CN109799055A - 可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，应用在风洞实验装置领域，包括激波风洞；激波风洞包括爆轰驱动段和卸爆段，在爆轰驱动段和卸爆段之间安装有卸爆节流装置；卸爆节流装置靠近卸爆段的一侧还设置有膜片，卸爆节流装置包括同心贴合设置的具有一定厚度的固定板和活动板；活动板可绕其与固定板共同的轴心处转动，并可在压紧机构的作用下锁紧贴合于固定板靠近爆轰驱动段一侧；固定板和活动板上沿轴向开设有若干孔位完全相同的通孔。本发明可实现用一套装置就可以根据实验需要自行调节激波风洞卸爆段的卸爆效能，且调节过程均匀连续，即有利于降低实验器材成本，又能够适用不同的卸爆实验环境，提高实验效率。

Description

可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置

技术领域

本发明涉及风洞实验装置领域，具体涉及一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置。

背景技术

高超声速飞行器研制过程中，需要大量的地面模拟实验，以获取飞行器气动力和推进性能数据。脉冲型激波风洞是利用非定常激波压缩产生高温高压气体的一种试验设备，在高超声速流动模拟中具有重要的作用。其中爆轰驱动激波风洞是利用可燃气体爆轰产生非定常激波的方式，具有运行成本低的特点。

爆轰驱动激波风洞运行中，气体爆轰产生很强的激波，其在驱动段端壁上反射会严重影响风洞试验时间，通常采用卸爆段来吸收爆轰的能量，以满足试验时间的需求，这种方法已经在爆轰驱动激波风洞中得到了广泛的应用。

然而，爆轰激波风洞中使用卸爆段后，会产生一系列快速传播的稀疏波向激波风洞驱动段传播，使驱动气体的压力迅速地降低，同样影响风洞试验时间。

为解决该问题，专利CN102384834B所述的爆轰驱动激波风洞卸爆装置公开了两种用于调节卸流量的结构，一种是开设有通孔的厚板配合膜片的方式，另一种是具有流动喉道的拉瓦尔喷管配合膜片的方式。以上两种方式都存在一个共同的问题：无法实现卸爆效能连续均匀的调节。即是，就该专利记载的方案，若要调节卸流量，则要么更换具有不同开孔占比的厚板，要么更换不同直径的流动喉道的拉瓦尔喷管。试验过程中购置或加工不同规格的厚板或拉瓦尔喷管本身不现实，且试验成本急剧增高，同时更换过程也麻烦，更换不同的厚板或拉瓦尔喷管也无法实现卸爆效能的连续调节，也更谈不上可以实现连续均匀的调节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，用一套装置就可以根据实验需要自行调节激波风洞卸爆段的卸爆效能，且调节过程均匀连续，即有利于降低实验器材成本，又能够适用不同的卸爆实验环境，提高实验效率。

为实现上述目，本发明提供如下技术方案：

一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，包括激波风洞；所述激波风洞包括爆轰驱动段和卸爆段，在爆轰驱动段和卸爆段之间安装有卸爆节流装置；所述卸爆节流装置靠近卸爆段的一侧还设置有膜片，所述卸爆节流装置包括同心贴合设置的具有一定厚度的固定板和活动板；所述活动板可绕其与固定板共同的轴心处转动，并可在压紧机构的作用下锁紧贴合于固定板靠近爆轰驱动段一侧；所述固定板和活动板上沿轴向开设有若干孔位完全相同的通孔；对于单个固定板/活动板而言，所述通孔有n组，每一组具有m个，相邻组之间沿固定板/活动板盘面周向间隔360/n度，每一组的m个通孔的圆心在固定板/活动板的同一径向线上，且每一组的m个通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大，每一组的m个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转180/n度后，m个通孔都能与旋转180/n度之前的位置相切。

