CN112393874B - 一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法及装置，在风洞洞体上沿着收缩段的收缩方向连接有折叠段，所述折叠段通过翻转机与收缩段本体端部连接，折叠段可以沿着风洞截面进行翻转，通过翻转机，可以实现在收缩段轴向长度上缩短，从而为收缩段上位安装提供必要的操作空间；本发明的翻转机由多个气缸控制，气缸工作时，缸内气压联通，因此两个气缸的推力大小相同，由张紧装置提供张紧力，基于胡克定律，实现两个气缸的机械同步；本发明翻板翻转完成后，由张紧装置提供张紧力，保持翻板的翻转角度。

Description

一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法及装置

技术领域

本发明涉及空气动力学领域，具体涉及到一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法。

背景技术

风洞主要由洞体组成，洞体具有不同的部段，一般情况下各个部段不具备互换性，因此在收缩段与试验段之间采用法兰螺栓形成固定连接。

随着技术要求的提高，在满足不同试验的前提下对风洞配置了多种尺寸的试验段布局，因此需要使得风洞洞体部段具有互换性，而互换性则带来风洞洞体频繁的反复拆装。

一般情况下，进行更换的部段为收缩段、试验段、过渡段等，收缩段作为风洞洞体部段最后一个上位对接的部段，存在操作空间紧凑，部段间容易发生碰撞，存在较大安全隐患；收缩段与试验段之间存在对接缝，对接缝密封困难，影响流场品质；部段更换时，采用传统的螺栓法兰连接存在工作量大、需要高空作业等问题，严重影响风洞试验准备效率。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有存在的客观问题，对风洞收缩段做出改进，提出一种连接更换方法，使得试验段和收缩段可以可靠、自由的更换和密封连接。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，包括翻转机、四组折叠段，每组折叠段分别设置在收缩段端口的上、下、左、右四个侧边上，每个侧边上的折叠段通过翻转机连接到收缩段本体端部，每个翻转机独立控制，

沿着风洞轴线，左、右侧边的折叠段的安装位置在上、下侧边的折叠段的安装位置的上游，所述折叠段包括翻板，左、右侧边的折叠段中翻板沿着收缩段轴向的宽度大于上、下侧边的折叠段中翻板沿着收缩段轴向的宽度，使得上、下、左、右四个侧边上的折叠段进行折叠时，翻板翻转相互不干涉、且翻板展开后其下游边缘处于同一平面内。

