CN108519209B - 一种大型风洞喷管试验段一体化装置 - Google Patents

Abstract

一种大型风洞喷管试验段一体化装置，涉及航天试验技术领域；包括喷管试验一体段、出口法兰段、支撑架车、螺纹销和风洞设备；其中，支撑架车水平放置在地面上；喷管试验一体段水平放置在支撑架车的上表面，且喷管试验一体段的轴向与支撑架车的长边方向相同；出口法兰段同轴固定安装在喷管试验一体段的轴向出口端；且出口法兰段与喷管试验一体段之间通过螺纹销固定连接；风洞设备分别同轴固定安装在喷管试验一体段的轴向入口端和出口法兰段的轴向外端；本发明采用模块化设计，加工制造成本低，经济性高；轮组驱动，导轨导向定位，操作简单，安全性高；精准定位的设计，减少了人工成本，拆装方便。

Description

一种大型风洞喷管试验段一体化装置

技术领域

本发明涉及一种航天试验技术领域，特别是一种大型风洞喷管试验段一体化装置。

背景技术

亚跨超声速风洞的试验段气流马赫数范围为0.4≤Ma≤4.5。由于超声速气流的建立取决于吼道与出口的截面积之比，所以常规的亚跨超声速风洞大都配置多个超声速喷管来获得不同的试验段马赫数，包括若干亚跨声速喷管和亚跨声速试验段、多个超声速喷管和若干超声速试验段，风洞典型的配置如附图3所示。超声速喷管与超声速试验段通过法兰进行连接对接，并靠夹紧橡胶垫对接缝处进行密封，这不可避免地会产生错位台阶和缝隙。虽然错位台阶和缝隙的大小可通过机械调整的方式调整到最小，但是这种台阶和缝隙终究是存在的，无法消除。在超声速流场中，如附图1所示，气流经过台阶和缝隙处，就会在试验段内产生压缩波和膨胀波等干扰激波，直接影响试验段内的流场品质。另外，干扰激波还可能打到试验段内的模型上面，造成模型的试验数据不准确。为了消除干扰激波对风洞流场的影响，需要采取各种各样的方法，比如反复调整模型在试验段内的位置以避开干扰激波、采取引射开车方式降低干扰激波强度、在接缝处用粘接剂磨平以消除干扰激波等等。虽然采用了各种各样降低激波干扰的方法，但是效果都非常有限，也造成了风洞试验效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大型风洞喷管试验段一体化装置，采用模块化设计，加工制造成本低，经济性高；轮组驱动，导轨导向定位，操作简单，安全性高；精准定位的设计，减少了人工成本，拆装方便。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种大型风洞喷管试验段一体化装置，包括喷管试验一体段、出口法兰段、支撑架车、螺纹销和风洞设备；其中，支撑架车水平放置在地面上；喷管试验一体段水平放置在支撑架车的上表面，且喷管试验一体段的轴向与支撑架车的长边方向相同；出口法兰段同轴固定安装在喷管试验一体段的轴向出口端；且出口法兰段与喷管试验一体段之间通过螺纹销固定连接；风洞设备分别同轴固定安装在喷管试验一体段的轴向入口端和出口法兰段的轴向外端。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，所述的喷管试验一体段为中空矩形结构；喷管试验一体段包括内型面板、2个水平壁板、2个侧壁板和第一驱动轮组；其中，2个水平壁板沿竖直方向上下放置；2个侧壁板对称固定安装在2个水平壁板的两侧；2个水平壁板和2个侧壁板围成中空环状结构；内型面板分别固定安装在上方水平壁板的下底面和下方水平壁板的上底面；第一驱动轮组固定安装在下方水平壁板的下端。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，通过更换内型面板实现对不同流场马赫数进行风洞试验；风洞试验的流场马赫数范围为0.4-4.5。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，所述出口法兰段包括法兰段主体框架、驱动轮组、插拔销机构和2个内型面提升机构；其中，法兰段主体框架为中空矩形结构；法兰段主体框架同轴固定安装在喷管试验一体段的轴向一端；驱动轮组固定安装在法兰段主体框架的底端；且驱动轮组与支撑架车的上表面接触；插拔销机构固定安装在法兰段主体框架顶部和下部；2个内型面提升机构分别固定安装在法兰段主体框架上下2个水平侧壁的内部。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，出口法兰段通过插拔销机构与风洞设备固定连接；通过调节上、下2个内型面提升机构，实现出口法兰段上下2个内侧壁与内型面板匹配。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，所述支撑架车包括架车主体、第二驱动轮组、水平导向轮和导轨；其中，架车主体水平放置；第二驱动轮组和水平导向轮均固定安装在架车主体的底部；且第二驱动轮组和水平导向轮相隔分布；导轨固定安装在架车主体的顶部。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，所述第一驱动轮组与导轨滑动接触，喷管试验一体段通过第一驱动轮组实现在支撑架车上水平移动；支撑架车通过导轨实现对喷管试验一体段的移动方向的限位。