优选的，所述膜片包括一体成型的平直段和拱形段；所述平直段与固定板贴合，共同被压紧固定于爆轰驱动段和卸爆段之间；所述拱形段截面呈向卸爆段一侧凸出的弧形结构。

优选的，所述膜片上沿拱形段中央至平直段开设有多条撕裂槽。

优选的，所述多条撕裂槽呈十字型或米字型。

优选的，所述撕裂槽深度由拱形段中央至平直段逐渐变浅，在拱形段和平直段交接处撕裂槽深度趋紧于零。

优选的，所述压紧机构包括连为一体的圆形把手、压盘和螺纹柱；所述螺纹柱表面具有外螺纹，且其轴心与固定板/活动板的轴心重叠；所述固定板和活动板在其轴心处开设有供螺纹柱穿设的装配孔，且固定板在其装配孔处开设有与螺纹柱表面的外螺纹匹配的内螺纹；所述压盘直径大于螺纹柱及装配孔的直径。

优选的，所述膜片的平直段与卸爆段之间开设有阻尼槽；所述阻尼槽内嵌设有尺寸与其匹配的阻尼环。

优选的，所述爆轰驱动段和卸爆段的内径大于活动板外径，且小于固定板外径。

如上所述，本发明的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，具有以下有益效果：实现用一套装置就可以根据实验需要自行调节激波风洞卸爆段的卸爆效能，且调节过程均匀连续，即有利于降低实验器材成本，又能够适用不同的卸爆实验环境，提高实验效率。

附图说明

为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。

图1为本发明剖面图；

图2为活动板上通孔与固定板上通孔完全错开时状态示意图；

图3为活动板上通孔与固定板上通孔部分重叠时状态示意图；

图4为活动板上通孔与固定板上通孔完全重叠时状态示意图；

图5为膜片结构俯视图；

图6为图5中膜片结构剖面图。

附图标记：爆轰驱动段1、卸爆段2、膜片3、平直段31、拱形段32、撕裂槽33、固定板4、活动板5、通孔6、圆形把手7、压盘8、螺纹柱9、内螺纹10、阻尼环11、激波风洞100。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1，一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，包括激波风洞100；所述激波风洞100包括爆轰驱动段1和卸爆段2，在爆轰驱动段1和卸爆段2之间安装有卸爆节流装置；所述卸爆节流装置靠近卸爆段2的一侧还设置有膜片3，所述卸爆节流装置包括同心贴合设置的具有一定厚度的固定板4和活动板5；所述活动板5可绕其与固定板4共同的轴心处转动，并可在压紧机构的作用下锁紧贴合于固定板4靠近爆轰驱动段1一侧；所述固定板4和活动板5上沿轴向开设有若干孔位完全相同的通孔6，其中固定板4上通孔6为虚线，活动板5上的通孔6为实线，参见图2～4；对于单个固定板/活动板而言，所述通孔有n组，每一组具有m个，相邻组之间沿固定板/活动板盘面周向间隔360/n度，每一组的m个通孔的圆心在固定板/活动板的同一径向线上，且每一组的m个通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大，每一组的m个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转180/n度后，m个通孔都能与旋转180/n度之前的位置相切。

在本实施例中，n＝6,m＝3，即是对于单个固定板/活动板而言，通孔有6组，每一组具有3个，结合图3中，活动板5上的A、B、C三个通孔为一组，固定板4上的a、b、c三个通孔为一组，其中A-a、B-b,C-c通孔一一对应；相邻组之间沿固定板/活动板盘面周向间隔60度，每一组的3个通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大，且每一组的3个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转30度后，3个通孔都能与旋转30度之前的位置相切。

当爆轰产生的高压气流由爆轰驱动段1向卸爆段2流动时，气流经过固定板4和活动板5上的通孔6，再将膜片3冲破，具有通孔6的固定板4和活动板5配合膜片3起到了调节卸流量的作用。

