，从而使亚音速气流不断加速；建立超音速流场采用缩放型的喷管，先将截面积逐渐缩小到最小截面处(即第一喉道)使气流加速达到音速，再通过扩张型管道使气流速度加速达到超音速。

当气流通过试验段以后，为了使气流减速，从而降低气流动能损失，提高风洞试验的经济性，在试验段之后设立扩压段降低风洞的能量损失。这个过程可以简单地理解为气流加速的逆过程：亚跨音速流场采用扩张型的管道(即亚音速扩压段)使气流截面积逐渐增大，从而使亚音速气流不断减速；超音速气流再次经过采用缩放型的喷管(即超音速扩压段)，先将截面积逐渐缩小到最小截面处(即第二喉道)使气流减速到音速，再通过扩张型管道(即亚音速扩压段)使气流截面积逐渐增大，从而使亚音速气流不断减速。

亚跨超风洞的扩压段要兼顾亚跨音速气流和超音速气流，因此一般采用三段可调节式的板状结构。在亚跨音速试验期间，扩压段调节片的形状为扩张角为5°～6°的扩张形状；在超音速试验期间，根据不同的试验段马赫数，扩压段调节片调整成为不同喉道截面积的收放型截面。

改变扩压段调节片的形状和位置依靠螺旋升降机的驱动。以往扩压段调节片的位置控制主要依赖于螺旋升降机配套伺服电机的精确控制，再通过人工测量调节片的位置来校正伺服电机的控制输出；或者将伺服电机的传动通过机构减速后再传动至电位器，达到控制反馈的目的，而由于这种反馈还是反馈了伺服电机的行程，没有对控制的最终目标调节片进行反馈，因此在电位器或传动机构异常等情况下，依然会发生调节片控制失效，造成调节片位置异常、角度异常、调节片机械损伤等故障，给风洞的正常试验运行带来了很多的不便，存在安全隐患。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，解决了扩压段调节片位置和角度的闭环控制问题，实现了调节片角度的双重保护功能。

本发明的技术解决方案是：

一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，包括框架、行程传感器、调节片、模拟调节片、限位开关和风洞体，

位于风洞体腔体内的调节片对称设置在风洞体中心轴线的两侧，上游调节片的上游端通过垂直于风洞体壁面的上游拉伸杆与风洞体内壁面贴合，上游调节片下游端与垂直于风洞体壁面的喉道拉伸杆一端铰接，对称的两个上游调节片形成所需的气流通道，并在调节片最窄处形成气流喉道；下游可不设置调节片或通过垂直于风洞体壁面的下游拉伸杆铰接至少一段下游调节片，下游调节片的末端与风洞体内壁面贴合；

模拟调节片通过上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆以铰接方式连接在风洞体外，上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆长度一致；

框架固定连接在风洞体外壁上，行程传感器固定连接在框架上；

在除模拟调节片两端铰接处外，在模拟调节片铰接处均设置限位开关，当调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动。

当调节喉道形状时，移动上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆，行程传感器测量上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆的行程信息，并通过计算获得喉道尺寸以及调节片与轴线夹角。

当喉道形状与试验所需喉道形状一致或调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动。

调节片与轴线夹角达到最大夹角信息可反馈给计算机，由计算机控制上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆停止移动，也可以直接切断控制拉杆移动的动力电源。

行程传感器与框架的固定位置上设置减震隔噪机构，使行程传感器的线性度优于3‰。

上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆与风洞体壁处的泄露率不大于1ml/s。

喉道拉伸杆调节喉道与风洞体内腔面积比≤1。

上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆为螺纹杆，通过与螺纹杆配合的涡轮盘驱动其运动。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明主要应用于亚跨超声速风洞，实现调节片节点位置的反馈和防止调节片角度过大造成机械损毁的功能，行程位置反馈准确可靠，行程传感器组合与限位开关组成的保护装置具有两级保护功能，具有结构简单、安装方便的特点，提升了风洞设备的耐用性和设备可靠性；

(2)本发明通过安装在拉伸杆上的行程传感器，可直接反馈调节片的位置，对调节片的位置实现闭环控制；通过计算还可以得到每一对调节片之间的角度，控制角度不超差，可以防止角度超差后造成的机械损伤，从而实现对调节片的保护功能；

(3)本发明在拉伸杆端部安装了一套模拟调节片和限位开关，当角度超差后限位开关被触发，从而实现对调节片的第二重保护。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，是在原有风洞机械机构的基础上增设的一套控制反馈和电气保护装置，解决了扩压段调节片位置和角度的闭环控制问题，实现了调节片角度的双重保护功能，具有结构简单，安装方便、控制装置可靠的特点，具有很强的实用性。

