CN111426719A - 一种双模送进结构及基于该结构的模型热考核方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双模送进结构及基于该结构的模型热考核方法，双模送进结构包括导向条、双模支架、电动导轨、控制器和固定支架。双模支架是一个设置有两个安装孔位的可以同冷却水的支架，底端与电动导轨连接，在电动导轨的作用下可往复运动。固定支架与地面固定，顶部与电动导轨连接。控制器控制电动导轨移动，可以手动控制也可以根据事先设定运动方案自动运行。导向条一端固定在电弧风洞出口，另一端与双模支架通过凹槽方式连接。基于该结构本发明还提出模型热考核方法，本发明可以应用于高速飞行器防隔热材料气动热地面模拟试验中高精度测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种双模送进结构及基于该结构的模型热考核方法，应用于航天飞行器热防护材料地面考核试验。
背景技术
高速飞行器外防热材料进行热防护地面模拟试验时，通常在电弧风洞中利用电弧加热空气形成高温高速气流流过防热材料表面达到加热考核目的。
电弧风洞运行过程中由于电极缓慢的烧蚀，冷却设备热交换的平衡时间长导致多次试验时在同一输入条件下得到的高温高速气流的参数存在一定的波动，不过由于主要指标参数波动一般不超过±5％，能够满足常规防热材料考核需求，但是对于结构相似的材料精细比较试验，电弧风洞主要参数的波动范围就不能够满足要求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种双模送进支架，可以通过在一次试验过程中对两块模型进行切换考核，提高试验效率和试验精度，以满足当前防热材料高精度试验要求，应用于高速飞行器防隔热材料气动热地面模拟试验中高精度测量需求。
本发明的技术方案：
一种双模送进结构，包括：双模支架、电动导轨、固定支架、导向条和控制器；
双模支架通过用于导向和限位的导向条与风洞出口连接，双模支架底端与电动导轨连接，在电动导轨的带动下水平移动，电动导轨安装在固定支架上，固定支架安装在地面上，控制器控制电动导轨工作，进而驱动双模支架水平移动。
进一步的，电动导轨、与导向条平行。
进一步的，双模支架内部有管道结构，使得双模支架通过水冷方式进行散热。
进一步的，在控制器自动或人工控制下的电动导轨推动双模支架沿导向条在风洞出口平移。
进一步的，导向条与双模支架之间通过凹槽方式连接，通过凹槽结构限制双模支架运动方向。
进一步的，双模支架上设置有两个试验模型安装孔位，可同时安装两块试验模型，两个试验模型安装孔位相隔距离D>(1.2×模型特征长度L1+喷管特征长度L2)。
进一步的，喷管特征长度即为风洞出口的特征长度，该电弧风洞出口为喷管状结构。
进一步的，电动导轨距离风洞出口铅垂距离S1>3×(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。
进一步的，电动导轨距离风洞出口水平距离S2>(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。
进一步的，本发明还提出一种模型热考核方法，步骤如下：
(1)试验开始时，在风洞运行参数达到动态平衡之前，将两块模型放置在双模支架上的对应位置；
(2)控制器将两块模型平移至风洞出口外的区域；
(3)当风洞运行参数保持动态平衡以后，控制器将双模支架上的模型A平移至风洞出口，接受热考核；同时，双模支架通过水冷进行散热和冷却；
(4)达到试验目的以后通过控制器将模型A平移出风洞出口，将模型B平移至风洞出口，接受热考核，达到试验目的后停止试验；模型A和模型B进行热考核试验的时段选择为电弧风洞运行过程中动态平衡参数波动低于预设阈值的时段。
本发明与现有技术相比的优点如下：
(1)本发明设置了双模方式，导向条能够保证双模支架与风洞出口平滑连接，并能够保证双模支架沿固定方向滑动。本发明可以通过在一次试验过程中对两块模型进行切换考核，提高试验效率和试验精度，以满足当前防热材料高精度试验要求，应用于高速飞行器防隔热材料气动热地面模拟试验中高精度测量需求。试验证明，本发明但是对于精细模型的对比研究试验来说，双模的精度、试验效率均高于单模。