当需要调节激波风洞卸爆段的卸爆效能的时候，只需松开压紧机构的压紧作用，本实施例中，压紧机构包括连为一体的圆形把手7、压盘8和螺纹柱9；所述螺纹柱9表面具有外螺纹，且其轴心与固定板4/活动板5的轴心重叠；所述固定板4和活动板5在其轴心处开设有供螺纹柱9穿设的装配孔，且固定板4在其装配孔处开设有与螺纹柱9表面的外螺纹匹配的内螺纹10；所述压盘8直径大于螺纹柱9及装配孔的直径，以确保压盘8能将活动板5有效压紧于固定板4，因此松开压紧机构的过程为通过圆形把手7旋出部分螺纹柱9，降低压盘8对活动板5的压紧作用。此时可以根据实验需要，自由旋转活动板5，活动板5上的通孔6与固定板上的通孔6具有一定叠加，如图3，那么叠加部分的面积总和代表了卸爆段的卸爆效能；最大卸爆效能则如图4的情形，活动板上通孔与固定板上通孔完全重叠；最小卸爆效能则如图2的情形，活动板上通孔与固定板上通孔完全错开，此时爆轰驱动段1和卸爆段2被固定板4和活动板5完全隔开，实际不具备卸爆功能，当然这只是一种极端情况，实质上本装置可以在“0～最大卸爆效能”之间实现自由调节，最大卸爆效能可由活动板上与固定板上通孔完全重叠时的总面积/爆轰驱动段或卸爆段内通道总面积确定，这个比值可以控制在55～65％之间。而“每一组的m个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转180/n度后，m个通孔都能与旋转180/n度之前的位置相切”的设置，也是为了实现活动板上通孔与固定板上通孔可以完全错，以将最小卸爆效能设置为理想状态“0”。

本装置除了实现卸爆效能的自由调节外，另一创新点在于通过固定板4和活动板5上通孔的结构特点，实现调节过程的均匀连续。结合图2、3、4，由于同一组的通孔A、B、C的圆心在同一径向线上，通孔a、b、c与其一一对应，同一组的3个通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大，并且每一组的3个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转30度后，3个通孔都能与旋转30度之前的位置相切，即由图4中通孔完全重叠(最大卸爆效能)至图2中通孔完全遮挡(最小卸爆效能)只需旋转活动板30度，那么，在单位时间Δt内，通孔A旋入通孔a叠加的面积ΔSA占通孔A或a面积的比例，与通孔B旋入通孔b叠加的面积ΔSB占通孔B或b面积的比例，及通孔C旋入通孔c叠加的面积ΔSC占通孔C或c面积的比例，是完全相同的，并且，单位时间Δt内叠加面积的改变总量ΔS＝ΔSA+ΔSB+ΔSC也是恒定不变的，因此，在旋转活动板0～30度这个过程中，卸爆段由最大卸爆效能调节至最小卸爆效能这个过程，也一定是均匀连续的。

综上，本发明可以实现用一套装置就可以根据实验需要自行调节激波风洞卸爆段的卸爆效能，且调节过程均匀连续，即有利于降低实验器材成本，又能够适用不同的卸爆实验环境，提高实验效率。

进一步的，本实施例采用的膜片3包括一体成型的平直段31和拱形段32；所述平直段31与固定板4贴合，共同被压紧固定于爆轰驱动段1和卸爆段2之间；所述拱形段32截面呈向卸爆段2一侧凸出的弧形结构，由于气流是由爆轰驱动段1向卸爆段2流动，因此拱形段32向卸爆段2一侧凸出，且弧形结构避免了气流与膜片3的垂直碰撞，即可以将冲击力分散，可在一定程度上减少膜片被冲破后产生的碎片数量。

进一步的，本实施例采用的膜片3上沿拱形段32中央至平直段31开设有多条撕裂槽33，撕裂槽33对于膜片3受气流冲击后破损的过程具有引导的作用，即是膜片会优先沿撕裂槽33方向破裂，降低膜片受气流冲击后不规则破裂的可能，进一步减少膜片碎片的数量。

进一步的，本实施例采用的多条撕裂槽33呈十字型，如图5，当然也可以呈米字型或其他由中央向周向发散的形状。

进一步的，本实施例采用的撕裂槽33深度由拱形段32中央至平直段31逐渐变浅，即拱形段32中央处撕裂槽33最深，在拱形段32和平直段31交接处撕裂槽33深度趋紧于零，如图6，该结构设计是特定基于本实施例中，同一组的通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大的特点设计，即是越靠近固定板4/活动板5中央处通孔尺寸越小，越远离固定板4/活动板5中央处通孔尺寸越大，因此在气流压强一定的情况下，膜片的拱形段32中央受到的冲击压力会最小，拱形段32越靠近平直段31受到的冲击压力会越大。因此撕裂槽33深度的如上设置，即大冲击力处配浅撕裂槽，小冲击力处配深撕裂槽，更有助于保持膜片沿撕裂槽被撕裂时的受力均衡性，进一步减少膜片碎片的数量。