在上述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，通过调整水平导向轮、第一驱动轮组、第二驱动轮组和内型面提升机构，实现喷管试验一体段的入口端、出口法兰段的轴向外端与风洞设备匹配对准。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用将传统超声速喷管和试验段合二为一的设计，消除了原有喷管和试验段对接处的接缝，进而消除了接缝处的台阶波，提高了风洞试验区域的流场品质，并有效扩展了稳定流场区的长度；

(2)本发明采用固壁喷管的设计形式和上下壁板夹装两侧壁板的安装方式，技术可靠性高；模块化设计，加工制造成本低，装配调试难度小；兼容现有风洞设备，不影响风洞试验生产和正常运转，改造成本低，经济性高；

(3)本发明通过对喷管试验一体段、出口法兰段和架车采用轮组驱动行走于轨道的方式进行更换和摆放，操作简单，安全性高；采用V轨、水平导向轮以及螺纹销等设计，导向定位精准，减少了人工成本，拆装方便。

附图说明

图1为本发明风洞喷管试验段一体化装置上部半剖示意图；

图2为本发明出口法兰段的结构示意图；

图3为本发明支撑架车的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供一种大型风洞喷管试验段一体化装置，采用将传统超声速喷管和试验段合二为一的设计，消除原有喷管和试验段对接处的接缝，进而消除接缝处的台阶波，提高了风洞试验区域的流场品质；采用模块化设计，加工制造成本低，兼容现有风洞设备，不影响风洞试验生产，改造成本低，整个装置的经济性高；通过对喷管试验一体段、出口法兰段和架车采用轮组驱动行走于轨道的方式进行更换和摆放，导向定位精准，操作简单，安全性高；通过轮座垫片调节喷管试验段和出口法兰段与原有风洞设备相匹配，并通过螺纹销和水平导向轮等方式能快速组装与原有风洞设备定位固定，精准定位的设计，减少了人工成本，拆装方便。

如图1所示为风洞喷管试验段一体化装置上部半剖示意图，由图可知，一种大型风洞喷管试验段一体化装置，包括喷管试验一体段1、出口法兰段2、支撑架车3、螺纹销4和风洞设备5；其中，支撑架车3水平放置在地面上；喷管试验一体段1水平放置在支撑架车3的上表面，且喷管试验一体段1的轴向与支撑架车3的长边方向相同；出口法兰段2同轴固定安装在喷管试验一体段1的轴向出口端；且出口法兰段2与喷管试验一体段1之间通过螺纹销4固定连接；风洞设备5分别同轴固定安装在喷管试验一体段1的轴向入口端和出口法兰段2的轴向外端。

其中，喷管试验一体段1为中空矩形结构；喷管试验一体段1包括内型面板11、2个水平壁板12、2个侧壁板13和第一驱动轮组14；其中，2个水平壁板12沿竖直方向上下放置；2个侧壁板13对称固定安装在2个水平壁板12的两侧；2个水平壁板12和2个侧壁板13围成中空环状结构；通过采用固壁喷管的设计形式和所述2个水平壁板12夹装2个侧壁板13的安装方式，将传统的喷管和试验段一体化设计加工。内型面板11分别固定安装在上方水平壁板12的下底面和下方水平壁板12的上底面；第一驱动轮组14固定安装在下方水平壁板12的下端。

通过更换内型面板11实现对不同流场马赫数进行风洞试验；风洞试验的流场马赫数范围为0.4-4.5。

如图2所示为出口法兰段的结构示意图，由图可知，出口法兰段2包括法兰段主体框架21、第二驱动轮组22、插拔销机构23和2个内型面提升机构24；其中，法兰段主体框架21为中空矩形结构；法兰段主体框架21同轴固定安装在喷管试验一体段1的轴向一端；第二驱动轮组22固定安装在法兰段主体框架21的底端；且第二驱动轮组22与支撑架车3的上表面接触；插拔销机构23固定安装在法兰段主体框架21顶部和下部；2个内型面提升机构24分别固定安装在法兰段主体框架21上下2个水平侧壁的内部。

出口法兰段2通过插拔销机构23与风洞设备5固定连接；通过调节上、下2个内型面提升机构24，实现出口法兰段2上下2个内侧壁与内型面板11匹配。

如图3所示为支撑架车的结构示意图，由图可知，支撑架车3包括架车主体31、第三驱动轮组32、水平导向轮33和导轨34；其中，架车主体31水平放置；第三驱动轮组32和水平导向轮33均固定安装在架车主体31的底部；且第三驱动轮组32和水平导向轮33相隔分布；导轨34固定安装在架车主体31的顶部。驱动轮组32的轮间距与现有风洞设备5的地面导轨间距兼容匹配，

所述第一驱动轮组14与导轨34滑动接触，喷管试验一体段1通过第一驱动轮组14实现在支撑架车3上水平移动；支撑架车3通过导轨34实现对喷管试验一体段1的移动方向的限位，能够对行走两侧方向进行定位。导轨34上设置限位块，保证喷管试验一体段1和出口法兰段2摆放时不滑出轨道

