CN112595482A - 一种用于超声速风洞试验的变形驻室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声速风洞试验的变形驻室，包括固定驻室、活动驻室、螺旋升降机、滑动组件、连接法兰以及充气密封圈；固定驻室具有呈L型圈状结构的连接端面；连接法兰开设有窗口，窗口的侧壁上开设有密封槽；充气密封圈包括一体成型的密封圈本体和充气管，密封圈本体安装于密封槽内；滑动组件和螺旋升降机安装于驻室本体的内腔中，连接法兰与驻室本体的连接端面固定连接，螺旋升降机控制活动驻室在滑动组件的作用下沿竖直方向上下移动。该变形驻室有效解决解决迎角机构运动时所形成空腔的密封、承受流场建立时形成的压差，同时解决投放试验段入位时挠性喷管段开槽空间的限制的问题，提高了实验效率。

Description

一种用于超声速风洞试验的变形驻室

技术领域

本发明属于风洞试验设备技术领域，涉及超声速风洞，具体涉及一种用于超声速风洞试验的变形驻室。

背景技术

飞行器“高速化”、“精确化”是21世纪飞行器一个极为重要的发展方向，是提高飞行器效能的有效手段，而先进飞行器的研制强烈依赖于地面的模拟试验设备——风洞。风洞中进行的模拟试验称之为风洞试验。简单地说，风洞试验就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。

某超声速风洞是一座暂冲式风洞，该风洞结构主要由进气管路、多级阀门、稳定段、挠性喷管段、试验段、超扩段和引射器等部段组成。在试验段的中部设置迎角机构。飞行器/导弹按比例缩小制作成试验模型后，安装在迎角机构的标准支杆上，在油缸的推动下，迎角机构沿上、下轨道架上的精密圆弧导轨在试验段内迎着风洞中释放出的暂冲气流，作精准的正负攻角运作。暂冲式超声速风洞在风洞启动与关车时会对试验段中的模型产生很大的冲击，特别是某些先进高机动战术导弹，由于弹身长细比大、飞行M数范围宽，模型及天平的设计极其困难，无法获得高精度数据。采用投放方式进行试验能够规避冲击，提高测试精度，获得更精准的试验数据。但是，目前已研制的常规试验段驻室空间狭小，不能满足安装轨迹捕获(CTS)及级间分离试验装置等投放特种试验装置的需要。而投放试验段为了实现大迎角范围运动，迎角机构弯刀支板会有部分结构进入挠性喷管段下框架，挠性喷管段留有相应的开槽空间以及试验段入位空间，迎角机构运动范围增大导致空腔承压与密封问题。

原有对试验段驻室进行优化的方式是采用两个螺旋升降机带两定位锥销将小驻室固定在喷管段上。而前述方式存在以下问题：首先，在现场安装调试时，考虑到实验过程中喷管段由于受载会推着试验段往超扩段方向移动，试验完后喷管段又退回到原位置，如果将小驻室固定在喷管段上可能会剪坏销轴；其次，传统密封是靠压缩橡胶变形来实现密封功能，由于实验需求，活动驻室需要反复升降，同时由于投放试验段入位时挠性喷管段开槽空间的限制，传统的橡胶密封垫或者橡胶密封棒不能满足使用需求；第三，由于活动驻室的结构外形特点及运动需求，其密封方式不能采用常规的端面法兰密封或平面充气密封，需要一个空间组合式的动密封结构。

因此，设计一个局部可变形的承压动密封驻室结构，用于密封迎角机构运动时所形成的空腔、承受流场建立时形成的压差，并解决投放试验段入位时挠性喷管段开槽空间的限制，是某超声速风洞试验设备设计过程中亟待解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种用于超声速风洞试验的变形驻室，该变形驻室是在传统驻室的基础上增加设计可升降的活动驻室，该活动驻室采用空间组合式的动密封结构，入位前，活动驻室沉降到试验段下驻室箱，到位后，活动驻室提升到预定位置，然后进行定位与密封，以保证试验的顺利进行。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于超声速风洞试验的变形驻室，包括固定驻室、L型法兰、充气密封圈、活动驻室、滑动组件以及螺旋升降机；

