CN108692909B - 一种对风洞天平进行隔热防护的水冷结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对风洞天平进行隔热防护的水冷结构，包括支杆和与支杆连接的杆式天平，所述杆式天平上套有水冷套，所述支杆内沿着其轴线方向设置有两路水路，所述杆式天平的非测量元件区设置有两路水路与支杆的两路水路相对应，所述杆式天平上的两路水路通过波纹管连接到水冷套上，冷水在水路内循环流动；本发明能够同时对天平和支杆进行水冷，对影响天平温度变化的热传导和热辐射均有防护效果；支杆外表面对支杆进行水冷的方法与传统的水冷环方法相比隔热效果更加显著。

Description

一种对风洞天平进行隔热防护的水冷结构

技术领域

本发明属于航空航天测力实验气动力测量技术领域，尤其是涉及高超声速风洞试验天平隔热防护领域。

背景技术

天平和支杆的隔热防护工作在风洞测力试验中具有重要意义。特别在高超声速风洞试验中，由于风洞试验段环境温度很高，天平温度效应明显，对天平和支杆进行隔热防护尤为重要。风洞试验中天平热量来源主要有三个方面：第一是模型受热后在模型和天平之间发生热传导；第二是支杆受热后在支杆与天平之间发生热传导；第三是天平受到的热辐射。传统的降低天平温度的装置有两类：一类是利用隔热套（主要成分为玻璃纤维）减少模型与天平间的热传导和天平受到的热辐射，同时利用水冷环和相应的进出水水路降低支杆温度，从而减少支杆与天平间的热传导。由于隔热套厚度受到模型内腔和天平尺寸的限制，通常情况下只能设计为2-4mm左右，隔热效果不理想，特别在连续多次风洞试验后，隔热套温度逐渐升高，隔热效果明显下降。支杆水冷方面，由于水冷环安装在支杆中心孔中，通水面积小，在降低支杆外表面的热传导方面效果有限。另一类装置是通过水冷套和相应的进出水水路减小模型和天平间的热传导和天平受到的热辐射。进出水水路由两根铜管构成，设置在支杆中心孔中，由于支杆中心孔尺寸限制，现有方法无法同时安装水冷套和水冷环，导致支杆与天平间的热传导不能得到有效的抑制。此外，传统水冷套内部水路采用直线型结构，通水面积较小，也在一定程度上影响水冷效果。

发明专利：一种水冷天平（2014104506883）公开了一种在天平内设置进出水路，通过从天平的端部将水引入到水冷套中，再通过水冷套将水循环后从天平内部水路引出。这种设计从理论上来讲是非常优秀的设计，但是在实际工程应用中，除了极个别的特大型天平能够在天平内设置水道以外，一般的杆式天平因为测量元件尺寸的原因是无法进行打孔的。导致该专利中的方案存在无法实施的可能。

发明内容

本发明的目的是克服现有的技术缺陷，仍然通过传统的水冷套方式给天平降温，但是采用特殊结构，在给天平降温的同时给支杆进行降温，实现天平与支杆同步降温。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种对风洞天平进行隔热防护的水冷结构，包括支杆和与支杆连接的杆式天平，所述杆式天平上套有水冷套，所述支杆内沿着其轴线方向设置有两路水路，所述杆式天平的非测量元件区设置有两路水路与支杆的两路水路相对应，所述杆式天平上的两路水路通过波纹管连接到水冷套上，冷水在水路内循环流动。

在上述技术方案中，所述支杆上的两路水路的两端分别设置在支杆的两个端面上，所述杆式天平上的两路水路的一端设置在杆式天平的连接端面上，杆式天平的水路与支杆的水路连通。

在上述技术方案中，所述支杆上的两路水路，每一路水路的出水口与进水口均同轴设置。

在上述技术方案中，所述支杆上的每一路水路的进水口与出水口与支杆的轴线平行。

在上述技术方案中，支杆内的一路水路采用直孔从杆身一端到另一端，另一条水路通过直孔和缠绕着支杆杆身的螺旋管道从支杆一端到另一端。

在上述技术方案中，所述两路水路为相互独立的密封水路。

在上述技术方案中，所述密封水路包括在支杆内加工直孔或者在支杆杆身上通过机加工铣削出螺旋形水槽，在螺旋形水槽表面通过焊接覆盖密封盖板。

在上述技术方案中，所述水冷套内的水道为双螺旋结构，水道从水冷套的一端延伸到另一端的锥部。

本发明的工作原理是：采用支杆加工孔作为天平和支杆水冷的进出水水路，采用单螺旋形和双螺旋形结构分别构成支杆和水冷套内部水路结构，通过支杆表面水冷和天平水冷套水冷相结合的方式达到同时对天平与支杆进行隔热防护的目的，通过波纹管消除天平与支杆间通水产生的力影响。具体来讲，水流进入进水孔后，先进入双螺旋结构的水冷套对天平进行水冷，然后通过支杆内部水路进入支杆螺旋形水路对支杆进行水冷，在流速合理的情况下，可以在保证天平隔热效果的同时有效减少支杆与天平间的热传导。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

