CN111487029B - 流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置 - Google Patents

流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure DDA0002425053150000011
其中R为与节流锥配合的节流管道的半径。还包括一种流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，使用该节流锥，并且通过中空电机驱动丝杠带动节流锥轴向运动。本发明的一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置，有利于流量的精确控制。

Description

流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置
技术领域
本发明涉及一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置，特别是一种流量精确控制的0.6米高速风洞进气道节流锥及试验节流装置，属于高速风洞试验技术领域。
背景技术
从飞行环境中吸入空气作为燃烧剂的飞行器都有进气道，进气道性能影响飞行器性能。进气道设计是飞行器设计的一部分，而风洞进气道试验时验证进气道设计的重要手段。风洞进气道试验目的是测量进气道在各飞行速度、不同进气流量状态下总压恢复系数、喘振点、流场畸变等参数，进气道试验需要一套节流装置满足飞行器进气道模型支撑和流量调节，性能优越的进气道试验节流装置可以提高试验的质量和效率。节流装置要求在满足强度和流通面积的条件下，截面积尽量小，流量调节灵敏、精确。节流装置流道截面一般为矩形或圆形，通过节流锥前进或后退改变流通面积来控制流量。
以往的0.6米风洞进气道试验节流装置的节流锥母线为直线，在节流锥运动过程中，堵塞面积呈曲线变化，节流锥一些位置阻塞速度快，而在另一些位置阻塞速度慢，想到目标阻塞度需要换算，增加了试验的复杂程度，影响试验效率。另外，以往节流装置没有采用中空电机，丝杠贯穿节流锥，丝杠不随节流锥前后运动，丝杠只是转动驱动节流锥在丝杠上前后运动。由于节流锥前露出部分丝杠，对节流管道内的气流产生扰动，影响部分状态下的气流参数测量。再者，丝杠也占据了节流管道的部分流通面积，也不便于流量的计算和控制。
阻塞度是风洞试验模型的最大迎风面积与试验段横截面积之比，在节流装置中其阻塞度为节流出口处节流锥的截面积与节流出口面积的比值。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置，本发明有利于流量的精确控制。
本发明采用的技术方案如下：
一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure BDA0002425053130000021
其中R为与节流锥配合的节流管道的半径。
在本发明中，节流锥的母线呈抛物线，抛物线公式为
Figure BDA0002425053130000022
节流锥对节流管道出口的阻塞度为节流管道出口处节流锥的截面积与节流管道出口面积的比值；节流管道出口的半径为R(即节流管道的半径)，以节流锥完全阻塞节流管道时节流锥的锥高为基准将节流锥的锥高划分为100个刻度，节流锥在节流管道内为x刻度时，节流管道出口处节流锥截面的半径
Figure BDA0002425053130000023
因此阻塞度为：
Figure BDA0002425053130000024
即阻塞度为0.01x，因此以节流锥顶点为参考，当节流锥在节流出口时阻塞度为0，节流锥每前进1个刻度点，阻塞度增加1％，当前进100个刻度点时，节流锥完全阻塞节流出口，阻塞度为100％。采用本发明的节流锥后容易计算出每个试验状态的节流锥位置，大大简化了试验的复杂程度。
作为优选，所述x的取值范围为0～100。
在上述方案中，x为0时表示节流锥位于节流管道的出口处，x为100时表示节流锥完全阻塞节流管道的出口。
作为优选，所述节流锥的锥高为100mm。
在上述方案中，节流锥的锥高为100mm，使之更方便计算控制阻塞度，即节流锥每前进1mm，节流管道出口阻塞度增加1％。
作为优选，所述节流锥的表面光滑的金属锥体。
在上述方案中，节流锥的表面光滑，使之节流锥不会对节流管道内的气体产生干扰，不会影响气流参数测量以及阻塞度的精确计算。
作为优选，所述节流管道的半径R的范围为20～40mm。
在上述方案中，节流管道的半径R范围为20～40mm，其目的是为了适合在0.6米的高速风洞中使用。
本发明还包括一种流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，包括节流管道，其一端连接飞行器进气道出口，另一侧设置节流出口；
气流窗口，其设置于节流管道上节流出口的出气侧；
节流锥，其设置节流出口的出气侧；
支臂，其设置于节流管道上；
中空电机，设置于节流管道相对飞行器进气道出口的另一端；
丝杠，其一端与节流锥固定连接，另一端穿过中空电机；
所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure BDA0002425053130000031
其中R为节流管道的半径。
