CN114235326A - 一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及风洞洞体结构的领域，具体公开了一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构，包括机构壳体、分体质量块，机构壳体连接于风洞压缩管末段位置的外部，机构壳体沿着风洞轴线方向导向滑动于地基面上，分体质量块嵌设于机构壳体内，达到了确保风洞流场建立过程中，质量缓冲机构能承受冲击载荷和轴向载荷，减小冲击载荷对风洞洞体损坏，保证洞体部件之间安装精度。
Description
技术领域
本申请涉及风洞洞体结构的技术领域，特别是一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构。
背景技术
自由活塞激波风洞运行时，因为活塞运动和被驱动气体流动产生作用于风洞洞体上冲击载荷和轴向载荷，为了减小冲击载荷和轴向载荷对风洞洞体结构损坏和对风洞洞体安装精度破坏，需要研发专用设备承受上述载荷。
发明内容
本发明是为了解决以下问题：自由活塞激波风洞运行时，压缩驱动气体活塞撞击刹车机构停止后，对风洞洞体作用冲击载荷；被驱动气体通过型面喷管段建立试验流场后，产生轴向载荷作用于风洞洞体；为了减小冲击载荷和轴向载荷对风洞洞体结构损坏和对风洞洞体安装精度破坏，本申请公开了一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构，同时以质量缓冲机构为基础设计全新风洞支撑系统，有效解决风洞运行时洞体承载问题。
具体采用如下的技术方案：
一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构，包括机构壳体、分体质量块，机构壳体连接于风洞压缩管末段位置的外部，机构壳体沿着风洞轴线方向导向滑动于地基面上，分体质量块嵌设于机构壳体内。
在上述的质量缓冲机构中，所述机构壳体包括上壳体和下壳体，上壳体正对下壳体的侧面固定连接有至少两个上抱箍，下壳体正对上壳体的侧面固定连接有至少两个下抱箍，上抱箍和下抱箍正对，压缩管位于上抱箍和下抱箍之间，上抱箍伸出上壳体的端部固定连接有上连接法兰，下抱箍与上连接法兰正对的端部连接有下连接法兰，压缩管外固定连接有固定法兰，上连接法兰和下连接法兰与固定法兰连接，上壳体和下壳体之间螺栓连接。
在上述的质量缓冲机构中，所述上壳体和下壳体均开设有质量块安装槽，分体质量块底部固定连接有与质量块安装槽相适配的定位块，分体质量块放置于质量块安装槽内。
在上述的质量缓冲机构中，所述上壳体和下壳体的底部固定连接有竖直的定位销，定位销插设于分体质量块内，每个分体质量块设置至少两个定位销。
在上述的质量缓冲机构中，所述上壳体和下壳体的侧面均设置有安装孔，安装孔内设置有螺栓，螺栓沿着垂直于定位销的方向穿过上壳体或下壳体、以及分体质量块。
在上述的质量缓冲机构中，所述上壳体包括上侧环壳体、上底壳体，上底壳体固定连接于上侧环壳体的底部，上底壳体底部固定连接有与上抱箍轴线平行的竖直的支撑板，支撑板与上抱箍固定连接，上底壳体底部固定连接有竖直的分隔板，分隔板垂直于上抱箍的轴线；下壳体包括下侧环壳体、下底壳体，下底壳体固定连接于下侧环壳体的底部，下底壳体底部固定连接与下抱箍轴线平行的竖直的支撑板，支撑板与下抱箍固定连接，下底壳体底部固定连接竖直的分隔板，分隔板垂直于下抱箍的轴线。
在上述的质量缓冲机构中，所述上壳体和下壳体的支撑板均设置相互平行的三个，下壳体的支撑板的顶部均与下抱箍固定连接。
在上述的质量缓冲机构中，所述机构壳体与地基面之间设置有复位装置，复位装置包括电动缸、水平耳座、竖直耳座，竖直耳座固定连接于地基面上，水平耳座连接于下壳体上，电动高连接于水平耳座和竖直耳座之间。
在上述的质量缓冲机构中，所述复位装置设置两个，均位于机构壳体导向滑动的一端。
自由活塞激波风洞运行时，风洞洞体冲击载荷和轴向作用下，风洞洞体整体产生一定位移，试验结束后，复位装置推动质量缓冲机构和压缩管等洞体部件整体回复到初始位置。
