CN111442900A - 用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置 - Google Patents

用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置。该距离调节装置包括滑动锥段、固定锥段、密封圈、支撑机构和滑轨；固定锥段套装在滑动锥段上，固定锥段和滑动锥段之间通过密封圈密封；滑动锥段放置在支撑机构上，滑动锥段重心位置与支撑机构中线重合，支撑机构安装在滑轨上，滑轨焊接在试验段的下壁面上，支撑机构在滑轨上前后移动，带动滑动锥段在固定锥段内前后移动，调整滑动锥段与喷管之间的距离。该距离调节装置结构简单，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；扩压器收缩段构型调整方便，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

用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置
技术领域
本发明属于高超声速风洞设备技术领域，具体涉及用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置。
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。
在高超声速自由射流风洞运行过程中，通常一个扩压器需要适配不同马赫数喷管、不同尺度的模型及姿态变化范围，同时还需在一定范围的来流状态和背压状态下正常工作，因此需要调整扩压器构型，以及喷管出口与扩压器入口之间的距离为△d，以满足风洞试验需求。
高超声速自由射流风洞扩压器采用双锥结构时，对于扩压器构型的调整可通过改变扩压器收缩段构型实现，传统的调整方法是配置不同构型和长度的扩压器收缩段，根据试验需求，对扩压器收缩段进行整体更换，实现扩压器收缩段构型调整，以及喷管出口与扩压器入口之间的距离△d的调整。
传统的调整方法存在以下不足：
1)调整扩压器收缩段构型和△d，需要对扩压器的多个部件进行拆卸和安装，耗时耗力；
2)△d的调整为离散点，无法实现△d的连续调整；
3)为调整扩压器收缩段构型和△d，需要配置多个可替换的扩压器收缩段，成本较高；
4)调整过程中还需使用行车吊装扩压器的相关部件，并且受高超声速自由射流风洞波纹管压缩距离限制，拆卸与安装扩压器相关部件过程中可能会出现部件间的磕碰，存在部件损伤的风险和一定的安全隐患。
当前，亟需发展一种专用的高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置。
本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特点是，所述的距离调节装置包括滑动锥段、固定锥段、密封圈、支撑机构和滑轨；固定锥段套装在滑动锥段上，固定锥段和滑动锥段之间通过密封圈密封；
所述的滑动锥段放置在支撑机构上，滑动锥段重心位置与支撑机构中线重合，支撑机构安装在滑轨上，滑轨焊接在试验段的下壁面上，支撑机构在滑轨上前后移动，带动滑动锥段在固定锥段内前后移动，调整滑动锥段与喷管之间的距离△d。
所述的滑动锥段从前至后依次包括滑动锥筒和滑动直筒，滑动直筒的后端的内壁面开有环形的密封槽，密封槽内安装有密封圈。
所述的固定锥段包括固定锥筒，固定直筒，下进水口和上出水口；固定锥筒通过法兰Ⅰ与扩压器等直段连接，扩压器等直段通过法兰Ⅱ与试验段连接；固定锥筒的大端外包裹有固定直筒，固定锥筒与固定直筒之间密封形成冷却水道，冷却水从下进水口进入冷却水道，从上出水口流出冷却水道。
所述的支撑机构包括圆弧支架、支撑箱体、横向支架和滚轮；支撑箱体有2个，2个支撑箱体的下部之间固定有横向支架，2个支撑箱体的上部之间还固定有圆弧支架，圆弧支架支撑滑动锥段；每个支撑箱体的下端面分别安装有一组串列的两个滚轮，两组滚轮并列放置在滑轨上。
所述的滑轨上固定有用于锁紧支撑机构的锁紧卡扣。
所述的滑动直筒的前端、后端固定有加强筋。
所述的滑动直筒内径比固定直筒外径略大，滑动直筒内径和固定直筒外径的圆度均小于1mm，固定直筒外壁面的粗糙度优于μ3.2，便于滑动直筒套入固定直筒，并在固定直筒上顺滑移动；固定直筒的长度大于所需的水平调节行程距离△L。
所述的圆弧支架的圆弧内径等于滑动直筒外径；圆弧支架的圆弧角范围为90°～120°。
本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的加强筋用于加强滑动锥段的结构强度；冷却水用于冷却固定直筒外壁面温度，防止密封圈在风洞高温气流中损坏失效；滚轮和滑轨可采用标准件；滑动锥段重心位置与支撑机构中线重合，能够保证支撑机构在支撑及运动过程中的稳定性。
