CN112697382A - 一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，包括以下四个环节步骤：a.将模型机构的支撑基础设置为独立基础平台，在独立基础平台与试验段基础之间设置隔振缝隙；b.将下机构的试验段下驻室安装在独立基础平台上，用矩形波纹管来消除与试验段主驻室连接的扩压器设备产生的振动；c.喷管与试验段之间采用充气密封结构的连接方式，杜绝振动经试验段传递到模型机构上；d.上机构采用两个门型桁架组成的板凳式结构进行支撑，实现上机构与试验段上驻室的振动隔离。本发明通过采用独立基础平台支撑，避免地面振动传递到模型机构上；通过采用充气密封结构，避免喷管等主体设备的振动传递到模型机构上，且隔振效果好。

Description

一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法

技术领域

本发明涉及高超声速风洞设备领域，具体来说，涉及一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法。

背景技术

高超声速风洞是开展高超声速飞行器设计与性能评估的重要地面试验设备。试验段是高超声速风洞进行模型试验的场所，也是试验人员与风洞接触较多的地方，主要用于安装调整飞行器试验模型姿态的模型机构、测量天平和测量传感器、风洞流场观察等。高超声速风洞模型机构系统一般包括多个自由度的上机构和下机构，上机构和下机构上安装飞行器试验模型和测量天平，用于开展飞行器试验模型不同状态、不同姿态下的轴向力、法向力、侧向力以及力矩等重要的设计参数；上机构和下机构还用于开展模型压力、热流等测量。在试验过程中，模型机构按照预先设定的运动参数进行位置、角度的实时运动来模拟飞行器在空中的飞行姿态。模型机构的上机构和下机构分别安装在试验段的上驻室和下驻室内部。

在风洞吹风过程中，用于给风洞提供试验介质的高压气源管道与阀门系统在快速阀门启动后，高速气流的在管道中运动会造成管道与阀门的产生剧烈振动，振动通过管道支撑传递到地面，再通过地面传递到试验段的基础上，如果不采取隔振措施，这种振动会通过试验段传递到模型机构上；另外，经过加热、均流的高速气流经过风洞稳定段、喷管形成高超声速流动后也会产生低频的振动，如果试验段与喷管连接处不采取隔振措施的话，这种低频振动也通过试验段传递到模型机构上。

因不同的试验状态造成振动频率不同，无法通过数据处理或其他方法进行消除，这些振动传递到用于测量模型受力状态的天平上会造成测量数据的不准确，就无法提供可靠、真实的试验数据。因此，模型机构系统要求将周围设备产生的或其它来源的振动隔离，防止传递到机构上影响飞行器试验气动力、热流、表面压力等测量精度。

为了消除风洞运行过程中产生的振动传递到模型机构上从而影响飞行器气动力测量精度，当前，亟需发展一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法。

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试验段内模型机构的隔振方法，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：

一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，包括以下四个环节步骤：

a.将用于安装模型机构系统的支撑基础设置为独立基础平台，在独立基础平台与试验段基础之间设置隔振缝隙，隔振缝隙内部填充细沙、隔振棉或泡沫板，独立基础平台采用多根桩基支撑在地下的岩石层上；

b.将模型机构系统中的下机构的试验段下驻室安装在模型机构的独立基础平台上，通过事先预埋的地脚螺栓固定，地脚螺栓与试验段下驻室的底板通过焊接方式来实现真空密封，在试验段下驻室与试验段主驻室之间设置矩形波纹管，用矩形波纹管来消除与试验段主驻室连接的扩压器设备产生的振动；

c.喷管与试验段之间采用充气密封结构的连接方式，充气密封圈采用硅橡胶制作，喷管出口段与试验段主驻室上的充气密封结构之间的密封间隙设置在5～7mm，充气密封圈充气压力设置为0.3～0.6MPa，充气密封圈与喷管出口段外圆之间通过线接触密封，通过这种方式消除了通过喷管加速形成的高超声速流动带来的低频振动传递到试验段上，从而杜绝振动经试验段传递到模型机构上；

d.模型机构系统中的上机构采用两个门型桁架组成的板凳式结构进行支撑，在试验段主驻室两个端面的上方设置四个带法兰的连接管，两个门型桁架分别穿过试验段上的四个连接管，连接管与门型桁架分别通过四个圆形波纹管实现连接与密封；门型桁架的立柱安装在模型机构的独立基础平台上的四个水泥制成的方形立柱上，通过地脚螺栓固定连接，实现模型机构系统中的上机构与试验段上驻室的振动隔离。

