CN112304562A - 一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置 - Google Patents

一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置。该模型装置包括整体式模型，顺序固定在整体式模型中心轴线的应变天平和天平支杆；整体式模型为整体加工模型，中部设置有内径前小后大的锥型空腔；应变天平为杆式应变天平，应变天平的前端套装有与整体式模型的锥型空腔匹配的转接锥套，应变天平从后至前插入整体式模型的锥型空腔，通过拉紧螺栓固定在整体式模型上；天平支杆与应变天平之间通过支杆拉紧楔键固定连接。该模型装置解决了测力测热整体式模型在设计要求上的矛盾，既满足转捩预测试验的测热模型不分段要求，又满足测力试验应变天平连接要求；消除了模型前后段接差缝引起的转捩位置误差，提高了转捩位置的准确性。

Description

一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置
技术领域
本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置。
背景技术
当前，随着高超声速技术的发展，各国争相发展自己的高超声速飞行器，但是，目前技术难点还很多。其中，边界层转捩位置的预测就是一个关键技术难题，而它对于飞行器的设计又有着非常重要的作用，转捩位置不仅影响飞行器气动力，还对飞行器气动热有着重要影响。可见，转捩位置的准确预测对于飞行器气动外形设计和热防护措施的设计有着重要的影响。因此，在高超声速风洞中开展模型同时测力测热试验需求迫切，通过模型测热能够确定模型的转捩位置，同时还可根据测力结果研究不同转捩位置对模型气动力特性的影响。
一般而言，为了避免模型分段引起模型转捩位置变化，用于转捩预测试验的测热模型的基本要求是模型不分段；对于测力试验，由于需要将杆式应变天平与模型连接，则需要将模型在某一位置分段。综合了转捩预测试验和测力试验的转捩对模型气动特性影响研究试验，则既要求模型满足转捩预测试验不分段要求，又要求模型满足测力试验应变天平连接要求，故而对模型的连接方式提出了苛刻的要求。
当前，亟需发展一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置。
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的测力测热整体式模型装置。
本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特点是，所述的模型装置包括整体式模型，顺序固定在整体式模型中心轴线的应变天平和天平支杆；
所述的整体式模型为表面光滑过渡模型，整体式模型的表面覆盖整块的非金属蒙皮，内部为金属骨架；整体式模型的内腔为对称的空腔，在整体式模型的中部，空腔形状为内径前小后大的锥型空腔，锥型空腔的前方设置有竖直端面Ⅰ，锥型空腔的后方设置有竖直端面Ⅱ；
所述的应变天平为杆式应变天平，应变天平的前端套装有与整体式模型的锥型空腔匹配的转接锥套，转接锥套的后端设置有竖直端面Ⅲ，应变天平从后至前插入整体式模型的锥型空腔，竖直端面Ⅲ靠近竖直端面Ⅱ，通过贯穿竖直端面Ⅲ和竖直端面Ⅱ的拉紧螺栓固定连接整体式模型；
所述的天平支杆与应变天平之间通过支杆拉紧楔键固定连接。
进一步地，所述的非金属蒙皮的材质为聚四氟乙烯、玻璃钢或碳纤维。
进一步地，所述的非金属蒙皮的厚度为D，D≥5mm。
进一步地，所述的金属骨架102的材质为7075铝合金或30CrMnSiA。
进一步地，所述的金属骨架102采用整体加工或者分段加工。
进一步地，所述的转接锥套的外表面为转接锥套外锥面，转接锥套的内表面为转接锥套内锥面，转接锥套的竖直端面Ⅲ上开有沿周向分布的1个转接锥套拉紧螺纹孔和n-1个转接锥套拉紧通孔，以及与转接锥套拉紧螺纹孔、转接锥套拉紧通孔交错分布的转接锥套拆卸螺纹孔，转接锥套拉紧螺纹孔与拉紧螺栓匹配，转接锥套拆卸螺纹孔与拆卸螺栓匹配；n≥3。
进一步地，所述的拉紧螺栓设置有套装的转接拉杆，转接拉杆的后段固定有扳手，旋转扳手带动转接拉杆拧紧或松开拉紧螺栓。
进一步地，所述的拆卸螺栓设置有套装的转接拉杆，转接拉杆的后段固定有扳手，旋转扳手带动转接拉杆拧紧或松开拆卸螺栓。
进一步地，所述的转接锥套通过天平压紧螺母固定在应变天平上。
进一步地，所述的天平压紧螺母配装有天平压紧垫片。
本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置有效解决了测力测热整体式模型在设计要求上的矛盾，既能满足转捩预测试验的测热模型不分段的基本要求，又能满足测力试验应变天平连接要求；消除了由于模型分段具有的模型前后段接差缝引起的转捩位置误差，能够有效提高转捩位置的准确性。
本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置结构简单、拆装便捷，能够进一步推广应用到风洞测力试验中。
附图说明
图1为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置的结构示意图(剖视图)；