在上述技术方案中，所述翻转机包括：

用于固定和安装的支撑框，通过第二旋转轴连接在支撑框上的张紧装置，通过第三旋转轴连接支撑框上的悬臂，

所述支撑框内固定设置有气缸，气缸推杆的一端、张紧装置内的导向杆的一端、悬臂的一端共同连接到第一旋转轴，悬臂的另一端固定连接翻板，

所述气缸推杆推动第一旋转轴运动的同时拉伸导向杆滑动，带动悬臂绕着第三旋转轴进行转动，

所述张紧装置内设置有弹性件，当气缸内停止供气时，所述弹性件推动导向杆作用力到悬臂上，阻止悬臂在翻板重力的作用下带动气缸推杆进行复位或者伸出。

在上述技术方案中，所述张紧装置包括：

导向筒，导向筒内沿着轴向设置有导向杆，导向杆伸出导向筒的一端设置有限位螺母，设置在导向筒内的导向杆的端部设置有挡板，在挡板与导向筒底部之间设置有弹性件，

所述弹性件为碟簧，当翻板展开时，碟簧处于压缩状态，碟簧的弹性作用力通过导向杆施加推力到第一旋转轴上，碟簧施加的推力大于翻板重力作用到第一旋转轴上的拉力，

当翻板进行翻转时，悬臂在气缸的作用力下绕第三旋转轴转动，悬臂的转动角度受导向杆端部的限位螺母的限定。

在上述技术方案中，所述气缸的一端通过第四旋转轴与支撑框连接，气缸推杆在伸出的过程中，气缸的另一端通过第四旋转轴进行气缸的位置调整。

在上述技术方案中，所述支撑框的底部设置有凹槽，翻板的一侧在翻转过程中伸入到凹槽内。

在上述技术方案中，每组折叠段上连接若干个翻转机，所有翻转机上的气缸的缸内气压相互连通。

本发明还提供一种实现风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法，包括以下步骤：

S1：根据实际工况判断收缩段的更换状态，包括取出和连接两种状态；

S2：当需要取出收缩段时：

S21：控制供气系统，对翻转机进行供气，在气压的作用下驱动翻转机带动展开状态的折叠段进行翻转；

S22：折叠段向着风洞段内侧壁面转动，直到折叠段边缘的垂直投影与试验段入口端部在水平方向上存在间距；

S23：停止翻转机工作，利用平移机构将收缩段平移出风洞试验段；

S3：当需要连接收缩段时：

S31：控制供气系统，使得翻转机带动折叠段进行翻转；

S32：利用平移机构将带有翻转后折叠段的收缩段平移到试验段区域；

S33：再次控制供气系统，使得翻转机工作，翻转机带动折叠段进行水平方向的展开，展开后折叠段的一端外侧紧贴试验段的内壁面；

S34：停止供气系统的工作，翻转机在重力作用下实现自锁紧功能，实现收缩段与试验段的密封连接。

在上述技术方案中，所述折叠段进行翻转时，先完成收缩段端口上、下侧边的折叠段翻转，再完成收缩段端口左、右侧边的折叠段翻转。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明可以实现收缩段轴向长度可伸缩，收缩时为收缩段拆装提供必要的操作空间，展开时实现收缩段与试验段之间的对接缝的密封。并且采用本发明的连接方法，可以避免风洞洞体碰撞，降低洞体装配风险和装配难度，不会影响风洞试验的准备工作。

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是折叠段的结构示意图；

图2是翻转机的工作状态结构示意图；

图3是翻转机的另一工作状态结构示意图；

其中：1是支撑框，1-1是凹槽，2是气缸，2-1是气缸推杆，2-2是第四旋转轴，3是张紧装置，3-1是限位螺母，3-2是导向杆，3-3是碟簧，3-4是导向筒，4是悬臂，5是翻板，6是第一旋转轴，7是第三旋转轴，8是第二旋转轴。

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（包括任何附加权利要求、摘要和附图）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，本实施例以两个翻转机作用到一块翻板上为例进行说明，在图2和图3中，虚线部分是风洞洞体，是本实施例中的翻转机的安装位置。在本实施例中，翻转机工作时，由气缸推动翻板向风洞内侧翻转，将收缩段轴向长度缩短328mm，为收缩段上位安装提供必要的操作空间。待收缩段安装到位后机构反向运行，翻板将向外侧翻转并与下游试验段的入口搭接，形成封闭的内流道，实现对接缝的密封。翻转机的翻转的角度范围为0°～73°

如图2、图3所示，翻转机包括一个固定安装在收缩段外壁上的支撑框1，支撑框1起到支撑连接作用；在支撑框1内设置有一个气缸2，气缸2的一端通过第四旋转轴2-2与支撑框1进行连接。气缸2在作用力下可以绕着第四旋转轴2-2实现位置角度的变化，气缸2的另一端设置为气缸推杆2-1，气缸推杆2-1的端部通过轴承连接到第一旋转轴6上。

