CN112577695B - 一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，蚌式头罩由紧固与释放机构固连在试件上，试件通过动态测力系统与风洞攻角机构连接，试件的内套与外壳构成进气道；紧固与释放机构包括康铜丝、熔断器、前支架和后支架；前支架和后支架支撑熔断器，康铜丝将蚌式头罩紧固在试件上；动态测力系统包括压紧垫圈、隔热垫圈、隔热锥套、中轴、支杆和天平；天平通过支杆和中轴与风洞攻角机构连接，天平前端通过隔热锥套、隔热垫圈和压紧垫圈与试件连接在一起，而天平线和熔断器电源线则穿支杆和中轴内孔通往测控间。本发明大大降低了对试件动态气动力测量的影响；而且增加了试件尺寸，方便进行通气模型设计。同时可以进行实时的动态气动力测量。

Description

一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置
技术领域
本发明涉及一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，属于高超声速多体分离技术领域。
背景技术
高超声速风洞通气模型蚌式头罩分离动态试验要求试验机构具有六个特点：1、能将试件安装在风洞的攻角机构上，可实现一定范围攻角或侧滑角变化；2、获得蚌式头罩的动态分离过程，并且能够安全分离和不回碰试件；3、在蚌式头罩动态分离过程中，实时测量试件的动态气动力变化；4、在试验条件下，减小紧固与释放机构对试件动态气动力测量的影响；5、在相同试验条件下，尽量采用大尺寸试验试件；6、试件要求是通气模型。
早期国内的高超声速风洞蚌式头罩分离动态试验装置研究方面存在空白。原因是以往的我国各种航天飞行器蚌式头罩(整流罩)分离往往是在高空，高度大于50Km，动压小，气动力可以基本不用考虑。而对于目前高超声通气模型蚌式头罩分离技术要求，相应的研究才刚刚起步。
目前用于高速风洞蚌式头罩分离动态试验装置，是采用一个发射筒，发射筒后内置一个单向气缸，发射筒通过支杆和风洞支撑系统连接；试件通过多个卡瓣安装在发射筒内，试验时将试件发射到风洞均匀流场中，蚌式头罩分离采用割断方式，即由钢丝拉断紧固锰钢丝。这种装置的缺点是，割断方式的解锁机构对飞行器运动扰动大；由于试件要安装到发射筒中，试件尺寸很小，更无法设计通气模型；并且无法提供实时试件的动态气动力测量要求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置。
本发明的技术解决方案：
一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，包括试件、紧固与释放机构、动态测力系统和蚌式头罩；
试件包括头锥、内套和外壳，头锥和外壳连接，内套位于外壳内，内套与外壳构成试件的进气道；蚌式头罩由紧固与释放机构固连在试件的头锥上，试件通过动态测力系统与风洞攻角机构连接；
所述动态测力系统包括中轴、支杆和天平；天平通过支杆和中轴前端连接，中轴后端与风洞攻角机构连接，支杆、天平以及中轴前端的上述连接结构插入试件的内套中，天平前端通过螺栓与试件头锥连接在一起；
所述紧固与释放机构包括前支架、熔断器、后支架和康铜丝；前支架、熔断器、后支架均位于试件头锥中，由前支架和后支架支撑熔断器，蚌式头罩通过康铜丝紧固在试件头锥上；
天平线和熔断器电源线穿过支杆和中轴内孔通往测控间。
天平前端与试件头锥的螺栓连接处依次设置有隔热锥套、隔热垫圈和压紧垫圈。
所述蚌式头罩和试件到达预定攻角与侧滑角后，通过熔断器熔断康铜丝，释放蚌式头罩，由天平实时测量蚌式头罩分离过程的试件上的动态气动力。
所述熔断器为低压熔断器，其电压小于38伏。
试件头锥、内套和外壳材料均为30CrMnSiA。
试件外表面喷防反光漆。
蚌式头罩上开有安装观察窗，用于安装内部各部件，安装完成后通过头盖密封所述安装观察窗。
本发明的技术与现有技术相比带来的有益效果：
本发明利用紧固与释放机构，其熔断器大大降低了对试件动态气动力测量的影响；而且极大地增加了试件尺寸，方便进行通气模型设计。同时在蚌式头罩动态分离过程中也可以进行实时的动态气动力测量。
如果采用现有技术进行通气模型蚌式头罩试验，那么试件尺度缩比不大于1:25，无法设计通气模型；割断解锁技术对蚌式头罩分离时刻扰动大，无法进行动态气动力测量。采用本发明试验装置开展相关试验，那么试件尺度缩比可以提升到1:5，可以设计通气模型；不仅可以进行试件动态气动力测量，而且熔断解锁技术不会影响试件动态气动力测量。
附图说明
图1为本发明带试件的高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述：
本发明提供了一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，如图1所示，包括：试件1、前支架2、头盖3、熔断器4、后支架5、压紧垫圈6、隔热垫圈7、隔热锥套8、内套9、蚌式头罩10、康铜丝11、中轴12、支杆13、天平14和外壳15。
