CN111442899A - 连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置。该装置包括水平距离调节机构和滑动机构；水平距离调节机构安装在扩压器等直段上、在扩压器等直段周向均匀分布；滑动机构为竖直安装的调节杆，调节杆的下端固定在扩压器收缩段，调节杆的上端吊挂在固定在试验段上壁面的水平导轨上，调节杆沿水平导轨前后移动，带动水平距离调节机构前后移动，调整扩压器收缩段与喷管之间的距离△d。本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置结构简单，制造成本低；使用过程便利、高效、安全，能够大幅缩短调整时间，提高试验准备效率；扩压器与喷管距离的调节范围大，能够灵活适应风洞试验需求。

Description

连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置

技术领域

本发明属于高超声速风洞设备技术领域，具体涉及连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置。

背景技术

高超声速自由射流风洞扩压器的主要作用是将喷管出口的高超声速气流减速增压以提高扩压器出口静压，隔离扩压器下游背压对风洞流场带来的影响，维持风洞的正常运行。高超声速自由射流风洞扩压器通常设计成“收缩段-等直段-扩张段”的组合形式。

对于高超声速自由射流风洞，喷管位于试验段的前端，扩压器位于试验段的后端，喷管出口与扩压器入口之间的距离为△d；风洞试验模型安装在喷管出口与扩压器收缩段入口之间，在高超声速自由射流风洞开展试验时，为满足不同长度模型安装以及模型姿态调整等要求，需要对△d进行调整。由于喷管和扩压器的安装位置是固定的，无法通过整体移动喷管或者扩压器实现△d的调整，传统的调整方法是为扩压器等直段配置不同长度的调节段，通过安装或者拆卸不同长度的调节段实现△d的调整。

传统的调整方法存在以下不足：

1)进行喷管出口与扩压器入口之间的距离△d调整时，需要在不同位置安装吊具，完成扩压器相关部件的拆卸和安装，耗时耗力；

2)调整位置为离散点，不能实现△d的连续调整；

3)为满足△d的不同要求，需要配置很多段不同长度的调节段，成本较高；

4)受试验段内部空间限制，用于更换的调节段不能存放在试验段内，因此每次进行调整时，需要工作人员将调节段从试验段运进运出，运输过程费时费力并存在一定的安全隐患。

当前，亟需发展一种专用的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置。

本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特点是，所述的装置包括水平距离调节机构和滑动机构；

水平距离调节机构安装在扩压器等直段上、在扩压器等直段周向均匀分布；

滑动机构为竖直安装的调节杆，调节杆的下端固定在扩压器收缩段，调节杆的上端吊挂在固定在试验段上壁面的水平导轨上，调节杆沿水平导轨前后移动，带动水平距离调节机构前后移动，调整扩压器收缩段与喷管之间的距离△d。

所述的水平距离调节机构包括内套筒段和套装在内套筒段上的外套筒段，内套筒段和外套筒段之间通过密封圈密封；内套筒段通过法兰Ⅰ与扩压器收缩段连接，外套筒段通过法兰Ⅱ与扩压器等直段连接，法兰Ⅰ的周向上开有通孔Ⅰ，法兰Ⅱ的周向上开有对应的通孔Ⅱ；螺纹杆穿过对应的通孔Ⅰ和通孔Ⅱ，螺纹杆的两端采用调节螺母分别固定在法兰Ⅰ和法兰Ⅱ上。

所述的滑动机构的轨轮通过轴承固定在上拉杆的顶端，轨轮吊挂水平导轨上并沿水平导轨前后移动；下拉杆的下端通过轴销固定在底座上，底座固定在扩压器收缩段上；上拉杆和下拉杆之间采用螺母套连接，旋转下拉杆实现上拉杆和下拉杆之间距离的调整。

所述的水平导轨为“工”字型导轨，水平导轨的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的外套筒段内径与扩压器等直段内径相同；内套筒段外径比外套筒段内径略小，内套筒段外径和外套筒段内径的圆度均小于1mm，内套筒段外壁面和外套筒段内壁面的粗糙度均优于μ3.2，便于内套筒段伸入外套筒段和扩压器等直段内，并在外套筒段和扩压器等直段内顺滑移动；内套筒段的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的螺纹杆的螺纹长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的螺纹杆的两端采用两个反向的调节螺母进行定位和锁紧。