进一步的，本实施例采用的膜片3的平直段31与卸爆段2之间开设有阻尼槽；所述阻尼槽内嵌设有尺寸与其匹配的阻尼环11，如图1，由于气流是由爆轰驱动段1向卸爆段2流动，因此膜片3与卸爆段2之间具有更大的压迫振动力，阻尼环11具有减震作用，可减轻膜片3(及固定板4)对卸爆段2的压迫振动，提高卸爆段2的稳定性，由于卸爆段2是与爆轰驱动段1连通的，因此间接的也提高了爆轰驱动段1的稳定性。

进一步的，本实施例采用的爆轰驱动段1和卸爆段2的内径大于活动板5外径，且小于固定板4外径，如图1，该设计的目的是仅将固定板4和膜片固定于爆轰驱动段1和卸爆段2之间，而不把活动板5固定于爆轰驱动段1和卸爆段2之间，少一个固定在爆轰驱动段1和卸爆段2之间的结构，也有助于提高爆轰驱动段1和卸爆段2连接的稳定性；同时活动板5不被夹紧固定于爆轰驱动段1和卸爆段2之间，也方便活动板5的随意旋转调节(而不用拆开爆轰驱动段1和卸爆段2之间的连接)。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，包括激波风洞；所述激波风洞包括爆轰驱动段和卸爆段，在爆轰驱动段和卸爆段之间安装有卸爆节流装置；所述卸爆节流装置靠近卸爆段的一侧还设置有膜片，其特征在于：所述卸爆节流装置包括同心贴合设置的具有一定厚度的固定板和活动板；所述活动板可绕其与固定板共同的轴心处转动，并可在压紧机构的作用下锁紧贴合于固定板靠近爆轰驱动段一侧；所述固定板和活动板上沿轴向开设有若干孔位完全相同的通孔；对于单个固定板/活动板而言，所述通孔有n组，每一组具有m个，相邻组之间沿固定板/活动板盘面周向间隔360/n度，每一组的m个通孔的圆心在固定板/活动板的同一径向线上，且每一组的m个通孔沿固定板/活动板径向向外孔径逐渐变大，每一组的m个通孔的孔径满足在其绕固定板/活动板轴心旋转180/n度后，m个通孔都能与旋转180/n度之前的位置相切。

2.根据权利要求1所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述膜片包括一体成型的平直段和拱形段；所述平直段与固定板贴合，共同被压紧固定于爆轰驱动段和卸爆段之间；所述拱形段截面呈向卸爆段一侧凸出的弧形结构。

3.根据权利要求2所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述膜片上沿拱形段中央至平直段开设有多条撕裂槽。

4.根据权利要求3所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述多条撕裂槽呈十字型或米字型。

5.根据权利要求3或4所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述撕裂槽深度由拱形段中央至平直段逐渐变浅。

6.根据权利要求1所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述压紧机构包括连为一体的圆形把手、压盘和螺纹柱；所述螺纹柱表面具有外螺纹，且其轴心与固定板/活动板的轴心重叠；所述固定板和活动板在其轴心处开设有供螺纹柱穿设的装配孔，且固定板在其装配孔处开设有与螺纹柱表面的外螺纹匹配的内螺纹；所述压盘直径大于螺纹柱及装配孔的直径。

7.根据权利要求2所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述膜片的平直段与卸爆段之间开设有阻尼槽；所述阻尼槽内嵌设有尺寸与其匹配的阻尼环。

8.根据权利要求1所述的可连续均匀调节卸爆效能的激波风洞卸爆装置，其特征在于：所述爆轰驱动段和卸爆段的内径大于活动板外径，且小于固定板外径。