具体结构如图1所示，包括框架1、行程传感器2、调节片5、模拟调节片3、限位开关4和风洞体6，

位于风洞体6腔体内的调节片5对称设置在风洞体6中心轴线的两侧，上游调节片的上游端通过垂直于风洞体6壁面的上游拉伸杆与风洞体内壁面贴合，上游调节片下游端与垂直于风洞体壁面的喉道拉伸杆一端铰接，对称的两个上游调节片形成所需的气流通道，并在调节片5最窄处形成气流喉道；下游可不设置调节片或通过垂直于风洞体壁面的下游拉伸杆铰接至少一段下游调节片，下游调节片的末端与风洞体内壁面贴合；

模拟调节片3通过上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆以铰接方式连接在风洞体外，上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆长度一致；

框架1固定连接在风洞体外壁上，行程传感器2固定连接在框架1上；

当调节喉道形状时，移动上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆，行程传感器2测量上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆的行程信息，并通过计算获得喉道尺寸以及调节片与轴线夹角。当喉道形状与试验所需喉道形状一致或调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动。

在除模拟调节片两端铰接处外，在模拟调节片铰接处均设置限位开关4，当调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动。

调节片与轴线夹角达到最大夹角信息可反馈给计算机，由计算机控制上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆停止移动，也可以直接切断控制拉杆移动的动力电源。

行程传感器2与框架1的固定位置上设置减震隔噪机构，使行程传感器2的线性度优于3‰。

上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆与风洞体壁处的泄露率不大于1ml/s。

喉道拉伸杆调节喉道与风洞体内腔面积比≤1，确保该处喉道面积大于前端喉道面积。

上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆可设置为螺纹杆，通过与螺纹杆配合的涡轮盘驱动其运动。

本发明主要应用于亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈和安全保护。通过扩压段调节片的反馈位置实现闭环控制，可消除开环控制累积误差以及其他不确定因素造成的控制失效，避免每一对调节片之间由于角度过大造成的机械装置卡死或损坏，有利于实现设备的状态实时监控和故障预判功能，通过加装自动化的反馈装置和保护装置提高了亚跨超风洞设备的可靠性和耐用性。

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 (7)

1.一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，其特征在于，包括框架(1)、行程传感器(2)、调节片(5)、模拟调节片(3)、限位开关(4)和风洞体(6)，

位于风洞体(6)腔体内的调节片(5)对称设置在风洞体(6)中心轴线的两侧，上游调节片的上游端通过垂直于风洞体(6)壁面的上游拉伸杆与风洞体内壁面贴合，上游调节片下游端与垂直于风洞体壁面的喉道拉伸杆一端铰接，对称的两个上游调节片形成所需的气流通道，并在上游调节片(5)最窄处形成气流喉道；下游可不设置调节片或通过垂直于风洞体壁面的下游拉伸杆铰接至少一段下游调节片，下游调节片的末端与风洞体内壁面贴合；

模拟调节片(3)通过上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆以铰接方式连接在风洞体外，上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆长度一致；

框架(1)固定连接在风洞体外壁上，行程传感器(2)固定连接在框架(1)上；

在除模拟调节片两端铰接处外，在模拟调节片的其他铰接处均设置限位开关(4)，当模拟调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动；当调节喉道形状时，移动上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆，行程传感器(2)测量上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆的行程信息，并通过计算获得喉道尺寸以及上述三种调节片与轴线夹角。

2.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置,其特征在于，当喉道形状与试验所需喉道形状一致或模拟调节片与轴线夹角达到最大夹角时，停止上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆移动。

3.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置,其特征在于，模拟调节片与轴线夹角达到最大夹角信息反馈给计算机，由计算机控制上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆停止移动，或者直接切断控制拉杆移动的动力电源。

4.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置,其特征在于，行程传感器(2)与框架(1)的固定位置上设置减震隔噪机构，使行程传感器(2)的线性度优于3‰。

5.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置,其特征在于，上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆与风洞体壁处的泄露率不大于1ml/s。

6.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，其特征在于，喉道拉伸杆调节喉道与风洞体内腔面积比≤1。

7.如权利要求1所述的一种亚跨超风洞扩压段调节片的位置反馈与保护装置，其特征在于，上游拉伸杆、喉道拉伸杆、下游拉伸杆为螺纹杆，通过与螺纹杆配合的涡轮盘驱动其运动。