在支撑框1上与气缸推杆2-1同向的一端上通过第二旋转轴8连接有一个张紧装置3，张紧装置3可以在第二旋转轴8的作用下进行转动。张紧装置3包括一个导向筒3-4，导向筒3-4为一端开口的筒状结构，其底面上设置有通孔，导向杆3-2的一端穿过低面的通孔后连接限位螺母3-1，限位螺母3-1对导向杆3-2的导向伸长进行限位。在导向杆3-2上固定连接有挡板，挡板与导线筒3-4的底面相对设置，在导线筒3-4内的挡板与底面之间设置有若干碟簧3-3，碟簧3-3处于被压缩状态，碟簧3-3的弹性作用力通过挡板作用到导向杆3-2上。导向杆3-2的端部通过轴承滑动连接到第一旋转轴6上。

在支撑框1上与气缸推杆2-1同向的一端上通过第三旋转轴7连接有一个悬臂4，悬臂4的一端固定连接到翻板上，悬臂4的另一端通过轴承连接到第一旋转轴6上。在第一旋转轴6和第三旋转轴7之间的悬臂4为固定的的力臂，其相对位置不发生变化。

在本实施中，气缸推杆2-1、导向杆3-2和悬臂4共同连接到第一旋转轴6上。当翻板处于折叠状态时，如图3所示，气缸推杆2-1处于自由伸出状态，翻板5进行73°的翻转，如图2所示，待收缩段轴向对位完成后，驱动气缸推杆2-1缩回，将带动翻板5绕铰链旋转直至翻板与试验段内壁面搭接，此时气缸停止供气并处于自由缩回状态，翻板将在张紧装置的作用下保持翻转角度为0°。

在本实施例中，非常关键的一点是如何保持翻板的翻转角度不变。当处于如图2所示的状态时，张紧装置3中的碟簧3-3是处于被压缩的状态，碟簧3-3本身向外施加了一个弹性作用力，而弹性作用力通过挡板作用到导向杆3-2上，而导向杆3-2将碟簧3-3的弹力作用到第一旋转轴6上，而连接有翻板的悬臂4受到来之第一旋转轴6上的作用力远远大于翻板5自身重力作用到悬臂4上的作用力。因此当处于图2中状态时，及时气缸停止供气，翻板也会被张紧装置提供的弹性力实现位置的锁定。

当处于如图3所示的状态时，翻板进行翻转，其自身的重力通过悬臂4作用到第一旋转轴6，第一旋转轴6拉动导向杆3-2伸出，因为导向杆3-2另一端受到限位螺母3-1的位置限定，使得其导向杆3-2的长度具有最大的伸出距离。通过计算可以获得在翻板翻转73°的情况下导向杆3-2的伸出距离。因此在翻板5翻转到最大角度73°时，翻板及时在有气缸推杆2-1的推动作用下，也无法再扩大其翻转角度，因此当气缸停止供气后，在翻板自身重力的影响下通过张紧装置可以确保其翻转角度保持不变。

在本实施例中，为了避免翻板在翻转的过程中与翻转机进行干涉，因此在支撑框1的底部设置有向内的凹槽1-1，翻板在进行翻转的时候，翻板的一侧就直接进入到凹槽内，在凹槽内运动。

在本实施例中，为了避免再收缩段端部四侧的翻板相互干涉，收缩段一圈上、下、左、右配置多套翻转机，各翻转机之间需独立控制。翻转机从折叠状态向外翻转时，要求先完成上下位置的翻转机动作后，再进行左右两侧翻转机动作，防止翻转机之间发生干涉，翻转机向内翻转过程与之相反。

在本实施例中，风洞收缩段和试验段之间实现更换和连接时，具有的典型特点就在于：翻板能够绕旋转轴转动，向内转动时，能够缩短收缩段的轴向长度，给收缩段对位安装提供操作空间；翻转机由多个气缸控制，气缸工作时，缸内气压联通，因此两个气缸的推力大小相同，由张紧装置提供张紧力，基于胡克定律，实现两个气缸的机械同步。翻板翻转完成后，由张紧装置提供张紧力，保持翻板的翻转角度。

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 (7)