本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置结构简单，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；扩压器收缩段构型调整方便，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为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置结构示意图；
图2为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的滑动锥段结构示意图；
图3为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的滑动锥段与固定锥段密封圈处放大图；
图4为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的固定锥段结构示意图；
图5为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的支撑机构及滑轨立体示意图；
图6为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的支撑机构及滑轨正视图；
图7为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的支撑机构及滑轨侧视图；
图8为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置中的支撑机构及滑轨后视图；
图9为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置调节前的相对位置示意图；
图10为本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置调节后的相对位置示意图。
图中，1.法兰Ⅰ 2.扩压器等直段 3.锁紧卡扣 4.喷管 5.试验段 6.法兰Ⅱ7.滑动锥段8.固定锥段 9.密封圈 10.支撑机构 11.滑轨；
701.滑动锥筒 702.加强筋 703.滑动直筒 704.密封槽；
801.固定锥筒 802.固定直筒 803.下进水口 804.上出水口；
1001.圆弧支架 1002.支撑箱体 1003.横向支架 1004.滚轮。
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所示，本发明的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置包括滑动锥段7、固定锥段8、密封圈9、支撑机构10和滑轨11；固定锥段8套装在滑动锥段7上，固定锥段8和滑动锥段7之间通过密封圈9密封；
所述的滑动锥段7放置在支撑机构10上，滑动锥段7重心位置与支撑机构10中线重合，支撑机构10安装在滑轨11上，滑轨11焊接在试验段5的下壁面上，支撑机构10在滑轨11上前后移动，带动滑动锥段7在固定锥段8内前后移动，调整滑动锥段7与喷管4之间的距离△d。
如图2所示，所述的滑动锥段7从前至后依次包括滑动锥筒701和滑动直筒703，滑动直筒703的后端的内壁面开有环形的密封槽704，如图3所示，密封槽704内安装有密封圈9。
如图4所示，所述的固定锥段8包括固定锥筒801，固定直筒802，下进水口803和上出水口804；固定锥筒801通过法兰Ⅰ1与扩压器等直段2连接，扩压器等直段2通过法兰Ⅱ6与试验段5连接；固定锥筒801的大端外包裹有固定直筒802，固定锥筒801与固定直筒802之间密封形成冷却水道，冷却水从下进水口803进入冷却水道，从上出水口804流出冷却水道。
如图5～8所示，所述的支撑机构10包括圆弧支架1001、支撑箱体1002、横向支架1003和滚轮1004；支撑箱体1002有2个，2个支撑箱体1002的下部之间固定有横向支架1003，2个支撑箱体的上部1002之间还固定有圆弧支架1001，圆弧支架1001支撑滑动锥段7；每个支撑箱体1002的下端面分别安装有一组串列的两个滚轮1004，两组滚轮1004并列放置在滑轨11上。
所述的滑轨11上固定有用于锁紧支撑机构10的锁紧卡扣3。
所述的滑动直筒703的前端、后端固定有加强筋702。