图2为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置的外形示意图；
图3为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置中的整体式模型结构示意图(剖视图)；
图4为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置中的应变天平安装示意图；
图5为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置中的转接锥套示意图(剖视图)；
图6为本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置中的转接锥套示意图(立体图)。
图中，1.整体式模型 2.应变天平 3.天平压紧螺母 4.天平压紧垫片 5.转接锥套6.拉紧螺栓 7.拆卸螺栓 8.支杆拉紧楔键 9.天平支杆 10.扳手 11.转接拉杆；
101.非金属蒙皮 102.金属骨架；
501.转接锥套外锥面 502.转接锥套内锥面；
5031.转接锥套拉紧螺纹孔 5032.转接锥套拉紧通孔 5033.转接锥套拆卸螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置包括整体式模型1，顺序固定在整体式模型1中心轴线的应变天平2和天平支杆9；
所述的整体式模型1为表面光滑过渡模型，如图3所示，整体式模型1的表面覆盖整块的非金属蒙皮101，内部为金属骨架102；整体式模型1的内腔为对称的空腔，在整体式模型1的中部，空腔形状为内径前小后大的锥型空腔，锥型空腔的前方设置有竖直端面Ⅰ，锥型空腔的后方设置有竖直端面Ⅱ；
如图4所示，所述的应变天平2为杆式应变天平，应变天平2的前端套装有与整体式模型1的锥型空腔匹配的转接锥套5，转接锥套5的后端设置有竖直端面Ⅲ，应变天平2从后至前插入整体式模型1的锥型空腔，竖直端面Ⅲ靠近竖直端面Ⅱ，通过贯穿竖直端面Ⅲ和竖直端面Ⅱ的拉紧螺栓6固定连接整体式模型1；
所述的天平支杆9与应变天平2之间通过支杆拉紧楔键8固定连接。
进一步地，所述的非金属蒙皮101的材质为聚四氟乙烯、玻璃钢或碳纤维。
进一步地，所述的非金属蒙皮101的厚度为D，D≥5mm。
进一步地，所述的金属骨架102的材质为7075铝合金或30CrMnSiA。
进一步地，所述的金属骨架102采用整体加工或者分段加工。
进一步地，如图5、图6所示，所述的转接锥套5的外表面为转接锥套外锥面501，转接锥套5的内表面为转接锥套内锥面502，转接锥套5的竖直端面Ⅲ上开有沿周向分布的1个转接锥套拉紧螺纹孔5031和n-1个转接锥套拉紧通孔5032，以及与转接锥套拉紧螺纹孔5031、转接锥套拉紧通孔5032交错分布的转接锥套拆卸螺纹孔5033，转接锥套拉紧螺纹孔5031与拉紧螺栓6匹配，转接锥套拆卸螺纹孔5033与拆卸螺栓7匹配；n≥3。
进一步地，所述的拉紧螺栓6设置有套装的转接拉杆11，转接拉杆11的后段固定有扳手10，旋转扳手10带动转接拉杆11拧紧或松开拉紧螺栓6。
进一步地，所述的拆卸螺栓7设置有套装的转接拉杆11，转接拉杆11的后段固定有扳手10，旋转扳手10带动转接拉杆11拧紧或松开拆卸螺栓7。
进一步地，所述的转接锥套5通过天平压紧螺母3固定在应变天平2上。
进一步地，所述的天平压紧螺母3配装有天平压紧垫片4。
实施例1
本实施例的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置锁紧和拆除过程如下：
a.将天平支杆9与应变天平2通过支杆拉紧楔键8固定连接；
b.将转接锥套5通过转接锥套内锥面502套装在应变天平2的锥面上，应变天平2的前端伸出转接锥套5，在应变天平2的前端放上天平压紧垫片4，用天平压紧螺母3紧固应变天平2与转接锥套5，得到应变天平组件；
c.将应变天平组件插入到整体式模型1的空腔中，转接锥套5的转接锥套外锥面501与整体式模型1的锥型空腔实现装配配合，转接锥套5的竖直端面Ⅲ靠近锥型空腔的后方的竖直端面Ⅱ；
d.在转接拉杆11的后段固定旋转扳手10，在转接拉杆11的前端安装拉紧螺栓6，将拉紧螺栓6分别插入转接锥套5的转接锥套拉紧螺纹孔5031和转接锥套拉紧通孔5032，旋转扳手10带动转接拉杆11预拉紧拉紧螺栓6，调整整体式模型1的姿态后，拧紧拉紧螺栓6，移除转接拉杆11和旋转扳手10，完成高超声速风洞的测力测热整体式模型装置锁紧；
e.高超声速风洞试验结束后，在转接拉杆11的后段固定旋转扳手10，将转接拉杆11伸入整体式模型1并套装在拉紧螺栓6上，旋转扳手10带动转接拉杆11松开拉紧螺栓6，并将拉紧螺栓6拿出整体式模型1；
f.在转接拉杆11的前端安装拆卸螺栓7，将拆卸螺栓7插入转接锥套5的转接锥套拆卸螺纹孔5033，旋转扳手10带动转接拉杆11拧紧拆卸螺栓7，拆卸螺栓7顶紧竖直端面Ⅱ，随着拆卸螺栓7逐渐进入整体式模型1的锥型空腔后方的竖直端面Ⅱ，转接锥套5的转接锥套外锥面501逐渐退出整体式模型1的锥型空腔，直至整体式模型1与应变天平组件分离，完成高超声速风洞的测力测热整体式模型装置拆除。

