CN112665816A - 一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，包括支撑平台框架和传动链，滑轨安装座内固定安装有线性滑轨，线性滑轨上通过滑块滑动安装有前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座，前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座上均安装有喷管支座；传动链包括双级涡轮减速机、伺服电机、钢丝绳驱动轮、电磁离合器、钢丝绳固定桩、钢丝绳、滑轮组以及钢丝绳导向块。本发明通过滑轨滑块运动副加钢丝滑轮传动，喷管运动灵活，不易发生故障，造价成本低，提高了喷管更换安装复位精度，安装简单；本发明结构简单，操作方便，劳动强度低，喷管更换效率高，复位定位精度高，可推广应用于不同类型风洞的轴对称喷管支撑。

Description

一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置

技术领域

本发明涉及高超声速风洞试验设备领域，具体来说，涉及一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置。

背景技术

轴对称型面喷管是高超声速风洞的一个核心部件，其流场品质性能直接决定了风洞的性能。常规高超声速风洞一般有多套不同马赫数的喷管来满足飞行器不同试验状态的需要，高超声速风洞一般是一个马赫数对应一套喷管，通过更换不同马赫数喷管来满足不同飞行器地面模拟试验的需要。

高超声速风洞在更换不同马赫数试验状态时，需要更换喷管。常规的喷管拆卸步骤为：首先将喷管与稳定段之间的连接螺栓打开，喷管朝试验段方向移动一定的距离，提供用于稳定段拆卸与吊装的间隙，然后利用厂房内的行车吊开稳定段，将喷管退出试验段并吊走。喷管复原安装步骤为：首先更换需要的喷管并伸入到试验段内一定的距离，安装稳定段并与过渡段连接，然后喷管后退与稳定段连接紧固。

喷管安装以及更换复位后都需要保证喷管出口端面与风洞轴线垂直，喷管中心轴线与风洞中心同轴，喷管出口中心到试验段两个侧面的距离相同，来确保更换后喷管的流向角以及模型安装相对位置与上一套喷管相同，保证飞行器试验数据的重复性和精度。

高超声速风洞喷管支撑常规的方式一般采用固定支座与水泥基础螺栓连接方式，或者采用小车+轨道的方式支撑，喷管放置在支撑小车上，沿地面铺设的轨道行走。

喷管支撑采用固定支撑方式，更换拆卸喷管时，喷管朝试验段方向的移动需要用起重机整体吊起喷管，脱离支撑座顶面一定的距离并保持水平，通过起重机运动来实现喷管的移动，因起重机运动时速度调节不可控，导致喷管上下左右摆动，有时会导致喷管或其他设备被撞伤；在喷管复位时，还需要通过反复测量，用辅助工具调整来保证喷管的安装精度。采用固定支撑方式，整个喷管更换过程耗时耗力，并存在很大的安全风险。

喷管支撑采用小车+轨道的固定支撑方式时，在更换拆卸喷管时，用人工或起重机辅助的方式推动小车运动，使喷管朝试验段方向移动，这种方式比固定支撑方式要方便省力一些，但因小车车轮与轨道之间有间隙，并且轨道在铺设时两条轨道与风洞中心左右不对称度，两条轨道的轨道头存在高差，喷管复位后也要不停的调整小车左右方向来保证喷管的安装精度，复位后的重复性精度差。

上述两种喷管支撑方式，对于口径小重量轻的喷管来说，保证安装精度可以通过不断的进行测量调整来实现。但对于大口径喷管来说，喷管长度更长，重量更大，喷管就位安装与调整就变的更加困难。为了满足大口径喷管的安装与更换复位精度要求，缩短喷管更换时间，降低更换安装难度，亟需发展一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，包括支撑平台框架和传动链，所述支撑平台框架上焊接有两条滑轨安装座，所述支撑平台框架的两端横梁上各设置两个吊装孔，在支撑平台框架后端的主横梁上焊接有钢丝绳固定桩的安装底座，该安装底座上开设有四个螺纹孔II；在支撑平台框架的两侧焊接有与地面安装固定的耳板，耳板上开设有用于安装膨胀螺栓的螺栓孔I，所述支撑平台框架的两端中心位置设置有中心刻度线；