蚌式头罩10由紧固与释放机构固连在试件1上，试件1通过动态测力系统与风洞攻角机构连接，而由内套9与外壳15构成试件的进气道。试件1包括头锥、内套9和外壳15，头锥和外壳15连接，内套9位于外壳15内，内套9与外壳15构成试件的进气道。
紧固与释放机构包括前支架2、熔断器4、后支架5和康铜丝11。前支架2、熔断器4、后支架5均位于试件1头锥中，由前支架2和后支架5支撑熔断器4，蚌式头罩10通过康铜丝11紧固在试件1头锥上。
熔断器4为低压熔断器，其电压小于38伏。
蚌式头罩上开有安装观察窗，用于安装内部各部件，安装完成后通过头盖3密封所述安装观察窗。
动态测力系统包括压紧垫圈6、隔热垫圈7、隔热锥套8、中轴12、支杆13和天平14；天平14通过支杆13和中轴12与风洞攻角机构连接，天平前端再通过隔热锥套8、隔热垫圈7和压紧垫圈6与试件1螺栓连接在一起，而天平线和熔断器电源线则穿支杆13和中轴12内孔通往测控间。
本发明试验装置主要用于进行高超声速通气模型蚌式头罩分离试验，这个试验需要在高超声速风洞中进行，蚌式头罩10通过紧固与释放机构紧固在试件1上，试件1通过动态测力系统安装在风洞的攻角机构上，风洞建立均匀流场，风洞的攻角机构将整个试验装置投送到均匀流场中，紧固与释放机构熔断康铜丝11解锁，蚌式头罩10在气动力作用下分离，由高速摄像机与动态测力系统实时测量。本发明可以为其它高超声速飞行器蚌式头罩分离试验提供服务。
高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置的使用过程如下：
首先，将1:5试件设计成三部分，头锥、内套和外壳，三部分都采用30CrMnSiA，试件通过天平和支杆连接，支杆经中轴与攻角机构相连，而天平线和熔断器电源线则穿过支杆和中轴内孔通往测控间；其次，试件外表面喷防反光漆；前支架、熔断器、后支架均位于试件头锥中，由前支架和后支架支撑熔断器，在蚌式头罩上开孔，在试件相同位置处配打穿线孔，通过康铜丝穿孔锁紧蚌式头罩与试件，并与模型中段内的熔断器连接；第三，合理选取风洞实验动压；当风洞建立均匀流场后，攻角机构将装置托入流场均匀区，模型工况正常后，通过同步器控制，同时触发熔断器、天平、多台高速摄影机；康铜丝熔断，在气动力的作用下，头罩展开脱落，多台高速摄影机和天平实时监测脱落过程及对试件动态气动力的影响；最后，数据分析，由于采用同步技术，以及采集频率一致，罩衣分离过程的表征特性与天平测力一一对应；依据相似准则，可将实验结果转换到飞行状态。
本发明利用紧固与释放机构，其熔断器大大降低了对试件动态气动力测量的影响；而且极大地增加了试件尺寸，方便进行通气模型设计。同时在蚌式头罩动态分离过程中也可以进行实时的动态气动力测量。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：包括试件(1)、紧固与释放机构、动态测力系统和蚌式头罩(10)；
试件(1)包括头锥、内套(9)和外壳(15)，头锥和外壳(15)连接，内套(9)位于外壳(15)内，内套(9)与外壳(15)构成试件的进气道；蚌式头罩(10)由紧固与释放机构固连在试件(1)的头锥上，试件(1)通过动态测力系统与风洞攻角机构连接；
所述动态测力系统包括中轴(12)、支杆(13)和天平(14)；天平(14)通过支杆(13)和中轴(12)前端连接，中轴(12)后端与风洞攻角机构连接，天平(14)插入试件(1)的内套(9)中，天平前端通过螺栓与试件(1)头锥连接在一起；
所述紧固与释放机构包括前支架(2)、熔断器(4)、后支架(5)和康铜丝(11)；前支架(2)、熔断器(4)、后支架(5)均位于试件(1)头锥中，由前支架(2)和后支架(5)支撑熔断器(4)，蚌式头罩(10)通过康铜丝(11)紧固在试件(1)头锥上；
天平线和熔断器电源线穿过支杆(13)和中轴(12)内孔通往测控间；
所述蚌式头罩(10)和试件(1)到达预定攻角与侧滑角后，通过熔断器(4)熔断康铜丝(11)，释放蚌式头罩(10)，由天平实时测量蚌式头罩分离过程的试件上的动态气动力。
2.根据权利要求1所述的一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：天平前端与试件(1)头锥的螺栓连接处依次设置有隔热锥套(8)、隔热垫圈(7)和压紧垫圈(6)。
3.根据权利要求1所述的一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：所述熔断器(4)为低压熔断器，其电压小于38伏。
4.根据权利要求1所述的一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：试件(1)头锥、内套和外壳材料均为30CrMnSiA。
5.根据权利要求1所述的一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：试件(1)外表面喷防反光漆。
6.根据权利要求1所述的一种用于高超声速风洞通气模型头罩分离动态试验的装置，其特征在于：蚌式头罩上开有安装观察窗，用于安装内部各部件，安装完成后通过头盖(3)密封所述安装观察窗。
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