一是能够同时对天平和支杆进行水冷，对影响天平温度变化的热传导和热辐射均有防护效果；

二是在支杆外表面对支杆进行水冷的方法与传统的水冷环方法相比隔热效果更加显著；

三是采用支杆上直接打孔通水的方式能够避免因水管破裂而造成天平电路损坏；

四是水冷套内部水路采用双螺旋形结构，增大了水流面积，有助于提高水冷效果。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的一种对风洞天平进行隔热防护的装置水路示意图；

图2是本发明的一种对风洞天平进行隔热防护的装置装配示意图；

其中：1是支杆进水孔，2是密封圈，3是天平进水孔，4是波纹管，5是水冷套双螺旋水槽，6是天平出水孔，7是支杆水路连接孔，8是支杆单螺旋形水槽，9是支杆出水孔，10是水冷套外套，11是水冷套内套，12是天平，13是不锈钢管，14是拐头，15是连接管，16是支杆密封盖板， 17是密封垫，18是支杆。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1-2所示，举例阐释对风洞天平进行隔热防护的水冷装置，根据试验气动载荷估算，设计一个直径为36mm的支杆，支杆中心设在有直径为8mm的走线通孔。

首先在支杆的一个端部设置进水口，进水口沿着支杆的轴线设置，并且其进水口不与支杆的轴线重合，而是与轴线平行，进水口的直径设置为4mm。与该进水口对应的在支杆的另一端上设置为出水口，出水口与进水口的轴线重合。在整个支杆上设置有两路这样的进出水口，两路呈中心对称分布在支杆内。

在支杆上的进水口与出水口之间设置有用于冷却的水路，水路不采用传统的水冷环，可以采用在支杆内直接铣削出水路；为了具有更大的散热面积，因此水路采用螺旋结构，也就是从一端开始缠绕着支杆表面旋转到另一端。支杆上有两路水路，可以采用从一端到另一端的直孔结合缠绕杆身的单螺旋结构，也可以采用双螺旋结构。在设计中尽量增大螺旋结构长度，提高散热效果。

杆式天平在非测量元件区上设置有两路水道，一路进水道一路出水道，当杆式天平与支杆连接后，其支杆端面的进水口和出水口就各自对应到杆式天平端面上的进水道和出水道，而最终的效果就是杆式天平内的水道需要与支杆上的进水口和出水口处于同一轴线上。在杆式天平上的出水口和进水口处通过波纹管连接到水冷套上。

水冷套长度与杆式天平长度接近，由外套和内套焊接形成，为了确保水冷套具有最大的散热效果，在外套与内套之间设置的水道采用双螺旋结构，使得整个水道完全覆盖住水冷套；而且水冷套内的水道从进水口处沿着其轴线一直延伸到水冷套前端锥部，达到减少模型与天平之间的热传导作用和天平受到的热辐射作用的目的。水冷套与两根不锈钢管焊接连通后，再与两组波纹管粘接，通过拐头与天平进出水孔连接。

支杆表面的螺旋水路结构其水槽的深度为3mm，直接通过机床铣削出来，然后在水槽的上方覆盖一层厚度为0.5mm的密封垫，然后在密封垫上覆盖一层金属的密封盖板，通过焊接的方式将密封盖板与支杆焊接，从而使得支杆上的单路螺旋水路为独立的封闭水路。

整个支杆与杆式天平连接好后，由支杆一端的端面的进水口注入冷水，冷水沿着支杆内的直孔从支杆另一端端面的出水口流入杆式天平的进水口，杆式天平的出水口上通过波纹管流入到水冷套，冷水在水冷套的双螺旋水路里循环流过后从出水口流入到杆式天平的另一路水路的进水口，水从杆式天平的另一路水路的出水口流出进入支杆连接端面的进水口，然后在通过螺旋结构从支杆的出水口流出。整个冷水就在两路水路里通过水冷套后不停的循环流动，对天平和支杆同时进行降温，减小天平体温度变化。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (1)

1.一种对风洞天平进行隔热防护的水冷结构，包括支杆和与支杆连接的杆式天平，所述杆式天平上套有水冷套，其特征在于：

支杆上设置有两条水路，每条水路的进水口和出水口各自设置在支杆的两个端面上，每条水路包括在支杆表面铣削而成连接进水口和出水口的水槽以及设置在水槽上的密封盖板，两条水路为独立的封闭水路，

杆式天平的非测量元件区上设置有两路水道，当杆式天平与支杆连接后，两路水道的一端各自与支杆上的一条水路独立连接，两路水道的另一端各自通过波纹管连接到水冷套内中水道的两端，

冷水从支杆端部进入依次通过支杆上的水路、天平的水道、进入水冷套内循环后流出，再依次通过天平的另一水道、支杆上的另一个水路流出支杆；

至少有一条水路呈螺旋状缠绕在支杆上，水冷套内的水道为双螺旋结构，水道从水冷套的一端延伸到另一端的锥部；

所述支杆上的两条水路，每一条水路的出水口与进水口均同轴设置，每一条进水口与出水口与支杆的轴线平行。