进一步地，在环节步骤a中：

a1.所述模型机构的独立基础平台为钢筋混凝土结构，且其由多根圆柱桩基、下驻室安装区和上机构的四个基础方形立柱组成；圆柱桩基在施工时，确保桩基孔挖到岩石层以下；

a2.所述模型机构的独立基础平台，其极限承载强度为其上方设备总载荷的3倍以上，该总载荷具体为模型机构的上机构和下机构的重量、上机构支撑门型桁架的重量、试验段下驻室的重量、模型机构运动时冲击载荷、模型试验时气动载荷的总和；

a3.所述模型机构的独立基础平台上用于安装上机构的方形立柱为钢筋混凝土结构，方形立柱的尺寸大小需满足独立基础平台极限承载强度的需求；

a4.所述模型机构的独立基础平台与试验段基础之间的隔振缝隙宽度L在200mm以上，隔振缝隙之间填充细沙或隔振填充棉。

进一步地，在环节步骤b中：

b1.所述试验段下驻室为方箱结构，用于存放安装模型机构的下机构，并提供安装和检修空间；试验段下驻室底板上设置有与独立基础平台的连接螺栓孔和安装模型机构的下机构的连接螺栓孔；试验段下驻室的上端为方形法兰，法兰上设置有密封槽；

b2.所述矩形波纹管为方形结构，其截面尺寸与试验段下驻室的截面相同，矩形波纹管的高度L1＞500mm；矩形波纹管的两端为方形法兰结构，方形法兰尺寸与试验段下驻室上端的方形法兰相同；矩形波纹管外四周设置安装和运输用拉杆；矩形波纹管的内外均设置有波纹节保护套。

进一步地，在环节步骤c中：

c1.所述充气密封结构包括充气密封圈安装段、充气密封圈以及配套的小型充气压缩机、软管、阀门；充气密封圈截面形状为矩形、梯形或酒杯形；

c2.喷管出口段与试验段主驻室上的充气密封结构之间的密封间隙为5～7mm，充气密封圈充气压力为0.3～0.6MPa，充气密封圈与喷管出口段外圆通过线接触密封。

进一步地，在环节步骤d中：

d1.所述安装模型上机构的门型桁架采用方钢制作，该门型桁架包括两个立柱、一根横梁、一根加强辅助梁三部分，各段之间采用螺栓连接，便于运输与现场安装；在横梁的两侧位置各设置一个法兰，法兰内孔为方形孔，孔尺寸与方钢的外截面尺寸相同，法兰与横梁焊接在一起，并与试验段上的圆形波纹管连接，门型桁架在承受上机构的重量后中间的挠度变形小于1mm；

d2.所述安装模型上机构的门型桁架在现场安装就位后，在试验段外，两个门型桁架之间设置连接梁，增加门型桁架的稳定性；

d3.所述试验段主驻室两个端面上方的四个带法兰的连接管与试验段主驻室焊接连接，焊接时保证法兰面的垂直度以及四个孔的相对位置度符合要求，四个连接管焊接完成后安装圆形波纹管。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，通过采用独立基础支撑方式解决了地面振动传递到模型机构上的问题，施工简单。

2、本发明提供的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，通过采用充气密封结构方式解决了喷管等主体设备等的振动传递到模型机构上的问题，结构简单，且隔振效果好。

3、本发明提供的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，通过在试验段主驻室和试验段下驻室之间设置矩形波纹管，进一步隔离了与试验段连接的设备产生的振动传递到模型机构下机构上，矩形波纹管的设置也同时解决了试验段主驻室和下驻室因加工偏差造成的安装间隙补偿调整的问题。

4、本发明提供的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，通过门型桁架配合波纹管的模型机构上机构支撑方式，有效隔离了与试验段连接的设备产生的振动传递到模型机构的上机构上。