(2)设备运行由于达到热交换平衡以及电极损耗平衡需要较长的时间，通常情况要在20s后达到精度±10％的考核要求，80s后精度±5％的考核要求，对于精度要求±1％的考核要求至少需要200s，本装置在各参数完全稳定以后，在设备连续运行的条件下，依次对两块模型进行考核，其参数变化的相对值远小于±1％，能够满足精细的模型考核要求。
(3)在一次模型试验中，各个配套系统的准备工作占据了大量时间有时甚至需要数小时才能准备好，而关键的模型考核时间往往只有数分钟，双模支架含两个模型安装孔，能够在一次试验中按顺序进行两块模型的考核，节省了配套系统的准备时间节约了50％能源消耗，试验效率翻倍；
附图说明
图1为本发明的结构示意图视图一；
图2为本发明的结构示意图视图二。
具体实施方式
本发明涉及一种用于气动热防护地面模拟试验中的平板自由射流条件下的双模型烧蚀送进机构，应用于航天飞行器热防护材料地面考核试验，可以通过在一次试验过程中对两块模型进行切换考核，提高试验效率和试验精度。
如图1和图2所示，本发明提出一种双模送进结构，包括：双模支架1、电动导轨2、固定支架3、导向条4和控制器5；
双模支架1通过用于导向和限位的导向条4与风洞出口连接，双模支架1底端与电动导轨2连接，在电动导轨2的带动下水平移动，电动导轨2安装在固定支架3上，固定支架3安装在地面上，控制器5控制电动导轨2工作，进而驱动双模支架1水平移动。
电动导轨2、与导向条4平行。
双模支架1内部有管道结构，使得双模支架1通过水冷方式进行散热。
在控制器5自动或人工控制下的电动导轨2推动双模支架1沿导向条4在风洞出口平移。
导向条4与双模支架1之间通过凹槽方式连接，通过凹槽结构限制双模支架1运动方向。
进一步的，双模支架1上设置有两个试验模型安装孔位，可同时安装两块试验模型。喷管特征长度即为风洞出口的特征长度，该电弧风洞出口为喷管状结构。
为了防止正在进行考核的模型对等待考核的模型的影响，两块模型安装孔需要间隔一定的距离，距离越大，影响越小，但只由于考核设备的限制，两个模型该之间的距离不能设置太大，需要综合考虑，优选的，本发明两个试验模型安装孔位相隔距离D>(1.2×模型特征长度L1+喷管特征长度L2)，该距离的设定公式的优点是在尽可能小的距离内减少正在进行考核的模型对等待考核的模型的影响，对于常规情况下模型特征长度L1和喷管特征长度L2相差不大的情况下，该公式下的距离两块模型模型中心处的影响几乎可以忽略。通过仿真实验数据统计以及实际热考核试验，本发明上述设置方式能够达到最优的技术效果。
由于受到高温气流的影响，耐高温能力价差的电动导轨不能够太接近喷管出口，但是距离喷管出口太远对于设备的运行配合精度要求太高，调试时间太长，可靠性不高。进一步的，本发明将电动导轨(2)距离风洞出口铅垂距离设置为S1>3×(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。电动导轨(2)距离风洞出口水平距离S2>(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。上述距离的设置避开了高温流场的影响区域，有尽可能的降低了设备的运行配合精度。
工作原理：试验开始时，由于风洞需要运行一定的时间才能够达到平衡，在风洞运行参数达到动态平衡之前，将两块模型放置在双模支架上的对应位置，控制器将两块模型平移至风洞出口外的区域；
当风洞运行参数保持动态平衡以后，控制器将双模支架上的模型A平移至风洞出口，接受热考核；同时，双模支架通过水冷进行散热和冷却；达到试验目的以后通过控制器将模型A平移出风洞出口，将模型B平移至风洞出口，接受热考核，达到试验目的后停止试验；模型A和模型B进行热考核试验的时段选择为电弧风洞运行过程中动态平衡参数波动低于预设阈值的时段。
这样可以充分利用电弧风洞长时间运行过程中动态平衡参数波动极低的时段对精细模型进行热考核，使得本发明能够实现±1％范围内高精度测量要求。