所述固定驻室呈长方体中空结构，包括驻室本体，所述驻室本体的一端具有L型缺口，所述缺口处形成呈L型圈状结构的连接端面；

所述L型法兰呈L型结构，包括一体成型的竖直部和水平部，竖直部和水平部上开设连通的窗口，所述窗口呈L型；所述窗口的侧壁上开设有密封槽；

所述充气密封圈包括一体成型的密封圈本体和充气管，所述密封圈本体呈L型圈状结构，密封圈本体安装于密封槽内；

所述活动驻室呈一侧面未封闭的长方体中空结构，包括一体成型的顶部、底部以及侧部，所述侧部为C型结构，侧部由左侧部、右侧部以及前侧部组成；在活动驻室的外表面上沿顶部、左侧部、右侧部未封闭端的外边缘设有门字型凸起Ⅰ，沿左侧部、前侧部、右侧部的下侧设有C型凸起Ⅱ，凸起Ⅰ与凸起Ⅱ相连，且其凸起面构成与密封圈相适配的密封面；

所述滑动组件和螺旋升降机安装于驻室本体的内腔中，滑动组件与活动驻室的外侧壁相连接，螺旋升降机的螺旋输出端与活动驻室的底部相连接，所述L型法兰与驻室本体缺口处的连接端面固定连接，螺旋升降机控制活动驻室在滑动组件的作用下沿竖直方向上下移动，活动驻室上升至试验位置，充气密封圈充气至与活动驻室的密封面紧接触从而与L型法兰形成密封腔体；试验完成后，充气密封圈放气至缩回密封槽，活动驻室下降至驻室本体内腔中。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，本发明是在传统驻室的基础上增加设计活动驻室，因而固定驻室的组成结构可参照现有技术进行设计。优选地，所述驻室本体包括开槽壁、左侧壁、右侧壁、前壁、后壁、下框架、上框架，所述左侧壁一端上部具有L型缺口从而形成台阶面A和竖直面A，右侧壁的一端上部具有L型缺口从而形成台阶面B和竖直面B，所述前壁与后壁的宽度相等，前壁的高度小于后壁的高度，所述后壁的高度与左侧壁、右侧壁相等，所述上框架的长度与左侧壁和右侧壁的上端面长度相等，上框架的宽度与前壁/后壁的宽度相等，所述下框架的长度与左侧壁和右侧壁的下端面长度相等，下框架的宽度与前壁/后壁的宽度相等；所述开槽壁呈C型平板结构；

所述前壁、左侧壁、后壁、右侧壁顺次固定连接形成矩形腔体，所述上框架与左侧壁、后壁、右侧壁的上端面固定连接，所述下框架与前壁、左侧壁、后壁、右侧壁的下端面固定连接，下框架与地面固定连接；所述开槽壁下表面四周分别与左侧壁的台阶面A、右侧壁的台阶面B、前壁顶部固定连接；开槽壁通过两根立柱与下框架固定连接，立柱位于驻室本体内腔中；开槽壁顶部、竖直面A、竖直面B共同形成用于与L型法兰相连接的连接端面。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，该变形驻室还包括至少两个支座，所述支座与L型法兰固定连接，起到加强L型法兰刚度的作用，便于L型法兰吊装。考虑到实际安装效果及成本，支座数量优选为两个。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，滑动组件的作用是使活动驻室在螺旋升降机的控制下在竖直方向稳定移动，在达到该目的的基础上，滑动组件的具体结构和数量可以根据本领域常规方式进行合理选择。在本发明中，所述滑动组件优选包括至少两条滑轨和与滑轨数量相适配的滑块，所述立柱上至少竖直设置有一条滑轨，活动驻室的左侧部、右侧部至少固定连接有一个与滑轨位置相适应的滑块，滑块与活动驻室的连接点位于凸起Ⅱ下方，滑块与滑轨滑动连接。进一步优选地，所述滑轨的数量为四条，滑块的数量为四个，每根立柱上竖直设置两条滑轨。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，充气密封圈充气压力太小，密封面贴合不紧，在试验过程中会因为结构振动与结构变形导致密封失效；充气压力过大，密封圈过度膨胀，在试验过程中会因为结构振动与结构变形导致充气密封圈破裂失效，因此充气压力的选择至关重要。经发明人反复试验发现，所述充气密封圈充气压力为0～0.4MPa，进行密封时优选当压力达到0.3～0.4MPa停止充气，进一步优选当压力达到0.4MPa停止充气，即可满足试验最佳要求。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，螺旋升降机具有自锁功能，活动驻室在螺旋升降级的控制下，升降降高度为1350mm，定位精度0.1mm。

上述用于超声速风洞试验的变形驻室，该装置在移进或移出风洞轴线时，活动驻室必须降到最底端，避免和喷管段干涉。驻室到达试验位置后，活动驻室需升到最顶端，之后开展风洞实验。本发明提供的用于超声速风洞试验的变形驻室的使用方法如下：