Claims (10)

1.一种用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的模型装置包括整体式模型(1)，顺序固定在整体式模型(1)中心轴线的应变天平(2)和天平支杆(9)；
所述的整体式模型(1)为表面光滑过渡模型，整体式模型(1)的表面覆盖整块的非金属蒙皮(101)，内部为金属骨架(102)；整体式模型(1)的内腔为对称的空腔，在整体式模型(1)的中部，空腔形状为内径前小后大的锥型空腔，锥型空腔的前方设置有竖直端面Ⅰ，锥型空腔的后方设置有竖直端面Ⅱ；
所述的应变天平(2)为杆式应变天平，应变天平(2)的前端套装有与整体式模型(1)的锥型空腔匹配的转接锥套(5)，转接锥套(5)的后端设置有竖直端面Ⅲ，应变天平(2)从后至前插入整体式模型(1)的锥型空腔，竖直端面Ⅲ靠近竖直端面Ⅱ，通过贯穿竖直端面Ⅲ和竖直端面Ⅱ的拉紧螺栓(6)固定连接整体式模型(1)；
所述的天平支杆(9)与应变天平(2)之间通过支杆拉紧楔键(8)固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的非金属蒙皮(101)的材质为聚四氟乙烯、玻璃钢或碳纤维。
3.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的非金属蒙皮(101)的厚度为D，D≥5mm。
4.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的金属骨架(102)的材质为7075铝合金或30CrMnSiA。
5.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的金属骨架(102)采用整体加工或者分段加工。
6.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的转接锥套(5)的外表面为转接锥套外锥面(501)，转接锥套(5)的内表面为转接锥套内锥面(502)，转接锥套(5)的竖直端面Ⅲ上开有沿周向分布的1个转接锥套拉紧螺纹孔(5031)和n-1个转接锥套拉紧通孔(5032)，以及与转接锥套拉紧螺纹孔(5031)、转接锥套拉紧通孔(5032)交错分布的转接锥套拆卸螺纹孔(5033)，转接锥套拉紧螺纹孔(5031)与拉紧螺栓(6)匹配，转接锥套拆卸螺纹孔(5033)与拆卸螺栓(7)匹配；n≥3。
7.根据权利要求6所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的拉紧螺栓(6)设置有套装的转接拉杆(11)，转接拉杆(11)的后段固定有扳手(10)，旋转扳手(10)带动转接拉杆(11)拧紧或松开拉紧螺栓(6)。
8.根据权利要求6所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的拆卸螺栓(7)设置有套装的转接拉杆(11)，转接拉杆(11)的后段固定有扳手(10)，旋转扳手(10)带动转接拉杆(11)拧紧或松开拆卸螺栓(7)。
9.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的转接锥套(5)通过天平压紧螺母(3)固定在应变天平(2)上。
10.根据权利要求8所述的用于高超声速风洞的测力测热整体式模型装置，其特征在于，所述的天平压紧螺母(3)配装有天平压紧垫片(4)。
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