本发明送进结构和方法，通过在一次长时间的试验中，在各项参数达到平衡状态时依次进行两块材料的热考核，能够有效的排除各类扰动带来的波动，极大的提高试验精度。
下面给出实施例：
风洞喷管出口尺寸为长180，高60；导向条尺寸长200，宽12，厚10由黄铜材质加工凹槽半径R10，凹槽内表面光洁度Ra1.6；钢制双模支架长600，宽200,高60，内含152×152模型安装孔位2个，用于安装150×150厚度小于60的平板模型，两个安装孔间距为375，安装孔内周向加工水冷通道用于保护支架，，水冷通道平面距离双模支架上表面10，，水冷通道直径为10，双模支架与导向条配合处为半圆形凸起，直径9.9，表面光洁度Ra1.6。
在一次防隔热材料考核试验中，两个安装中安装有同一类型的150×150×30的模型，试验进行时，首先电动导轨将模型支架移动至高温高速气流外的非考核区域，在200s后将第一块试验模型送入喷管出口中心的高温高速气流接受考核，测量表面温度，考核结束后快速将第二块的待考核模型送入喷管出口中心的高温高速气流接受相同的考核，第一块模型表面温度稳定后的平均值为1007.4℃，第二块模型表面温度稳定后的平均值为1000.8℃，相对误差仅为0.66％，也达到了设计的±1％的精度要求，作为对比，利用单模支架，两块相同的模型在两次试验中测得的表面温度稳定后的平均值分别为1024.1℃和998.2℃，相对误差为2.56％，，虽然满足±5％考核要求，但是对于精细模型的对比研究试验来说，双模的精度、试验效率均高于单模。
Claims (10)
1.一种双模送进结构，其特征在于包括：双模支架(1)、电动导轨(2)、固定支架(3)、导向条(4)和控制器(5)；
双模支架(1)通过用于导向和限位的导向条(4)与风洞出口连接，双模支架(1)底端与电动导轨(2)连接，在电动导轨(2)的带动下水平移动，电动导轨(2)安装在固定支架(3)上，固定支架(3)安装在地面上，控制器(5)控制电动导轨(2)工作，进而驱动双模支架(1)水平移动。
2.根据权利要求1所述的一种双模送进结构，其特征在于：电动导轨(2)、与导向条(4)平行。
3.根据权利要求1所述的一种双模送进结构，其特征在于：双模支架(1)内部有管道结构，使得双模支架(1)通过水冷方式进行散热。
4.根据权利要求1所述的一种双模送进结构，其特征在于：在控制器(5)自动或人工控制下的电动导轨(2)推动双模支架(1)沿导向条(4)在风洞出口平移。
5.根据权利要求1所述的一种双模送进结构，其特征在于：导向条(4)与双模支架(1)之间通过凹槽方式连接，通过凹槽结构限制双模支架(1)运动方向。
6.根据权利要求3所述的一种双模送进结构，其特征在于：双模支架(1)上设置有两个试验模型安装孔位，可同时安装两块试验模型，两个试验模型安装孔位相隔距离D>(1.2×模型特征长度L1+喷管特征长度L2)。
7.根据权利要求6所述的一种双模送进结构，其特征在于：喷管特征长度即为风洞出口的特征长度，该电弧风洞出口为喷管状结构。
8.根据权利要求7所述的一种双模送进结构，其特征在于：电动导轨(2)距离风洞出口铅垂距离S1>3×(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。
9.根据权利要求7所述的一种双模送进结构，其特征在于：电动导轨(2)距离风洞出口水平距离S2>(模型特征长度L1+喷管特征长度L2)/2。
10.一种根据权利要求1所述的双模送进结构实现的模型热考核方法，其特征在于步骤如下：
(1)试验开始时，在风洞运行参数达到动态平衡之前，将两块模型放置在双模支架上的对应位置；
(2)控制器将两块模型平移至风洞出口外的区域；
(3)当风洞运行参数保持动态平衡以后，控制器将双模支架上的模型A平移至风洞出口，接受热考核；同时，双模支架通过水冷进行散热和冷却；
(4)达到试验目的以后通过控制器将模型A平移出风洞出口，将模型B平移至风洞出口，接受热考核，达到试验目的后停止试验；模型A和模型B进行热考核试验的时段选择为电弧风洞运行过程中动态平衡参数波动低于预设阈值的时段。
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