在本发明中，支臂与风洞试验段的支撑机构连接，用于固定节流装置，确保节流装置稳固和位置准确；节流锥可前后移动改变节流出口大小；气流从飞行器进气道出口进入节流管道，从节流出口与节流锥之间流出，其状态态可反映真实飞行器进气道内气流的状态；中空电机驱动通过螺纹驱动丝杠前后轴向运动，带动节流锥前进或者后退。
作为优选，所述x的取值范围为0～100。
在上述方案中，x为0时表示节流锥位于节流管道的出口处，x为100时表示节流锥完全阻塞节流管道的出口。
作为优选，所述节流锥的锥高为100mm。
在上述方案中，节流锥的锥高为100mm，使之更方便计算控制阻塞度，即节流锥每前进1mm，节流管道出口阻塞度增加1％。
作为优选，所述节流锥的表面光滑的金属锥体。
在上述方案中，节流锥的表面光滑，使之节流锥不会对节流管道内的气体产生干扰，不会影响气流参数测量以及阻塞度的精确计算。
作为优选，所述节流管道的半径R的范围为20～40mm。
在上述方案中，节流管道的半径R范围为20～40mm，其目的是为了适合在0.6米的高速风洞中使用。
作为优选，所述丝杠与节流锥底面的中心连接。
在上述方案中，丝杠与节流锥底面的中心连接使得结构更加稳定。
作为优选，所述丝杠的长度大于节流出口到中空电机的长度。
在上述方案中，丝杠的长度大于节流出口到中空电机的长度，使得中空电机能够驱动丝杠推动节流锥将节流出口完全阻塞。
作为优选，所述中空电机为步进电机。
在上述方案中，步进电机能够对驱动进程进行精准控制。
作为优选，所述支臂为两个，对称设置于节流管道两侧。
在上述方案中，更加有利于节流装置在风洞试验段的安装。
再此需要说明，风洞进气道试验的工作流程，如图6所示，开始试验时，节流锥运行到初始位置，这时节流锥出口处于全开状态。风洞启动后，节流锥运行到第一个试验位置，采集系统采集气流的参数，采集参数后，系统判断试验任务是否完成，如果没有完成，节流锥运行到下一个试验位置。试验完成后，节流锥停止运动，结束试验。
原来的实施过程为：试验前，确定各试验状态的流量，根据流量确定节流出口的流通面积，通过程序或者人工计算节流锥在各试验状态的位置，将位置参数输入到节流锥控制系统，开始试验。
而在使用本发明的节流锥或者节流装置后，新的实施过程为：试验前，确定各试验状态的流量，根据流量确定节流出口的流通面积，将流通面积除以节流出口面积，得到各试验状态的位置，将位置参数输入到节流锥控制系统，开始试验。
从而使用本发明的一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置后，可以根据需要的流通面积可以快速得到节流的目标位置，而现有技术需要复杂的计算，从而本发明简化试验流程，提高试验效率。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、容易计算出每个试验状态的节流锥位置，大大简化了试验的复杂程度；
2、采用中空电机驱动节流锥，丝杠不贯穿节流锥，大大减小了节流装置对气流的干扰，有利于气流参数的精确测量，以及阻塞度的精确计算；
3、有利于流量的精确控制。
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是节流锥母线形状的坐标图；
图2是试验节流装置的外视图；
图3是试验节流装置中节流锥未进入节流管道的结构示意图；
图4是试验节流装置中节流锥部分进入节流管道的结构示意图；
图5是试验节流装置中节流锥全部进入节流管道的结构示意图；
图6是风洞进气道试验的工作流程图。
图中标记：1-节流管道、2-节流锥、3-丝杠、4-中空电机、5-支臂、6-飞行器进气道出口、11-节流出口、12-气流窗口。
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。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，本实施例的一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，如图1所示，所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure BDA0002425053130000061
其中R为与节流锥配合的节流管道的半径；其中，所述x的取值范围为0～100。
在本实施例中，以节流锥完全阻塞节流管道时节流锥的锥高为基准将节流锥的锥高划分为100个刻度，节流锥在节流管道内为x刻度时，节流管道出口处节流锥截面的半径
Figure BDA0002425053130000062
因此阻塞度为：
Figure BDA0002425053130000063
即阻塞度为0.01x，因此以节流锥顶点为参考，如图3所示当节流锥在节流出口时(即x为0时)阻塞度为0，节流锥每前进1个刻度点，阻塞度增加1％，如图5所示当前进100个刻度点时(即x为100时)，节流锥完全阻塞节流出口，阻塞度为100％，从而能够很容易计算出每个试验状态的节流锥位置，大大简化了试验的复杂程度。
作为优选，在另一实施例中，所述节流锥的锥高为100mm，，使之更方便计算控制阻塞度，即节流锥每前进1mm，节流管道出口阻塞度增加1％。
作为优选，在另一实施例中，所述节流锥的表面光滑的金属锥体，使之节流锥不会对节流管道内的气体产生干扰，不会影响气流参数测量以及阻塞度的精确计算。
作为优选，在另一实施例中，所述节流管道的半径R的范围为20～40mm，其目的是为了适合在0.6米的高速风洞中使用。
本发明还包括一种流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，包括节流管道，其一端连接飞行器进气道出口，另一侧设置节流出口；
