CN108195549A - 一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统，包括长轨道系统和管道支架，长轨道系统和管道支架为多段结构；长轨道系统包括外轨组、内轨组和轨道支架组，外轨组和内轨组均固定、支撑在轨道支架组上；内轨组用于支撑激波管段和压缩管段，外轨组用于支撑驱动机构、主夹膜机构，外轨组和内轨组铺设在轨道支架组上表面，轨道间接缝与轨道支架间接缝不重合；风洞的每个管状结构均由管道支架支撑固连，使风洞同轴，管道支架置于外轨组和内轨组上，并可带动风洞沿轨道移动。

Description

一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统

技术领域

本发明涉及一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统，应用于长激波风洞中，需要支撑轴向分布的多部件，并需要频繁更换部件位置的场合。

背景技术

现有技术，包括自由活塞高焓激波风洞模式和常规激波风洞模式两种，通长一条风洞只实现一种模式，当同一试验需要不同模式的试验状态时，模型需要在不同的风洞间反复安装，需要使用不同的喷管，必然会引入由此产生的误差，影响试验结果的准确性和试验效率；同时，因为需要建设多条风洞，在建设及运行成本上，都很高。

现有自由活塞激波风洞的运行时间较短，无法满足部分高超声速测力和特种试验的需求。

自由活塞高焓激波风洞中，在压缩管段中高速运行的重活塞需要保证各管段之间的高同轴度。同时，为了扩展试验能力，提高综合效益，激波风洞需要运行在多种模式之下。为达到风洞多模式安全运行的要求，风洞各部件需要在风洞轴向上自由移动，保证各部件更换位置时中心轴线位置不变，并能在各位置稳定运行。所以需要配套在高度和直线度上精度很高的通长轨道支撑系统，以满足激波风洞重活塞安全稳定运行和多模态运行的需要，而现有技术并没有多模式的轨道支撑需求，故无相应技术。

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，提供一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统，使所需的100多米轨道具有高平面度、高平行度。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统，包括长轨道系统和管道支架，长轨道系统和管道支架为多段结构；

长轨道系统包括外轨组、内轨组和轨道支架组，外轨组和内轨组均固定、支撑在轨道支架组上；内轨组用于支撑激波管段和压缩管段，外轨组用于支撑驱动机构、主夹膜机构，

外轨组和内轨组铺设在轨道支架组上表面，轨道间接缝与轨道支架间接缝不重合；风洞的每个管状结构均由管道支架支撑固连，使风洞同轴，管道支架置于外轨组和内轨组上，并可带动风洞沿轨道移动。

通过调整斜铁组件使轨道支架组上表面与风洞轴线平行，上表面平面度不高于0.1mm。

外轨组、内轨组的上表面平面度不高于0.1mm。

外轨组、内轨组中的两个轨道的平行度不高于0.1mm。

支撑面的平面度不高于0.1mm。

两自由度精调管道支架包括管道抱箍、整体框架和硬轮组，整体框架和硬轮组之间设置高度调节结构，以调平整体框架上表面，并使外轨组、内轨组均匀受力。

管道抱箍包括上抱箍和下抱箍，通过螺栓组拉紧后抱紧管道，然后安装在整体框架上表面。

管道抱箍和整体框架之间设置竖直调节机构和水平调节机构，以精调管道抱箍和整体框架之间相对位置。

支架硬轮组和轨道上表面的接触应力采用有限元方法校核应力值，保证3倍以上安全系数。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与传统的风洞支撑系统相比，本支撑系统能保证大口径激波风洞在多模态运行时对大距离移动，高承载能力，高刚度和精度支撑系统的要求，提高了风洞的运行效率和安全性；