所述滑轨安装座内通过滑轨固定螺钉固定安装有线性滑轨，所述线性滑轨上通过与线性滑轨配套使用的滑块滑动安装有前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座，所述中支撑支座设置有一组、两组或多组；所述前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座上均安装有喷管支座，且前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座之间通过支座连杆连接在一起；

所述传动链包括双级涡轮减速机、伺服电机、钢丝绳驱动轮、电磁离合器、钢丝绳固定桩、钢丝绳、滑轮组以及钢丝绳导向块，伺服电机与双级涡轮减速机连接后固定在前支撑驱动座上，电磁离合器安装在双级涡轮减速机的输出端上，钢丝绳驱动轮与电磁离合器连接，钢丝绳固定桩与支撑平台框架上的安装底座螺栓连接；滑轮组的滑轮安装在后支撑从动座的底部，钢丝绳两端固定在钢丝绳固定桩上，且钢丝绳分别穿过钢丝绳导向块、滑轮组和钢丝绳驱动轮。

进一步地，所述前支撑驱动座设置为T型结构，所述前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座上均开设有用于安装滑块的沉头螺钉通孔I、与喷管底座连接的螺纹孔III以及用于固定支座连杆的螺纹孔V；且所述前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座的下部表面均开设有用于减重的方形沉槽。

进一步地，所述前支撑驱动座、中支撑支座以及后支撑从动座均由厚度不低于3cm的碳钢板制成；且所述前支撑驱动座上开设有用于固定双级涡轮减速机的螺纹孔IV，所述后支撑从动座上开设有用于固定滑轮组的螺纹孔VI。

进一步地，所述支撑平台框架由方管焊接而成，两条滑轨安装座由条形钢板制成。

进一步地，还包括有控制箱以及与控制箱实现远程无线连接的遥控器，所述控制箱的控制输出端与伺服电机的电控端连接，所述控制箱上具备上电、断电、离合器合、离合器松、前进、后退的控制键，且控制箱上还具备上电显示屏。

进一步地，所述双级涡轮减速机的减速比根据喷管在轨道上的运动速度控制在5～10m/min进行确定。

进一步地，所述钢丝绳固定桩为圆形锻件制成的大小头结构桩，钢丝绳固定桩的大头端法兰上加工有螺钉孔，且钢丝绳固定桩的小头端上设置有用于固定钢丝绳的环槽，钢丝绳通过钢丝绳固定卡固定在环槽内。

进一步地，所述滑轮组由滑轮轴、滑轮、深沟轴承、弹簧挡圈组成，其中滑轮和滑轮轴均由45#钢锻件加工制成；所述滑轮为圆盘结构，其上加工有钢丝绳槽；滑轮轴为大小头结构，轴法兰上加工有与后支撑从动座连接的螺钉孔，滑轮轴通过连接螺钉固定在后支撑从动座的下部。

进一步地，所述喷管支座上还安装有用于调节喷管上下、左右位置的上下调整螺钉组和左右调整顶丝。

进一步地，还包括有机械限位结构和电气限位开关，其中，机械限位结构包括固定座、中心带有台阶孔的非金属圆柱和安装螺钉，机械限位结构安装在支撑平台框架的两端，所述电气限位开关的安装在前支撑驱动座和后支撑从动座前后运动的极限位置处。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，通过滑轨滑块运动副加钢丝滑轮传动，喷管运动灵活，不易发生故障，造价成本低；

2、本发明提供的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，整体采用撬装结构，提高了喷管更换安装复位精度，安装简单，不需要制作专用的水泥基础，大大降低了大口径喷管安装更换难度；

3、本发明提供的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，采用了电驱动加遥控的操作方式，提高了喷管更换效率，降低了更换的劳动强度，从而提高了风洞试验效率；

4、本发明提供的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，能够自动补偿喷管在风洞运行过程中因冲击载荷或热膨胀产生的位移；

5、本发明提供的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，一套装置可以满足多个马赫数喷管使用。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面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来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置俯视图；