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高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法中总装主视图；

图2是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法总装侧视图；

图3是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的模型机构的独立基础平台俯视图；

图4是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的模型机构的独立基础平台剖视图；

图5是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的充气密封结构图；

图6是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的桁架结构组装俯视图；

图7是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的桁架组装结构侧视图；

图8是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的桁架结构组装右视图；

图9是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的矩形波纹管主视图；

图10是根据本发明实施例的高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法的矩形波纹管侧视图。

图中：

1、独立基础平台；2、试验段基础；3、隔振缝隙；4、下机构；5、试验段下驻室；6、矩形波纹管；7、充气密封结构；8、喷管出口段；9、试验段主驻室；10、上机构；11、门型桁架；12、连接管；13、圆形波纹管；14、方形立柱；15、圆柱桩基；16、下驻室安装区；17、试验段上驻室；18、充气密封圈安装段；19、充气密封圈；20、立柱；21、横梁；22、加强辅助梁；23、法兰；24、连接梁。

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，

请参阅图1-10，一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，包括以下四个环节步骤：

a.将用于安装模型机构系统的支撑基础设置为独立基础平台1，在独立基础平台1与试验段基础2之间设置隔振缝隙3，隔振缝隙3内部填充细沙、隔振棉或泡沫板，独立基础平台1采用多根桩基支撑在地下的岩石层上；

b.将模型机构系统中的下机构4的试验段下驻室5安装在模型机构的独立基础平台1上，通过事先预埋的地脚螺栓固定，地脚螺栓与试验段下驻室5的底板通过焊接方式来实现真空密封，在试验段下驻室5与试验段主驻室9之间设置矩形波纹管6，用矩形波纹管6来消除与试验段主驻室9连接的扩压器设备产生的振动；

c.喷管与试验段之间采用充气密封结构7的连接方式，充气密封圈19采用硅橡胶制作，喷管出口段8与试验段主驻室9上的充气密封结构7之间的密封间隙设置在5～7mm，充气密封圈19充气压力设置为0.3～0.6MPa，充气密封圈19与喷管出口段8外圆之间通过线接触密封，通过这种方式消除了通过喷管加速形成的高超声速流动带来的低频振动传递到试验段上，从而杜绝振动经试验段传递到模型机构上；

d.模型机构系统中的上机构10采用两个门型桁架11组成的板凳式结构进行支撑，在试验段主驻室9两个端面的上方设置四个带法兰的连接管12，两个门型桁架11分别穿过试验段上的四个连接管12，连接管12与门型桁架11分别通过四个圆形波纹管13实现连接与密封；门型桁架11的立柱安装在模型机构的独立基础平台1上的四个水泥制成的方形立柱14上，通过地脚螺栓固定连接，实现模型机构系统中的上机构10与试验段上驻室17的振动隔离。

在环节步骤a中：

a1.所述模型机构的独立基础平台1为钢筋混凝土结构，且其由多根圆柱桩基15、下驻室安装区16和上机构10的四个基础方形立柱14组成；圆柱桩基15在施工时，确保桩基孔挖到岩石层以下；

a2.所述模型机构的独立基础平台1，其极限承载强度为其上方设备总载荷的3倍以上，该总载荷具体为模型机构的上机构10和下机构4的重量、上机构10支撑门型桁架11的重量、试验段下驻室5的重量、模型机构运动时冲击载荷、模型试验时气动载荷的总和；

a3.所述模型机构的独立基础平台1上用于安装上机构10的方形立柱14为钢筋混凝土结构，方形立柱14的尺寸大小需满足独立基础平台1极限承载强度的需求；

a4.所述模型机构的独立基础平台1与试验段基础2之间的隔振缝隙3宽度L在200mm以上，隔振缝隙3之间填充细沙或隔振填充棉。

在环节步骤b中：

b1.所述试验段下驻室5为方箱结构，用于存放安装模型机构的下机构4，并提供安装和检修空间；试验段下驻室5底板上设置有与独立基础平台1的连接螺栓孔和安装模型机构的下机构4的连接螺栓孔；试验段下驻室5的上端为方形法兰，法兰上设置有密封槽；

b2.所述矩形波纹管6为方形结构，其截面尺寸与试验段下驻室5的截面相同，矩形波纹管6的高度L1＞500mm；矩形波纹管6的两端为方形法兰结构，方形法兰尺寸与试验段下驻室5上端的方形法兰相同；矩形波纹管6外四周设置安装和运输用拉杆；矩形波纹管6的内外均设置有波纹节保护套。