水平导向轮33可以升降调整，通过调整水平导向轮33、第一驱动轮组14、第三驱动轮组32和内型面提升机构24，实现喷管试验一体段1的入口端、出口法兰段2的轴向外端与风洞设备5匹配对准。

在装置结构刚强度和运行稳定性方面，风洞喷管试验段一体化装置，第一驱动轮组14、第二驱动轮组22和第三驱动轮组33均配置满足功率、转速、电压等性能指标的电机驱动系统，保证风洞喷管试验段一体化装置能够正常运行生产的需要，并满足风洞设备5的使用和安全要求。同时，风洞喷管试验段一体化装置，包括喷管试验一体段1、出口法兰段2、支撑架车3主体满足试验工况的结构刚度、强度和稳定性等力学性能要求，满足试验工况的工艺及装配精度等要求。

在进行某个马赫数的风洞吹风试验前，喷管试验一体段1与原有风洞设备5的前端和出口法兰段2的入口端均通过螺纹销4和螺栓等方式固定定位，出口法兰段2的出口端与原有风洞设备5的后端通过插拔销机构23进行固定连接；同时，调节出口法兰段2的内型面提升机构24与某个马赫数喷管试验一体段1的内型面板相匹配。不同马赫数喷管试验一体段1的内型面在出口端的高度和角度均不同，为了保证喷管试验一体段1和出口法兰段2之间不会出现明显干扰试验流场品质的逆台阶，需要操作内型面提升机构24到指定位置，与喷管试验一体段1内型面进行匹配。当完成某个马赫数的风洞吹风试验后，喷管试验一体段1和出口法兰段2通过第一驱动轮组14和第二驱动轮组22在所述支撑架车3的导轨上沿气流轴线方向来回定位行走。

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)

1.一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：包括喷管试验一体段(1)、出口法兰段(2)、支撑架车(3)、螺纹销(4)和风洞设备(5)；其中，支撑架车(3)水平放置在地面上；喷管试验一体段(1)水平放置在支撑架车(3)的上表面，且喷管试验一体段(1)的轴向与支撑架车(3)的长边方向相同；出口法兰段(2)同轴固定安装在喷管试验一体段(1)的轴向出口端；且出口法兰段(2)与喷管试验一体段(1)之间通过螺纹销(4)固定连接；风洞设备(5)分别同轴固定安装在喷管试验一体段(1)的轴向入口端和出口法兰段(2)的轴向外端；

所述的喷管试验一体段(1)为中空矩形结构；喷管试验一体段(1)包括内型面板(11)、2个水平壁板(12)、2个侧壁板(13)和第一驱动轮组(14)；其中，2个水平壁板(12)沿竖直方向上下放置；2个侧壁板(13)对称固定安装在2个水平壁板(12)的两侧；2个水平壁板(12)和2个侧壁板(13)围成中空环状结构；内型面板(11)分别固定安装在上方水平壁板(12)的下底面和下方水平壁板(12)的上底面；第一驱动轮组(14)固定安装在下方水平壁板(12)的下端。

2.根据权利要求1所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：通过更换内型面板(11)实现对不同流场马赫数进行风洞试验；风洞试验的流场马赫数范围为0.4-4.5。

3.根据权利要求2所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：所述出口法兰段(2)包括法兰段主体框架(21)、第二驱动轮组(22)、插拔销机构(23)和2个内型面提升机构(24)；其中，法兰段主体框架(21)为中空矩形结构；法兰段主体框架(21)同轴固定安装在喷管试验一体段(1)的轴向一端；第二驱动轮组(22)固定安装在法兰段主体框架(21)的底端；且第二驱动轮组(22)与支撑架车(3)的上表面接触；插拔销机构(23)固定安装在法兰段主体框架(21)顶部和下部；2个内型面提升机构(24)分别固定安装在法兰段主体框架(21)上下2个水平侧壁的内部。

4.根据权利要求3所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：出口法兰段(2)通过插拔销机构(23)与风洞设备(5)固定连接；通过调节上、下2个内型面提升机构(24)，实现出口法兰段(2)上下2个内侧壁与内型面板(11)匹配。

5.根据权利要求4所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：所述支撑架车(3)包括架车主体(31)、第三驱动轮组(32)、水平导向轮(33)和导轨(34)；其中，架车主体(31)水平放置；第三驱动轮组(32)和水平导向轮(33)均固定安装在架车主体(31)的底部；且第三驱动轮组(32)和水平导向轮(33)相隔分布；导轨(34)固定安装在架车主体(31)的顶部。

6.根据权利要求5所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：所述第一驱动轮组(14)与导轨(34)滑动接触，喷管试验一体段(1)通过第一驱动轮组(14)实现在支撑架车(3)上水平移动；支撑架车(3)通过导轨(34)实现对喷管试验一体段(1)的移动方向的限位。

7.根据权利要求6所述的一种大型风洞喷管试验段一体化装置，其特征在于：通过调整水平导向轮(33)、第一驱动轮组(14)、第三驱动轮组(32)和内型面提升机构(24)，实现喷管试验一体段(1)的入口端、出口法兰段(2)的轴向外端与风洞设备(5)匹配对准。

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