图2是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置主视图；

图3是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置剖视图；

图4是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置支撑平台框架俯视图；

图5是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置支撑平台框架侧视图；

图6是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置前支撑驱动座俯视图；

图7是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置前支撑驱动座剖视图；

图8是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置中支撑驱动座俯视图；

图9是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置中支撑驱动座剖视图；

图10是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置后支撑驱动座俯视图；

图11是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置后支撑驱动座剖视图；

图12是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置钢丝绳固定桩结构图；

图13是根据本发明实施例的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置滑轮组结构图。

图中：

1、支撑平台框架；2、线性滑轨；3、滑轨固定螺钉；4、滑轨安装座；5、前支撑驱动座；6、双级涡轮减速机；7、伺服电机；8、中支撑支座；9、后支撑从动座；10、左右调整顶丝；11、上下调整螺钉组；12、滑块；13、滑块固定螺钉；14、钢丝绳驱动轮；15、电磁离合器；16、膨胀螺栓；17、钢丝绳固定桩；18、钢丝绳；19、支座连杆；20、钢丝绳导向块；21、滑轮组；22、机械限位结构；26、固定螺纹孔I；27、吊装孔；28、安装底座；29、螺纹孔II；30、耳板；31、螺栓孔I；32、沉头螺钉通孔I；33、螺纹孔III；34、螺纹孔IV；35、螺纹孔V；36、螺纹孔VI；37、钢丝绳固定卡；38、滑轮轴；39、滑轮；40、深沟轴承；41、弹簧挡圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据本发明的实施例，

本发明所要解决的技术问题是提供一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，满足不同马赫数喷管的使用与更换安装需要，至少在提高喷管更换难度和效率、提供喷管复位精度上达到良好的效果。

请参阅图1-13，一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，包括支撑平台框架1和传动链，所述支撑平台框架1上焊接有两条滑轨安装座4，所述支撑平台框架1的两端横梁上各设置两个吊装孔27，在支撑平台框架1后端的主横梁上焊接有钢丝绳固定桩17的安装底座28，该安装底座28上开设有四个螺纹孔II 29；在支撑平台框架1的两侧焊接有与地面安装固定的耳板30，耳板30上开设有用于安装膨胀螺栓16的螺栓孔I 31，所述支撑平台框架1的两端中心位置设置有中心刻度线；

所述滑轨安装座4内通过滑轨固定螺钉3固定安装有线性滑轨2，所述线性滑轨2上通过与线性滑轨2配套使用的滑块12滑动安装有前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9，所述中支撑支座8设置有一组、两组或多组；所述前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9上均安装有喷管支座，且前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9之间通过支座连杆19连接在一起；

所述传动链包括双级涡轮减速机6、伺服电机7、钢丝绳驱动轮14、电磁离合器15、钢丝绳固定桩17、钢丝绳18、滑轮组21以及钢丝绳导向块20，伺服电机7与双级涡轮减速机6连接后固定在前支撑驱动座5上，电磁离合器15安装在双级涡轮减速机6的输出端上，钢丝绳驱动轮14与电磁离合器15连接，钢丝绳固定桩17与支撑平台框架1上的安装底座28螺栓连接；滑轮组21的滑轮39安装在后支撑从动座9的底部，钢丝绳18两端固定在钢丝绳固定桩17上，且钢丝绳18分别穿过钢丝绳导向块20、滑轮组21和钢丝绳驱动轮14。

具体的，所述前支撑驱动座5设置为T型结构，所述前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9上均开设有用于安装滑块12的沉头螺钉通孔I 32、与喷管底座连接的螺纹孔III 33以及用于固定支座连杆19的螺纹孔V 35；且所述前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9的下部表面均开设有用于减重的方形沉槽。在线性滑轨2上还开设有与滑轨固定螺钉3配合的固定螺纹孔I 26，滑块12分别通过滑块固定螺钉13安装在前支撑驱动座5、中支撑支座8、后支撑从动座9下部。

具体的，所述前支撑驱动座5、中支撑支座8以及后支撑从动座9均由厚度不低于3cm的碳钢板制成；且所述前支撑驱动座5上开设有用于固定双级涡轮减速机6的螺纹孔IV34，所述后支撑从动座9上开设有用于固定滑轮组21的螺纹孔VI 36。