在上述的质量缓冲机构中，所述自由活塞激波风洞按照顺气流方向布置：压缩管、第一膜片段、激波管、第二膜片段、喷管和试验段，压缩管和压缩管外的质量缓冲机构采用滑动支撑，激波管、喷管段和第一膜片段和第二膜片段采用定位滚轮支撑。
以质量缓冲机构为基础，设计风洞洞体支撑结构，为保证风洞试验稳定性，将试验段固定并不承受风洞运行载荷；以质量缓冲机构为基础，合理布置风洞洞体部件支撑结构形式，激波管和质量缓冲机构采用滑动支撑放置在地基预制面上，而将质量缓冲机构下游部件喷管段、激波管和膜片段采用定位滚轮支撑。参考动力减震器原理，在轴向载荷作用下，振荡发生在喷管段、激波管和膜片段等部件上，而质量缓冲机构和压缩管不发生振荡，这样结构布置充分发挥质量缓冲机构作用，在确定试验段固定并不承受载荷条件下，以质量缓冲机构为基础的全新风洞支撑结构，即承受冲击载荷和轴向载荷同时，又保护活塞运动路径—压缩管安装精度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.质量缓冲机构提高自由活塞激波风洞运行时风洞洞体对冲击载荷和轴向载荷的承载能力，保护部件不被损坏同时保持部件安装精度；
2.自由活塞激波风洞在试验段固定并不承受风洞运行载荷条件下，以质量缓冲机构为基础建立风洞洞体部件支撑系统，保证风洞试验段稳定基础上，最大程度上减小风洞建立流场过程对风洞试验影响。
附图说明
图1为本申请具体实施方式中质量缓冲机构装配图；
图2为质量缓冲机构的下壳体装配图；
图3为质量缓冲机构的上壳体装配图；
图4为分体质量块；
图5为复位装置的结构示意图；
图6为风洞支撑结构的整体布置图。
附图标记说明：
101、机构壳体；102、分体质量块；103、复位装置；104、定位块；
21、上侧环壳体；22、上底壳体；23、支撑板；24、分隔板；
31、下侧环壳体；32、下底壳体；
201、下壳体；202、质量块安装槽；203、定位销；204、安装孔；205、螺栓；206、下抱箍；207、下连接法兰；
301、上壳体；302、上抱箍；303、上连接法兰；
501、水平耳座；502、电动缸；503、竖直耳座；
601、型面喷管段滚动导轨支撑；602、激波管定位滚轮支撑；603、第一膜片段定位滚轮支撑；604、压缩管滑动支撑。
701、压缩管；702、固定法兰。
具体实施方式
下面结合附图1-6和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
自由活塞激波风洞运行时候，在压缩管内运动活塞压缩驱动气体，当活塞运动到压缩管末端时，其末端刹车机构使活塞停止运动，活塞与刹车机构接触过程产生将产生作用在风洞洞体上冲击载荷。被压缩后的驱动气体通过第一膜片段后继续压缩激波管内被驱动气体，激波管内被驱动气体通过第二膜片段和型面喷管在试验段内建立流场，被驱动气体的流动将产生逆气流方向轴向载荷作用于风洞洞体。在轴向载荷和冲击载荷共同作用下，不仅可能损坏风洞洞体结构部件，还会改变风洞洞体安装精度，影响活塞运动路径顺畅。为减少自由活塞激波风洞流场建立过程产生冲击载荷和轴向载荷对风洞试验影响，须将安装试验设备的试验段固定，并且试验段不承受风洞运行载荷，减少风洞运行对试验过程干扰，有效保护试验段内试验设备。在试验段固定并不承受载荷条件下，为避免冲击载荷和轴向载荷对风洞洞体结构损坏，减少对风洞洞体安装精度影响，本申请实施例公开一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构。同时以质量缓冲机构为基础设计全新布置自由活塞风洞洞体支撑形式。
参照图1，一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构，包括机构壳体101、分体质量块102，为了更好发挥质量缓冲机构承受冲击载荷和轴向载荷的功能，机构壳体101连接于风洞压缩管701末段位置的外部，机构壳体101沿着风洞轴线方向导向滑动于地基面上，分体质量块102嵌设于机构壳体101内。分体质量块102和机构壳体101有重量较大，使得质量缓冲机构能够承受活塞撞击刹车机构产生冲击载荷，保护风洞洞体结构，压缩段稳定。