所述的螺纹杆的材质为合金钢，包括30CrMoSi2、F141或20MoMuNb中的一种。

所述的密封圈的材质为塑料，包括聚四氟乙烯、硅橡胶或氟橡胶中的一种。

所述的底座焊接在扩压器收缩段和内套筒段的重心位置。

本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置通过螺母套实现上拉杆和下拉杆之间的连接；通过旋转下拉杆实现上拉杆和下拉杆之间距离的调整，保证水平距离调节机构前后移动过程顺滑；在水平距离调节机构移动到位后，再次调整上拉杆和下拉杆之间的距离，保证扩压器与喷管的中心轴线位于同一直线上。

本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的底座焊接在扩压器收缩段和内套筒段的重心位置，能够保证水平距离调节机构前后移动过程中在扩压器收缩段和内套筒段重力平衡。

本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的螺纹杆要具有足够的结构强度，建议螺纹杆的材质为30CrMoSi2、F141或20MoMuNb等高强度合金钢。

本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置结构简单，制造成本低；使用过程便利、高效、安全，能够大幅缩短调整时间，提高试验准备效率；扩压器与喷管距离的调节范围大，能够灵活适应风洞试验需求。

附图说明

图1为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置示意图；

图2为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置局部放大图；

图3为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的滑动机构与导轨连接示意图；

图4为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的内套筒段和外套筒段连接示意图(前位)；

图5为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的内套筒段和外套筒段连接示意图(后位)；

图6为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的内套筒段与外套筒段密封圈安装图；

图7a为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的法兰Ⅰ示意图；

图7b为本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的法兰Ⅱ示意图。

图中，1.扩压器收缩段 2.扩压器等直段 3.法兰Ⅰ 4.喷管 5.试验段 6.法兰Ⅱ7.通孔Ⅰ8.滑动机构 9.水平导轨 10.内套筒段 11.螺纹杆 12.外套筒段 13.密封圈 14.调节螺母 15.通孔Ⅱ；

801.轨轮 802.轴承 803.上拉杆 804.螺母套 805.下拉杆 806.轴销 807.底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1、图2所示，本发明的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置包括水平距离调节机构和滑动机构8；

水平距离调节机构安装在扩压器等直段2上、在扩压器等直段2周向均匀分布；

如图3所示，滑动机构8为竖直安装的调节杆，调节杆的下端固定在扩压器收缩段1，调节杆的上端吊挂在固定在试验段5上壁面的水平导轨9上，调节杆沿水平导轨9前后移动，带动水平距离调节机构前后移动，调整扩压器收缩段1与喷管4之间的距离△d。

如图4～图6、图7a、7b所示，所述的水平距离调节机构包括内套筒段10和套装在内套筒段10上的外套筒段12，内套筒段10和外套筒段12之间通过密封圈13密封；内套筒段10通过法兰Ⅰ3与扩压器收缩段1连接，外套筒段12通过法兰Ⅱ6与扩压器等直段2连接，法兰Ⅰ3的周向上开有通孔Ⅰ7，法兰Ⅱ6的周向上开有对应的通孔Ⅱ15；螺纹杆11穿过对应的通孔Ⅰ7和通孔Ⅱ15，螺纹杆11的两端采用调节螺母14分别固定在法兰Ⅰ3和法兰Ⅱ6上。

所述的滑动机构8的轨轮801通过轴承802固定在上拉杆803的顶端，轨轮801吊挂水平导轨9上并沿水平导轨9前后移动；下拉杆805的下端通过轴销806固定在底座807上，底座807固定在扩压器收缩段1上；上拉杆803和下拉杆805之间采用螺母套804连接，旋转下拉杆805实现上拉杆803和下拉杆805之间距离的调整。

所述的水平导轨9为“工”字型导轨，水平导轨9的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的外套筒段12内径与扩压器等直段2内径相同；内套筒段10外径比外套筒段12内径略小，内套筒段10外径和外套筒段12内径的圆度均小于1mm，内套筒段10外壁面和外套筒段12内壁面的粗糙度均优于μ3.2，便于内套筒段10伸入外套筒段12和扩压器等直段2内，并在外套筒段12和扩压器等直段2内顺滑移动；内套筒段10的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的螺纹杆11的螺纹长度大于所需的水平调节行程距离△L。