具体的，所述支撑平台框架1由方管焊接而成，两条滑轨安装座4由条形钢板制成。

具体的，还包括有控制箱以及与控制箱实现远程无线连接的遥控器，所述控制箱的控制输出端与伺服电机7的电控端连接，所述控制箱上具备上电、断电、离合器合、离合器松、前进、后退的控制键，且控制箱上还具备上电显示屏。

具体的，所述双级涡轮减速机6的减速比根据喷管在轨道上的运动速度控制在5～10m/min进行确定。而所述电磁离合器15的选型根据扭矩确定，扭矩根据伺服电机7的功率以及电磁离合器15的转速确定，具体的电磁离合器15选型计算公式为M＝P*975/n，其中M为电磁离合器15的扭矩，P为伺服电机7的功率，n为电磁离合器15的转速。

具体的，所述钢丝绳固定桩17为圆形锻件制成的大小头结构桩，钢丝绳固定桩17的大头端法兰上加工有螺钉孔，且钢丝绳固定桩17的小头端上设置有用于固定钢丝绳18的环槽，钢丝绳18通过钢丝绳固定卡37固定在环槽内。

具体的，所述滑轮组21由滑轮轴38、滑轮39、深沟轴承40、弹簧挡圈41组成，其中滑轮39和滑轮轴38均由45#钢锻件加工制成；所述滑轮39为圆盘结构，其上加工有钢丝绳槽；滑轮轴38为大小头结构，轴法兰上加工有与后支撑从动座9连接的螺钉孔，滑轮轴38通过连接螺钉固定在后支撑从动座9的下部。

具体的，所述喷管支座上还安装有用于调节喷管上下、左右位置的上下调整螺钉组11和左右调整顶丝10。

具体的，还包括有机械限位结构22和电气限位开关，其中，机械限位结构22包括固定座、中心带有台阶孔的非金属圆柱和安装螺钉，机械限位结构22安装在支撑平台框架1的两端，所述电气限位开关的安装在前支撑驱动座5和后支撑从动座9前后运动的极限位置处。

具体在实施时，本发明喷管整套支撑装置采用撬装结构，喷管支撑装置制造并装配完成后，在喷管支撑装置的两端设置中心刻度线，整体运输到安装现场，调整喷管支撑装置中心刻度线与风洞中心线重合后通过膨胀螺栓16与水泥地面连接固定。喷管安装就位后，电磁离合器15与钢丝绳驱动轮14断电脱离，保证喷管因冲击或热膨胀的情况下自由伸缩移动。

在更换不同马赫数喷管试验状态时拆卸的步骤为：将喷管与稳定段的连接螺栓打开，控制箱上电，电磁离合器15合闸，用遥控器控制喷管朝试验段方向运动一定的距离，提供用于稳定段的间隙，将稳定段退到的空余位置上；用遥控器控制喷管退出试验段，拆卸喷管与本发明支撑装置之间的连接螺栓并吊走。

复原安装步骤为：将需要更换的喷管放置到本发明支撑装置上，通过上下左右的调节螺钉组调整位置并与支撑平台框架1固定，用遥控器控制喷管伸入到试验段内一定的距离，稳定段退回到原来安装位置，然后喷管后退与稳定段连接紧固，断开电磁离合器15并断电。

本发明的有益效果：本发明通过滑轨滑块运动副加钢丝滑轮传动，喷管运动灵活，不易发生故障，造价成本低；本发明整体采用撬装结构，提高了喷管更换安装复位精度，安装简单，不需要制作专用的水泥基础，大大降低了大口径喷管安装更换难度；本发明采用了电驱动加遥控的操作方式，提高了喷管更换效率，降低了更换的劳动强度，从而提高了风洞试验效率；本发明能够自动补偿喷管在风洞运行过程中因冲击载荷或热膨胀产生的位移；本发明一套装置可以满足多个马赫数喷管使用。

综上，本发明的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，结构简单，操作方便，劳动强度低，喷管更换效率高，复位定位精度高，可推广应用于不同类型风洞的轴对称喷管支撑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于：包括支撑平台框架(1)和传动链，所述支撑平台框架(1)上焊接有两条滑轨安装座(4)，所述支撑平台框架(1)的两端横梁上各设置两个吊装孔(27)，在支撑平台框架(1)后端的主横梁上焊接有钢丝绳固定桩(17)的安装底座(28)，该安装底座(28)上开设有四个螺纹孔II(29)；在支撑平台框架(1)的两侧焊接有与地面安装固定的耳板(30)，耳板(30)上开设有用于安装膨胀螺栓(16)的螺栓孔I(31)，所述支撑平台框架(1)的两端中心位置设置有中心刻度线；