活动驻室通过滑动组件、螺旋升降机实现竖直方向的升降运动。所述活动驻室上升至试验位后，放置在L型法兰密封槽内的充气密封圈开始充气，充气密封圈逐渐膨胀，直至充气密封圈接触活动驻室的密封面并被压缩变形，充气压力达到设定压力后停止充气(充气密封装置可具有压力反馈和充气状态反馈)，此时充气密封圈与L型法兰形成密封腔体，从而实现承压动密封驻室变形，以满足超声速风洞实验需求；试验完成后，放置在L型法兰密封槽内的充气密封圈开始放气气，充气密封圈逐渐收缩，直到充气密封圈脱离活动驻室密封面并退回到密封槽内，充气压力降至0MPa时，活动驻室在螺旋升降机的控制下下降至驻室本体的内腔中，实现承压动密封驻室变形。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供的用于超声速风洞试验的变形驻室包括固定驻室、活动驻室、螺旋升降机、滑动组件、L型法兰以及充气密封圈，通过对固定驻室的结构进行优化后，安装活动驻室，有螺旋升降机和滑动组件控制活动驻室的升降，再由L型法兰和充气密封圈实现活动驻室与固定驻室之间的变形密封，在满足超声速风洞试验要求的前提下，基于活动驻室的设计，活动驻室与固定驻室是连通的，可有效解决迎角机构运动时所形成的空腔承压与密封问题、承受流场建立时形成的压差。

2.本发明提供的用于超声速风洞试验的变形驻室，充分考虑试验段入位时与喷管段之间的接口问题，活动驻室为可升降方式，入位前，活动驻室框架沉降到试验段下驻室箱，到位后，活动驻室框架提升到预定位置，解决了投放试验段入位时挠性喷管段开槽空间的限制的问题，提高了实验效率。

3.本发明提供的用于超声速风洞试验的变形驻室，基于活动驻室的结构外形特点，采用空间组合式的动密封结构，结构简单，使用方便，密封效果好。

4.本发明提供的用于超声速风洞试验的变形驻室，利用螺旋升降机和滑动组件对活动驻室的升降进行控制，可实现活动小驻室精确定位，定位精度可达到为0.1mm；总体而言，该变形驻室结构设计合理，安装简便，可有效提高试验效率，实用性强，值得进行推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明用于超声速风洞试验的变形驻室的主视图；

图2是本发明用于超声速风洞试验的变形驻室的左视图；

图3是图1中A-A方向的剖视图；

图4是图3中B-B方向的剖视图；

图5开槽壁结构示意图；

图6是L型法兰结构示意图；

图7是充气密封圈结构示意图；

图8是活动驻室结构示意图；

图9是螺旋升降机与活动驻室连接结构示意图；

图10是活动驻室下降后的结构示意图；

图11是活动驻室上升后的结构示意图；

图12是变形驻室与喷管段对接结构示意图；

图13是固定驻室内部迎角机构弯刀支板在不同位置的示意图。

附图标记说明：1、下框架；2、前壁；3、开槽壁；4、支座；5、活动驻室；6、L型法兰；7、后壁；8、左侧壁；9、上框架；10、充气密封圈；11、右侧壁；12、滑动组件；13、螺旋升降机；14、立柱；15、喷管段；16、弯刀支板。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本实施例中，用于超声速风洞试验的变形驻室如图1-3所示，包括固定驻室、支座4、活动驻室5、L型法兰6、充气密封圈10、滑动组件12以及螺旋升降机13。

如图1-2所示，固定驻室呈长方体中空结构，包括驻室本体，驻室本体的一端具有L型缺口，缺口处形成呈L型圈状结构的连接端面。驻室本体包括下框架1、前壁2、开槽壁3、后壁7、左侧壁8、上框架9和右侧壁11。左侧壁8一端上部具有L型缺口从而形成台阶面A和竖直面A，右侧壁11的一端上部具有L型缺口从而形成台阶面B和竖直面B。前壁2与后壁7的宽度相等，前壁2的高度小于后壁7的高度，后壁7的高度与左侧壁8、右侧壁11相等。上框架9的长度与左侧壁8和右侧壁11的上端面长度相等，上框架9的宽度与前壁2、后壁7的宽度相等。下框架1的长度与左侧壁8和右侧壁11的下端面长度相等，下框架1的宽度与前壁2/后壁7的宽度相等。如图5所示，开槽壁3呈C型平板结构。