所述的螺纹杆11的两端采用两个反向的调节螺母14进行定位和锁紧。

所述的螺纹杆11的材质为合金钢，包括30CrMoSi2、F141或20MoMuNb中的一种。

所述的密封圈13的材质为塑料，包括聚四氟乙烯、硅橡胶或氟橡胶中的一种。

所述的底座807焊接在扩压器收缩段1和内套筒段10的重心位置。

实施例1

本实施例的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置安装在某高超声速风洞中，实现了扩压器入口与喷管出口距离在1.1m～1.8m范围内连续可调。

本实施例的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置中的螺纹杆11有4根，调节螺母14有16个。

具体工作过程如下：

a.根据风洞试验的需要，确定扩压器入口与喷管出口距离△d，测量当前扩压器入口与喷管出口距离△d1，计算得到调整距离△d2＝△d-△d1，确定调节螺母14的移动距离△d2；

b.松开内套筒段10法兰Ⅰ3内测、外侧的调节螺母14，将法兰Ⅰ3内侧的4个调节螺母14移动△d2；

c.内套筒段10在外套筒段12和扩压器等直段2内移动△d2，到达指定位置后，锁紧法兰Ⅰ3外侧的4个调节螺母14，完成扩压器与喷管距离的调整。

Claims (10)

1.连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的装置包括水平距离调节机构和滑动机构(8)；

水平距离调节机构安装在扩压器等直段(2)上、在扩压器等直段(2)周向均匀分布；

滑动机构(8)为竖直安装的调节杆，调节杆的下端固定在扩压器收缩段(1)，调节杆的上端吊挂在固定在试验段(5)上壁面的水平导轨(9)上，调节杆沿水平导轨(9)前后移动，带动水平距离调节机构前后移动，调整扩压器收缩段(1)与喷管(4)之间的距离△d。

2.根据权利要求1所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的水平距离调节机构包括内套筒段(10)和套装在内套筒段(10)上的外套筒段(12)，内套筒段(10)和外套筒段(12)之间通过密封圈(13)密封；内套筒段(10)通过法兰Ⅰ(3)与扩压器收缩段(1)连接，外套筒段(12)通过法兰Ⅱ(6)与扩压器等直段(2)连接，法兰Ⅰ(3)的周向上开有通孔Ⅰ(7)，法兰Ⅱ(6)的周向上开有对应的通孔Ⅱ(15)；螺纹杆(11)穿过对应的通孔Ⅰ(7)和通孔Ⅱ(15)，螺纹杆(11)的两端采用调节螺母(14)分别固定在法兰Ⅰ(3)和法兰Ⅱ(6)上。

3.根据权利要求1所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的滑动机构(8)的轨轮(801)通过轴承(802)固定在上拉杆(803)的顶端，轨轮(801)吊挂水平导轨(9)上并沿水平导轨(9)前后移动；下拉杆(805)的下端通过轴销(806)固定在底座(807)上，底座(807)固定在扩压器收缩段(1)上；上拉杆(803)和下拉杆(805)之间采用螺母套(804)连接，旋转下拉杆(805)实现上拉杆(803)和下拉杆(805)之间距离的调整。

4.根据权利要求1所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的水平导轨(9)为“工”字型导轨，水平导轨(9)的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

5.根据权利要求2所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的外套筒段(12)内径与扩压器等直段(2)内径相同；内套筒段(10)外径比外套筒段(12)内径略小，内套筒段(10)外径和外套筒段(12)内径的圆度均小于1mm，内套筒段(10)外壁面和外套筒段(12)内壁面的粗糙度均优于μ3.2，便于内套筒段(10)伸入外套筒段(12)和扩压器等直段(2)内，并在外套筒段(12)和扩压器等直段(2)内顺滑移动；内套筒段(10)的长度大于所需的水平调节行程距离△L。

6.根据权利要求2所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的螺纹杆(11)的螺纹长度大于所需的水平调节行程距离△L。

7.根据权利要求2所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的螺纹杆(11)的两端采用两个反向的调节螺母(14)进行定位和锁紧。

8.根据权利要求2所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的螺纹杆(11)的材质为合金钢，包括30CrMoSi2、F141或20MoMuNb中的一种。

9.根据权利要求2所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的密封圈(13)的材质为塑料，包括聚四氟乙烯、硅橡胶或氟橡胶中的一种。

10.根据权利要求3所述的连续调节高超声速自由射流风洞扩压器与喷管距离的装置，其特征在于，所述的底座(807)焊接在扩压器收缩段(1)和内套筒段(10)的重心位置。

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