所述滑轨安装座(4)内通过滑轨固定螺钉(3)固定安装有线性滑轨(2)，所述线性滑轨(2)上通过与线性滑轨(2)配套使用的滑块(12)滑动安装有前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)，所述中支撑支座(8)设置有一组、两组或多组；所述前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)上均安装有喷管支座，且前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)之间通过支座连杆(19)连接在一起；

所述传动链包括双级涡轮减速机(6)、伺服电机(7)、钢丝绳驱动轮(14)、电磁离合器(15)、钢丝绳固定桩(17)、钢丝绳(18)、滑轮组(21)以及钢丝绳导向块(20)，伺服电机(7)与双级涡轮减速机(6)连接后固定在前支撑驱动座(5)上，电磁离合器(15)安装在双级涡轮减速机(6)的输出端上，钢丝绳驱动轮(14)与电磁离合器(15)连接，钢丝绳固定桩(17)与支撑平台框架(1)上的安装底座(28)螺栓连接；滑轮组(21)的滑轮(39)安装在后支撑从动座(9)的底部，钢丝绳(18)两端固定在钢丝绳固定桩(17)上，且钢丝绳(18)分别穿过钢丝绳导向块(20)、滑轮组(21)和钢丝绳驱动轮(14)。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述前支撑驱动座(5)设置为T型结构，所述前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)上均开设有用于安装滑块(12)的沉头螺钉通孔I(32)、与喷管底座连接的螺纹孔III(33)以及用于固定支座连杆(19)的螺纹孔V(35)；且所述前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)的下部表面均开设有用于减重的方形沉槽。

3.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述前支撑驱动座(5)、中支撑支座(8)以及后支撑从动座(9)均由厚度不低于3cm的碳钢板制成；且所述前支撑驱动座(5)上开设有用于固定双级涡轮减速机(6)的螺纹孔IV(34)，所述后支撑从动座(9)上开设有用于固定滑轮组(21)的螺纹孔VI(36)。

4.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述支撑平台框架(1)由方管焊接而成，两条滑轨安装座(4)由条形钢板制成。

5.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，还包括有控制箱以及与控制箱实现远程无线连接的遥控器，所述控制箱的控制输出端与伺服电机(7)的电控端连接，所述控制箱上具备上电、断电、离合器合、离合器松、前进、后退的控制键，且控制箱上还具备上电显示屏。

6.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述双级涡轮减速机(6)的减速比根据喷管在轨道上的运动速度控制在5～10m/min进行确定。

7.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述钢丝绳固定桩(17)为圆形锻件制成的大小头结构桩，钢丝绳固定桩(17)的大头端法兰上加工有螺钉孔，且钢丝绳固定桩(17)的小头端上设置有用于固定钢丝绳(18)的环槽，钢丝绳(18)通过钢丝绳固定卡(37)固定在环槽内。

8.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述滑轮组(21)由滑轮轴(38)、滑轮(39)、深沟轴承(40)、弹簧挡圈(41)组成，其中滑轮(39)和滑轮轴(38)均由45#钢锻件加工制成；所述滑轮(39)为圆盘结构，其上加工有钢丝绳槽；滑轮轴(38)为大小头结构，轴法兰上加工有与后支撑从动座(9)连接的螺钉孔，滑轮轴(38)通过连接螺钉固定在后支撑从动座(9)的下部。

9.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，所述喷管支座上还安装有用于调节喷管上下、左右位置的上下调整螺钉组(11)和左右调整顶丝(10)。

10.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大口径喷管支撑装置，其特征在于，还包括有机械限位结构(22)和电气限位开关，其中，机械限位结构(22)包括固定座、中心带有台阶孔的非金属圆柱和安装螺钉，机械限位结构(22)安装在支撑平台框架(1)的两端，所述电气限位开关的安装在前支撑驱动座(5)和后支撑从动座(9)前后运动的极限位置处。

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