在环节步骤c中：

c1.所述充气密封结构7包括充气密封圈安装段18、充气密封圈19以及配套的小型充气压缩机、软管、阀门；充气密封圈19截面形状为矩形、梯形或酒杯形；

c2.喷管出口段8与试验段主驻室9上的充气密封结构7之间的密封间隙为5～7mm，充气密封圈19充气压力为0.3～0.6MPa，充气密封圈19与喷管出口段8外圆通过线接触密封。

在环节步骤d中：

d1.所述安装模型上机构10的门型桁架11采用方钢制作，该门型桁架11包括两个立柱20、一根横梁21、一根加强辅助梁22三部分，各段之间采用螺栓连接，便于运输与现场安装；在横梁21的两侧位置各设置一个法兰23，法兰23内孔为方形孔，孔尺寸与方钢的外截面尺寸相同，法兰23与横梁21焊接在一起，并与试验段上的圆形波纹管13连接，门型桁架11在承受上机构10的重量后中间的挠度变形小于1mm；

d2.所述安装模型上机构的门型桁架11在现场安装就位后，在试验段外，两个门型桁架11之间设置连接梁24，增加门型桁架11的稳定性；

d3.所述试验段主驻室9两个端面上方的四个带法兰的连接管12与试验段主驻室9焊接连接，焊接时保证法兰面的垂直度以及四个孔的相对位置度符合要求，四个连接管12焊接完成后安装圆形波纹管13。

本发明的有益效果：

本发明中，通过采用独立基础支撑方式解决了地面振动传递到模型机构上的问题，施工简单。

本发明中，通过采用充气密封结构方式解决了喷管等主体设备等的振动传递到模型机构上的问题，结构简单，且隔振效果好。

本发明中，通过在试验段主驻室和试验段下驻室之间设置矩形波纹管，进一步隔离了与试验段连接的设备产生的振动传递到模型机构下机构上，矩形波纹管的设置也同时解决了试验段主驻室和下驻室因加工偏差造成的安装间隙补偿调整的问题。

本发明中，通过门型桁架配合波纹管的模型机构上机构支撑方式，有效隔离了与试验段连接的设备产生的振动传递到模型机构的上机构上。

本发明一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法还可推广应用于类似需要进行隔振的机构或设备上。

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 (5)

1.一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，其特征在于：包括以下四个环节步骤：

a.将用于安装模型机构系统的支撑基础设置为独立基础平台(1)，在独立基础平台(1)与试验段基础(2)之间设置隔振缝隙(3)，隔振缝隙(3)内部填充细沙、隔振棉或泡沫板，独立基础平台(1)采用多根桩基支撑在地下的岩石层上；

b.将模型机构系统中的下机构(4)的试验段下驻室(5)安装在模型机构的独立基础平台(1)上，通过事先预埋的地脚螺栓固定，地脚螺栓与试验段下驻室(5)的底板通过焊接方式来实现真空密封，在试验段下驻室(5)与试验段主驻室(9)之间设置矩形波纹管(6)，用矩形波纹管(6)来消除与试验段主驻室(9)连接的扩压器设备产生的振动；

c.喷管与试验段之间采用充气密封结构(7)的连接方式，充气密封圈(19)采用硅橡胶制作，喷管出口段(8)与试验段主驻室(9)上的充气密封结构(7)之间的密封间隙设置在5～7mm，充气密封圈(19)充气压力设置为0.3～0.6MPa，充气密封圈(19)与喷管出口段(8)外圆之间通过线接触密封，通过这种方式消除了通过喷管加速形成的高超声速流动带来的低频振动传递到试验段上，从而杜绝振动经试验段传递到模型机构上；