气流窗口，其设置于节流管道上节流出口的出气侧；
节流锥，其设置节流出口的出气侧；
支臂，其设置于节流管道上；
中空电机，设置于节流管道相对飞行器进气道出口的另一端；
丝杠，其一端与节流锥固定连接，另一端穿过中空电机；
所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure BDA0002425053130000073
其中R为节流管道的半径，x的取值范围为0～100。
在本实施例中，以节流锥完全阻塞节流管道时节流锥的锥高为基准将节流锥的锥高划分为100个刻度，节流锥在节流管道内为x刻度时，节流管道出口处节流锥截面的半径
Figure BDA0002425053130000071
因此阻塞度为：
Figure BDA0002425053130000072
即阻塞度为0.01x，因此以节流锥顶点为参考，如图3所示当节流锥在节流出口时(即x为0时)阻塞度为0，节流锥每前进1个刻度点，阻塞度增加1％，如图5所示当前进100个刻度点时(即x为100时)，节流锥完全阻塞节流出口，阻塞度为100％，从而能够很容易计算出每个试验状态的节流锥位置，大大简化了试验的复杂程度；采用中空电机驱动节流锥，丝杠不贯穿节流锥，大大减小了节流装置对气流的干扰，有利于气流参数的精确测量，以及阻塞度的精确计算。
作为优选，在另一实施例中，所述节流锥的锥高为100mm，使之更方便计算控制阻塞度，即节流锥每前进1mm，节流管道出口阻塞度增加1％。
作为优选，在另一实施例中，所述节流锥的表面光滑的金属锥体，使之节流锥不会对节流管道内的气体产生干扰，不会影响气流参数测量以及阻塞度的精确计算。
作为优选，在另一实施例中，所述节流管道的半径R的范围为20～40mm，其目的是为了适合在0.6米的高速风洞中使用。
作为优选，在另一实施例中，所述丝杠与节流锥底面的中心连接，使得结构更加稳定。
作为优选，在另一实施例中，所述丝杠的长度大于节流出口到中空电机的长度，使得中空电机能够驱动丝杠推动节流锥将节流出口完全阻塞。
作为优选，在另一实施例中，所述中空电机为步进电机，步进电机能够对驱动进程进行精准控制。
作为优选，在另一实施例中，所述支臂为两个，对称设置于节流管道两侧，从而更加有利于节流装置在风洞试验段的安装。
综上所述，采用本发明的一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥及试验节流装置，容易计算出每个试验状态的节流锥位置，大大简化了试验的复杂程度；采用中空电机驱动节流锥，丝杠不贯穿节流锥，大大减小了节流装置对气流的干扰，有利于气流参数的精确测量，以及阻塞度的精确计算；有利于流量的精确控制。
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 (10)

1.一种流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，其特征在于：所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure FDA0002425053120000011
其中R为与节流锥配合的节流管道的半径。
2.如权利要求1所述的流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，其特征在于：所述x的取值范围为0～100。
3.如权利要求1所述的流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，其特征在于：所述节流锥的锥高为100mm。
4.如权利要求1所述的流量精确控制的高速风洞进气道节流锥，其特征在于：所述节流锥的表面光滑的金属锥体。
5.一种流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：包括
节流管道，其一端连接飞行器进气道出口，另一侧设置节流出口；
气流窗口，其设置于节流管道上节流出口的出气侧；
节流锥，其设置节流出口的出气侧；
支臂，其设置于节流管道上；
中空电机，设置于节流管道相对飞行器进气道出口的另一端；
丝杠，其一端与节流锥固定连接，另一端穿过中空电机；
所述节流锥的母线呈抛物线，抛物线的公式为
Figure FDA0002425053120000012
其中R为节流管道的半径。
6.如权利要求5所述的流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：所述丝杠与节流锥底面的中心连接。
7.如权利要求5所述的流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：所述丝杠的长度大于节流出口到中空电机的长度。
8.如权利要求5所述的流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：所述节流管道的半径R的范围为20～40mm。
9.如权利要求5所述的流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：所述中空电机为步进电机。
10.如权利要求5所述的流量精确控制的高速风洞进气道试验节流装置，其特征在于：所述支臂为两个，对称设置于节流管道两侧。
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