前壁2、左侧壁8、后壁7、右侧壁11顺次固定连接形成矩形腔体，上框架9与后壁7、左侧壁8、右侧壁11的上端面固定连接，下框架1与前壁2、后壁7、左侧壁8、右侧壁11的下端面固定连接，下框架1还与地面固定连接。开槽壁3下表面四周分别与左侧壁8的台阶面A、右侧壁11的台阶面B、前壁2顶部固定连接；开槽壁3下表面左右两侧还分别通过一根立柱14与下框架1固定连接，立柱14位于驻室本体内腔中。开槽壁3的上表面、竖直面A、竖直面B共同形成用于与L型法兰6相连接的连接端面。固定驻室整体是由壳体和筋板焊接而组成的。

如图6所示，L型法兰6呈L型结构，包括一体成型的竖直部和水平部，竖直部和水平部上开设连通的窗口，窗口呈L型。沿窗口的侧壁开设有密封槽。如图7所示，充气密封圈10包括一体成型的密封圈本体和充气管，密封圈本体呈L型圈状结构，密封圈本体安装于密封槽内，充气管与充气装置相连接，充气装置具有压力反馈和充气状态反馈。L型法兰6与驻室本体缺口处的连接端面固定连接。

如图8所示，活动驻室5呈一侧面未封闭的长方体中空结构，包括一体成型的顶部、底部以及侧部，侧部为C型结构，由左侧部、右侧部以及前侧部组成，在活动驻室5的外表面上沿顶部、左侧部、右侧部未封闭端的外边缘设有门字型凸起Ⅰ，沿左侧部、前侧部、右侧部的下侧设有C型凸起Ⅱ，凸起Ⅰ与凸起Ⅱ相连，且其凸起面构成与密封圈相适配的密封面。活动驻室5整体是由壳体和内部筋板焊接而组成的。

如图3-4所示，滑动组件12包括四条滑轨和四个与滑轨相适配的滑块。每根立柱14上竖直设置两条滑轨，滑块与活动驻室5的左侧部、右侧部的外表面分别固定连接两个滑块，滑块与活动驻室的连接点位于凸起Ⅱ下方。滑块与滑轨滑动连接。

如图9所示，螺旋升降机13安装于驻室本体的内腔中，螺旋升降机13的螺旋输出端与活动驻室5底部的中心位置螺旋连接。螺旋升降机13具有自锁功能，活动驻室5在螺旋升降级的控制下沿滑轨上下滑动，升降高度为1350mm，定位精度0.1mm。活动驻室5上升至试验位置，充气密封圈10充气达到0.4MPa停止充气，充气密封圈10与活动驻室5密封面紧接触从而与L型法兰6形成密封腔体；试验完成后，充气密封圈10放气至缩回密封槽，活动驻室5下降至驻室本体内腔中。

为进一步展示本发明的原理和优点，对本实施例提供的用于超声速风洞试验的变形驻室的使用方法进行介绍如下：

如图10-11所示，活动驻室5通过滑动组件12、螺旋升降机13实现竖直方向的升降运动。活动驻室5上升至试验位后，放置在L型法兰6密封槽内的充气密封圈10开始充气，充气密封圈10逐渐膨胀，直至充气密封圈10接触活动驻室5的密封面并被压缩变形，充气压力达到设0.4MPa后停止充气，此时充气密封圈10与L型法兰6形成密封腔体，从而实现承压动密封驻室变形，以满足超声速风洞实验需求；试验完成后，放置在L型法兰6密封槽内的充气密封圈10开始放气气，充气密封圈10逐渐收缩，直到充气密封圈10脱离活动驻室5密封面并退回到密封槽内，充气压力降至0MPa时，活动驻室5在螺旋升降机13的控制下下降至驻室本体的内腔中，实现承压动密封驻室变形。

综上所述，本实施例提供的用于超声速风洞试验的变形驻室，如图12-13所示，充分考虑试验段入位时与喷管段15之间的接口问题，活动驻室5为可升降方式，在移进或移出风洞轴线时，活动驻室5沉降到试验段下驻室箱，避免和喷管段干涉。固定驻室到达试验位置后，活动驻室5需升到最顶端，之后开展风洞实验。有效解决了投放试验段入位时挠性喷管段15开槽空间的限制的问题，提高了实验效率。活动驻室5上升到实验位置后，活动驻室5与固定驻室是连通的，可有效解决迎角机构弯刀支板16运动时所形成的空腔承压与密封问题、承受流场建立时形成的压差。

Claims (8)

1.一种用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，包括固定驻室、活动驻室(5)、L型法兰(6)、充气密封圈(10)、滑动组件(12)以及螺旋升降机(13)；