(2)本发明可以用于其他在大距离上需要高承载、高精度的设备支撑系统的场合。

附图说明

图1为本发明使用状态示意图；

图2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。

一种适用于风洞多种模式运行的轨道支撑系统，如图1所示，包括高精度长轨道系统1和两自由度精调管道支架2。

如图2所示，长轨道系统1包括外轨组3内轨组4和轨道支架组5三个部分。外轨组3和内轨组4均固定、支撑在轨道支架组5上。

内轨组4两轨中心距为1m，轨组长142m，位置从X＝0m到X＝142m；外轨组3两轨中心距为1.88m，轨组长116m，位置从X＝26m到X＝142m。内、外轨组均对风洞对称面对称。

内轨组4用于支撑激波管段等较轻或质量分布较分散的部件。外轨组3用于支撑驱动机构、主夹膜机构等较重或质量分布较集中的部件。内、外轨组分开支撑不同的组件，用以避免较重部件引起的轨道面局部下陷变形对临近较轻部件的影响。

轨道支架组5支架层调整斜铁组7支撑在地基上，通过精调支架层调整斜铁组7的高度，适应不平整的地基面，使轨道支架组5上表面与风洞轴线平行。调节完成后，使用地脚螺栓将轨道支架组5和地基固定。轨道为上下表面平行度和平面度很高的长直轨道，通过精薄垫片调整高度，支撑并固定在刚性轨道支架上表面上。通过精调垫片组合厚度，使轨道上表面平面度与对风洞轴线的平行度均很高。

调节完成后，通过轨道压板将轨道压紧固定在刚性轨道支架上。轨道支架组5和轨道多层次的精细调节，保证了外轨组3和内轨组4的轨道面的水平度达到0.2mm/100m。

两自由度精调管道支架2设计为管道抱箍8，整体框架9和硬轮组10三层组合结构。整体框架9和硬轮组10之间设置高度调节结构6.3，以调平整体框架9上表面，并使轮组均匀受力。管道抱箍8包括上抱箍和下抱箍，通过螺栓组拉紧后抱紧管道，然后安装在整体框架9上表面。管道抱箍在管道上沿轴向多个分布，保证抱持的稳定性和可靠性。管道抱箍8和整体框架9之间设置竖直调节机构6.1和水平调节机构6.2，以精调管道抱箍8和整体框架9之间相对位置。一个管道支架支撑一段管道的对应组合，在管道拆装时，管道支架和管道均不脱开。最终使每节管道和管道支架组合为一个整体后，在将组合体整体从轨道上拆除或安装上时，管道轴线均与风洞轴线一致。

为得到高平行度的上下表面，避免轨道面粗糙度较高影响被支撑部件的高度精度，对轨道上、下表面进行了一致性加工。加工完成后的表面由于原硬化层减薄，表面硬度有所下降，为避免轨道表面硬度不足，在磨损后损失高度精度，故对轨道上表面进行感应淬火处理，形成高硬度的硬面平直轨道。

轨道支架组采用分段结构，再整体沿轴向连接，形成142m长的轨道支架组。每段轨道均为上下四条长钢板形成上下安装面，中间由密集分布的方钢作为支撑立柱，由斜拉槽钢连接形成整体桁架结构，承力结构均为四面体构型，刚度和稳定度高。在结构设计中，要求轨道支架组在局部承受最大50吨的正压力时，承力点变形不大于0.2mm。

支架硬轮组10和轨道上表面的接触应力采用有限元方法校核应力值，保证3倍以上安全系数。

高精度长轨道系统为内外双轨结构，内外轨组均对风洞对称面对称。内轨组两轨中心距为1m，轨组长142m，位置从X＝0m到X＝142m，用于支撑激波管、压缩管等较轻或质量分布较分散的部件。外轨组两轨中心距为1.88m，轨组长116m，位置从X＝26m到X＝142m，用于支撑通用驱动机构、主夹膜机构等较重或质量分布较集中的部件。内、外轨组分开支撑不同的组件，用以避免较重部件引起的轨道面局部下陷变形对临近较轻部件的影响。