所述的滑动直筒703内径比固定直筒802外径略大，滑动直筒703内径和固定直筒802外径的圆度均小于1mm，固定直筒802外壁面的粗糙度优于μ3.2，便于滑动直筒703套入固定直筒802，并在固定直筒802上顺滑移动；固定直筒802的长度大于所需的水平调节行程距离△L。
所述的圆弧支架1001的圆弧内径等于滑动直筒703外径；圆弧支架1001的圆弧角范围为90°～120°。
实施例1
本实施例的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置安装在某高超声速风洞中，实现了扩压器入口与喷管4出口距离在1.1m～1.9m范围内连续可调。本实施例中圆弧角C为100°。
具体工作过程如下：
a.根据高超声速风洞试验的需要，确定扩压器入口与喷管4出口距离△d2，测量如图9所示的当前扩压器入口与喷管4出口距离△d1，计算得到调整距离△d＝△d1-△d2，确定滑动锥段7的移动距离△d；
b.松开锁紧卡扣3，推动支撑机构10带动滑动锥段7在滑轨11上沿风洞轴线移动距离△d，到达如图10所示的指定位置；
c.锁紧锁紧卡扣3，完成扩压器收缩段构型调整，以及扩压器与喷管4距离的调整。

Claims (8)

1.用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的距离调节装置包括滑动锥段(7)、固定锥段(8)、密封圈(9)、支撑机构(10)和滑轨(11)；固定锥段(8)套装在滑动锥段(7)上，固定锥段(8)和滑动锥段(7)之间通过密封圈(9)密封；
所述的滑动锥段(7)放置在支撑机构(10)上，滑动锥段(7)重心位置与支撑机构(10)中线重合，支撑机构(10)安装在滑轨(11)上，滑轨(11)焊接在试验段(5)的下壁面上，支撑机构(10)在滑轨(11)上前后移动，带动滑动锥段(7)在固定锥段(8)内前后移动，调整滑动锥段(7)与喷管(4)之间的距离△d。
2.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的滑动锥段(7)从前至后依次包括滑动锥筒(701)和滑动直筒(703)，滑动直筒(703)的后端的内壁面开有环形的密封槽(704)，密封槽(704)内安装有密封圈(9)。
3.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的固定锥段(8)包括固定锥筒(801)，固定直筒(802)，下进水口(803)和上出水口(804)；固定锥筒(801)通过法兰Ⅰ(1)与扩压器等直段(2)连接，扩压器等直段(2)通过法兰Ⅱ(6)与试验段(5)连接；固定锥筒(801)的大端外包裹有固定直筒(802)，固定锥筒(801)与固定直筒(802)之间密封形成冷却水道，冷却水从下进水口(803)进入冷却水道，从上出水口(804)流出冷却水道。
4.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的支撑机构(10)包括圆弧支架(1001)、支撑箱体(1002)、横向支架(1003)和滚轮(1004)；支撑箱体(1002)有2个，2个支撑箱体(1002)的下部之间固定有横向支架(1003)，2个支撑箱体(1002)的上部之间还固定有圆弧支架(1001)，圆弧支架(1001)支撑滑动锥段(7)；每个支撑箱体(1002)的下端面分别安装有一组串列的两个滚轮(1004)，两组滚轮(1004)并列放置在滑轨(11)上。
5.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的滑轨(11)上固定有用于锁紧支撑机构(10)的锁紧卡扣(3)。
6.根据权利要求2所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的滑动直筒(703)的前端、后端固定有加强筋(702)。
7.根据权利要求2和3所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的滑动直筒(703)内径比固定直筒(802)外径略大，滑动直筒(703)内径和固定直筒(802)外径的圆度均小于1mm，固定直筒(802)外壁面的粗糙度优于μ3.2，便于滑动直筒(703)套入固定直筒(802)，并在固定直筒(802)上顺滑移动；固定直筒(802)的长度大于所需的水平调节行程距离△L。
8.根据权利要求3和4所述的用于高超声速风洞双锥构型扩压器与喷管的距离调节装置，其特征在于，所述的圆弧支架(1001)的圆弧内径等于滑动直筒(703)外径；圆弧支架(1001)的圆弧角范围为90°～120°。
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