1.一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，其特征在于包括翻转机、四组折叠段，每组折叠段分别设置在收缩段端口的上、下、左、右四个侧边上，每个侧边上的折叠段通过翻转机连接到收缩段本体端部，每个翻转机独立控制，

沿着风洞轴线，左、右侧边的折叠段的安装位置在上、下侧边的折叠段的安装位置的上游，所述折叠段包括翻板，左、右侧边的折叠段中的翻板沿着收缩段轴向的宽度大于上、下侧边的折叠段中翻板沿着收缩段轴向的宽度，使得上、下、左、右四个侧边上的折叠段进行折叠时，翻板翻转相互不干涉、且翻板展开后其下游边缘处于同一平面内；

所述翻转机包括：

用于固定和安装的支撑框，通过第二旋转轴连接在支撑框上的张紧装置，通过第三旋转轴连接支撑框上的悬臂，

所述支撑框内固定设置有气缸，气缸推杆的一端、张紧装置内的导向杆的一端、悬臂的一端共同连接到第一旋转轴，悬臂的另一端固定连接翻板，

所述气缸推杆推动第一旋转轴运动的同时拉伸导向杆滑动，带动悬臂绕着第三旋转轴进行转动，

所述张紧装置内设置有弹性件，当气缸内停止供气时，所述弹性件推动导向杆作用力到悬臂上，阻止悬臂在翻板重力的作用下带动气缸推杆进行复位或者伸出。

2.根据权利要求1所述的一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，其特征在于所述张紧装置包括：

导向筒，导向筒内沿着轴向设置有导向杆，导向杆伸出导向筒的一端设置有限位螺母，设置在导向筒内的导向杆的端部设置有挡板，在挡板与导向筒底部之间设置有弹性件，

所述弹性件为碟簧，当翻板展开时，碟簧处于压缩状态，碟簧的弹性作用力通过导向杆施加推力到第一旋转轴上，碟簧施加的推力大于翻板重力作用到第一旋转轴上的拉力，

当翻板进行翻转时，悬臂在气缸的作用力下绕第三旋转轴转动，悬臂的转动角度受导向杆端部的限位螺母的限定。

3.根据权利要求1所述的一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，其特征在于所述气缸的一端通过第四旋转轴与支撑框连接，气缸推杆在伸出的过程中，气缸的另一端通过第四旋转轴进行气缸的位置调整。

4.根据权利要求1所述的一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，其特征在于所述支撑框的底部设置有凹槽，翻板的一侧在翻转过程中伸入到凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种风洞收缩段与试验段之间的连接更换装置，其特征在于每组折叠段上连接若干个翻转机，所有翻转机的气缸的缸内气压相互连通。

6.一种采用权利要求1-5任一所述连接更换装置实现风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：根据实际工况判断收缩段的更换状态，包括取出和连接两种状态；

S2：当需要取出收缩段时：

S21：控制供气系统，对翻转机进行供气，在气压的作用下驱动翻转机带动展开状态的折叠段进行翻转；

S22：折叠段向着风洞段内侧壁面转动，直到折叠段边缘的垂直投影与试验段入口端部在水平方向上存在间距；

S23：停止翻转机工作，利用平移机构将收缩段平移出风洞试验段；

S3：当需要连接收缩段时：

S31：控制供气系统，使得翻转机带动折叠段进行翻转；

S32：利用平移机构将带有翻转后折叠段的收缩段平移到试验段区域；

S33：再次控制供气系统，使得翻转机工作，翻转机带动折叠段进行水平方向的展开，展开后折叠段的一端外侧紧贴试验段的内壁面；

S34：停止供气系统的工作，翻转机在重力作用下实现自锁紧功能，实现收缩段与试验段的密封连接。

7.根据权利要求6所述的一种实现风洞收缩段与试验段之间的连接更换方法，其特征在于所述折叠段进行翻转时，先完成收缩段端口上、下侧边的折叠段翻转，再完成收缩段端口左、右侧边的折叠段翻转。

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