通过分析可知，风洞运行于自由活塞高焓激波风洞模式时，激波管位置为X＝1.5m到X＝33.5m，运行行程2m；主夹膜机构位于轴向位置X＝33.5m到X＝37m，运行行程4m；压缩管位于轴向位置X＝37m到X＝103m，运行行程7.5m；驱动机构位置为X＝103m到X＝115m，运行行程10m。此种运行模式，需要位置从X＝0m到X＝110.5m长的内轨道和X＝33m到X＝125m的外轨道。

风洞运行于激波管风洞模式时，激波管位置为X＝1.5m到X＝33.5m，运行行程2m；主夹膜机构位于轴向位置X＝33.5m到X＝37m，运行行程4m；压缩管位于轴向位置X＝37m到X＝44m，运行行程7.5m。此种运行模式需要位置从X＝0m到X＝52m的内轨道和X＝33m到X＝42m的外轨道。

风洞运行于长时间中低焓激波风洞模式时，激波管位置为X＝1.5m到X＝33.5m，运行行程2m；第二压缩段位置为X＝33.5m到X＝57.5m，运行行程3m；主夹膜机构位于轴向位置X＝57.5m到X＝61m，运行行程5m；压缩管位于轴向位置X＝61m到X＝127m，运行行程8.5m；通用发射机构位置为X＝127m到X＝139m，运行行程11m。此种模式下，通过分段开膜，可以将总运行行程缩短到3m。即，此种运行模式需要位置从X＝0m到X＝136m的内轨和X＝56m到X＝142m的外轨。

综合上面三种运行模式的需要，并考虑加工、安装、调试、运行的方便，将轨道设计为从X＝0m到X＝142m的内轨和X＝26m到X＝142m的外轨的结构形式。此种设计方案，使用占地最小的轨道结构，满足风洞全部运行模式的要求。

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)

1.一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统，风洞包括驱动机构、压缩管段、激波管段和主膜夹膜机构，其均为多个管状结构拼接而成，其特征在于，包括长轨道系统(1)和管道支架(2)，长轨道系统(1)和管道支架(2)为多段结构；

长轨道系统(1)包括外轨组(3)、内轨组(4)和轨道支架组(5)，外轨组(3)和内轨组(4)均固定、支撑在轨道支架组(5)上；内轨组(4)用于支撑激波管段、压缩管段，外轨组(3)用于支撑驱动机构、主夹膜机构，

外轨组(3)和内轨组(4)铺设在轨道支架组(5)上表面，轨道间接缝与轨道支架间接缝不重合；风洞的每个管状结构均由管道支架(2)支撑固连，使风洞同轴，管道支架(2)置于外轨组(3)和内轨组(4)上，并可带动风洞沿轨道移动。

2.如权利要求1所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，通过调整斜铁组件使轨道支架组(5)上表面与风洞轴线平行，上表面平面度不高于0.1mm。

3.如权利要求1所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，外轨组(3)、内轨组(4)的上表面平面度不高于0.1mm。

4.如权利要求1所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，外轨组(3)、内轨组(4)中的两个轨道的平行度不高于0.1mm。

5.如权利要求1所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，支撑面的平面度不高于0.1mm。

6.如权利要求1所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，两自由度精调管道支架(2)包括管道抱箍(8)、整体框架(9)和硬轮组(10)，整体框架(9)和硬轮组(10)之间设置高度调节结构(6.3)，以调平整体框架(9)上表面，并使外轨组(3)、内轨组(4)均匀受力。

7.如权利要求6所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，管道抱箍(8)包括上抱箍和下抱箍，通过螺栓组拉紧后抱紧管道，然后安装在整体框架(9)上表面。

8.如权利要求6所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，管道抱箍(8)和整体框架(9)之间设置竖直调节机构(6.1)和水平调节机构(6.2)，以精调管道抱箍(8)和整体框架(9)之间相对位置。

9.如权利要求6所述的一种适用于风洞多种模式运行的支撑系统,其特征在于，支架硬轮组(10)和轨道上表面的接触应力采用有限元方法校核应力值，保证3倍以上安全系数。