d.模型机构系统中的上机构(10)采用两个门型桁架(11)组成的板凳式结构进行支撑，在试验段主驻室(9)两个端面的上方设置四个带法兰的连接管(12)，两个门型桁架(11)分别穿过试验段上的四个连接管(12)，连接管(12)与门型桁架(11)分别通过四个圆形波纹管(13)实现连接与密封；门型桁架(11)的立柱安装在模型机构的独立基础平台(1)上的四个水泥制成的方形立柱(14)上，通过地脚螺栓固定连接，实现模型机构系统中的上机构(10)与试验段上驻室(17)的振动隔离。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，其特征在于，在环节步骤a中：

a1.所述模型机构的独立基础平台(1)为钢筋混凝土结构，且其由多根圆柱桩基(15)、下驻室安装区(16)和上机构(10)的四个基础方形立柱(14)组成；圆柱桩基(15)在施工时，确保桩基孔挖到岩石层以下；

a2.所述模型机构的独立基础平台(1)，其极限承载强度为其上方设备总载荷的3倍以上，该总载荷具体为模型机构的上机构(10)和下机构(4)的重量、上机构(10)支撑门型桁架(11)的重量、试验段下驻室(5)的重量、模型机构运动时冲击载荷、模型试验时气动载荷的总和；

a3.所述模型机构的独立基础平台(1)上用于安装上机构(10)的方形立柱(14)为钢筋混凝土结构，方形立柱(14)的尺寸大小需满足独立基础平台(1)极限承载强度的需求；

a4.所述模型机构的独立基础平台(1)与试验段基础(2)之间的隔振缝隙(3)宽度L在200mm以上，隔振缝隙(3)之间填充细沙或隔振填充棉。

3.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，其特征在于，在环节步骤b中：

b1.所述试验段下驻室(5)为方箱结构，用于存放安装模型机构的下机构(4)，并提供安装和检修空间；试验段下驻室(5)底板上设置有与独立基础平台(1)的连接螺栓孔和安装模型机构的下机构(4)的连接螺栓孔；试验段下驻室(5)的上端为方形法兰，法兰上设置有密封槽；

b2.所述矩形波纹管(6)为方形结构，其截面尺寸与试验段下驻室(5)的截面相同，矩形波纹管(6)的高度L1＞500mm；矩形波纹管(6)的两端为方形法兰结构，方形法兰尺寸与试验段下驻室(5)上端的方形法兰相同；矩形波纹管(6)外四周设置安装和运输用拉杆；矩形波纹管(6)的内外均设置有波纹节保护套。

4.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，其特征在于，在环节步骤c中：

c1.所述充气密封结构(7)包括充气密封圈安装段(18)、充气密封圈(19)以及配套的小型充气压缩机、软管、阀门；充气密封圈(19)截面形状为矩形、梯形或酒杯形；

c2.喷管出口段(8)与试验段主驻室(9)上的充气密封结构(7)之间的密封间隙为5～7mm，充气密封圈(19)充气压力为0.3～0.6MPa，充气密封圈(19)与喷管出口段(8)外圆通过线接触密封。

5.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞试验段内模型机构的隔振方法，其特征在于，在环节步骤d中：

d1.所述安装模型上机构(10)的门型桁架(11)采用方钢制作，该门型桁架(11)包括两个立柱(20)、一根横梁(21)、一根加强辅助梁(22)三部分，各段之间采用螺栓连接，便于运输与现场安装；在横梁(21)的两侧位置各设置一个法兰(23)，法兰(23)内孔为方形孔，孔尺寸与方钢的外截面尺寸相同，法兰(23)与横梁(21)焊接在一起，并与试验段上的圆形波纹管(13)连接，门型桁架(11)在承受上机构(10)的重量后中间的挠度变形小于1mm；

d2.所述安装模型上机构的门型桁架(11)在现场安装就位后，在试验段外，两个门型桁架(11)之间设置连接梁(24)，增加门型桁架(11)的稳定性；

d3.所述试验段主驻室(9)两个端面上方的四个带法兰的连接管(12)与试验段主驻室(9)焊接连接，焊接时保证法兰面的垂直度以及四个孔的相对位置度符合要求，四个连接管(12)焊接完成后安装圆形波纹管(13)。

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