所述固定驻室呈长方体中空结构，包括驻室本体，所述驻室本体的一端具有L型缺口，所述缺口处形成呈L型圈状结构的连接端面；

所述L型法兰(6)呈L型结构，包括一体成型的竖直部和水平部，竖直部和水平部上开设连通的窗口，所述窗口呈L型；所述窗口的侧壁上开设有密封槽；

所述充气密封圈(10)包括一体成型的密封圈本体和充气管，所述密封圈本体呈L型圈状结构，密封圈本体安装于密封槽内；

所述活动驻室(5)呈一侧面未封闭的长方体中空结构，包括一体成型的顶部、底部以及侧部，所述侧部为C型结构，侧部由左侧部、右侧部以及前侧部组成；在活动驻室(5)的外表面上沿顶部、左侧部、右侧部未封闭端的外边缘设有门字型凸起Ⅰ，沿左侧部、前侧部、右侧部的下侧设有C型凸起Ⅱ，凸起Ⅰ与凸起Ⅱ相连，且其凸起面构成与密封圈相适配的密封面；

所述滑动组件(12)和螺旋升降机(13)安装于驻室本体的内腔中，滑动组件(12)与活动驻室(5)的外侧壁相连接，螺旋升降机(13)的螺旋输出端与活动驻室(5)的底部相连接，所述L型法兰(6)与驻室本体缺口处的连接端面固定连接，螺旋升降机(13)控制活动驻室(5)在滑动组件(12)的作用下沿竖直方向上下移动，活动驻室(5)上升至试验位置，充气密封圈(10)充气至与活动驻室(5)的密封面紧接触从而与L型法兰(6)形成密封腔体；试验完成后，充气密封圈(10)放气至缩回密封槽，活动驻室(5)下降至驻室本体内腔中。

2.根据权利要求1所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述驻室本体包括下框架(1)、前壁(2)、开槽壁(3)、后壁(7)、左侧壁(8)、右侧壁(11)、上框架(9)，所述左侧壁(8)一端上部具有L型缺口从而形成台阶面A和竖直面A，右侧壁(11)的一端上部具有L型缺口从而形成台阶面B和竖直面B，所述前壁(2)与后壁(7)的宽度相等，前壁(2)的高度小于后壁(7)的高度，所述后壁(7)的高度与左侧壁(8)、右侧壁(11)相等，所述上框架(9)的长度与左侧壁(8)和右侧壁(11)的上端面长度相等，上框架(9)的宽度与前壁(2)/后壁(7)的宽度相等，所述下框架(1)的长度与左侧壁(8)和右侧壁(11)的下端面长度相等，下框架(1)的宽度与前壁(2)/后壁(7)的宽度相等；所述开槽壁(3)呈C型平板结构；

所述前壁(2)、左侧壁(8)、后壁(7)、右侧壁(11)顺次固定连接形成矩形腔体，所述上框架(9)与后壁(7)、左侧壁(8)、右侧壁(11)的上端面固定连接，所述下框架(1)与前壁(2)、后壁(7)、左侧壁(8)、右侧壁(11)的下端面固定连接，下框架(1)与地面固定连接；所述开槽壁(3)下表面四周分别与左侧壁(8)的台阶面A、右侧壁(11)的台阶面B、前壁(2)顶部固定连接；开槽壁(3)还分别通过两根立柱(14)与下框架(1)固定连接，立柱(14)位于驻室本体内腔中；开槽壁(3)上表面、竖直面A、竖直面B共同形成用于与L型法兰(6)相连接的连接端面。

3.根据权利要求2所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述滑动组件(12)包括至少两条滑轨和与滑轨数量相适配的滑块，所述立柱(14)上至少竖直设置有一条滑轨，活动驻室(5)的左侧部、右侧部至少固定连接有一个与滑轨位置相适应的滑块，滑块与活动驻室(5)的连接点位于凸起Ⅱ下方，滑块与滑轨滑动连接。

4.根据权利要求3所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述滑轨的数量为四条，滑块的数量为四个，每根立柱上竖直设置两条滑轨。

5.根据权利要求1所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述充气密封圈(10)进行密封时，充气压力为0.3-0.4MPa。

6.根据权利要求1所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，该变形驻室还包括至少两个支座(4)，所述支座(4)与L型法兰(6)固定连接。

7.根据权利要求1所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述支座(4)的数量为两个。

8.根据权利要求1-5任一所述用于超声速风洞试验的变形驻室，其特征在于，所述活动驻室(5)的升降高度为1350mm，定位精度0.1mm。

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