以风洞气动总体提供风洞建立流场时，活塞对风洞洞体作用冲击载荷和轴向载荷为基础，估算出质量缓冲机构的总体质量，为提高质量缓冲机构使用覆盖范围和加工安装良好工艺性，将质量缓冲机构设计成质量在一定范围内可以调整结构形式。
参照图2和图3，机构壳体101包括上壳体301和下壳体201，上壳体301和下壳体201采用整体焊接框架结构，需要焊后整体热处理后加工，上壳体301正对下壳体201的侧面固定连接有至少两个上抱箍302，下壳体201正对上壳体301的侧面固定连接有至少两个下抱箍206，上抱箍302和下抱箍206正对，压缩管701位于上抱箍302和下抱箍206之间，上抱箍302伸出上壳体301的端部固定连接有上连接法兰303，下抱箍206与上连接法兰303正对的端部连接有下连接法兰207，压缩管701外固定连接有固定法兰702，上连接法兰303和下连接法兰207与固定法兰702连接，上壳体301和下壳体201之间通过法兰连接螺栓205拉紧。通过固定法兰702与机构壳体101的连接、以及上抱箍302和下抱箍206的连接，将质量缓冲机构壳体101与压缩管701连接。
参照图2和图3，上壳体301包括上侧环壳体21、上底壳体22，上底壳体22固定连接于上侧环壳体21的底部，上底壳体22底部固定连接有与上抱箍302轴线平行的竖直的支撑板23，支撑板23与上抱箍302固定连接，上底壳体22底部固定连接有竖直的分隔板24，分隔板24垂直于上抱箍302的轴线；下壳体201包括下侧环壳体31、下底壳体32，下底壳体32固定连接于下侧环壳体31的底部，下底壳体32底部固定连接与下抱箍206轴线平行的竖直的支撑板23，支撑板23与下抱箍206固定连接，上壳体301和下壳体201的支撑板23均设置相互平行的三个，下壳体201的支撑板23的顶部均与下抱箍206固定连接，下底壳体32底部固定连接竖直的分隔板24，分隔板24垂直于下抱箍206的轴线。
参照图3和图4，上壳体301的上表面、下壳体201的上表面开设有质量块安装槽202，分体质量块102底部固定连接有与质量块安装槽202相适配的定位块104，分体质量块102放置于质量块安装槽202内。上壳体301和下壳体201的底部固定连接有竖直的定位销203，定位销203插设于分体质量块102内，每个分体质量块102设置至少两个定位销203。上壳体301和下壳体201的侧面、支撑板23均设置有安装孔204，安装孔204内设置有螺栓205，螺栓205沿着垂直于定位销203的方向穿过上壳体301或下壳体201、以及分体质量块102。质量块上开设数个吊环螺钉安装螺孔。上壳体301、下壳体201内部分别安装16个分体式质量块。每个单独的分体质量块102通过定位柱销放置到质量块安装槽202后，使用螺栓205穿过下壳体201或上壳体301将质量块固定锁紧。结合穿过上壳体301或下壳体201侧壁面的螺栓205将质量块牢靠固定在结构壳体内部。
参照图1和图5，质量缓冲机构放置在固定在地基钢板上，采用导向滑动支撑，下壳体201与钢板之间可以相互滑动，机构壳体101与地基面之间设置有复位装置103，复位装置103由分别安装在下壳体201和地基上，具体的，复位装置103包括电动缸502、水平耳座501、竖直耳座503，竖直耳座503固定连接于地基面上，水平耳座501连接于下壳体201上，电动高连接于水平耳座501和竖直耳座503之间。复位装置103设置两个，均位于机构壳体101导向滑动的一端。试验时将电动缸502与质量缓冲机构壳体101断开连接，避免冲击载荷对复位装置103损坏。试验完成后连接到下壳体201两侧的复位装置103将质量缓冲机构和压缩管701回复到初始位置。
试验时将电动缸502与质量缓冲机构壳体101断开连接，避免冲击载荷对复位装置103损坏。试验完成后连接到下壳体201两侧的复位装置103将质量缓冲机构和压缩管701回复到初始位置。
参照图6，自由活塞激波风洞按照顺气流方向布置：压缩管701、第一膜片段、激波管、第二膜片段、喷管和试验段。试验段因为不承受风洞建立流场所产生的载荷，所以不参与承载设计。压缩管701和压缩管701外的质量缓冲机构采用滑动支撑，激波管、喷管段和第一膜片段和第二膜片段采用定位滚动支撑。具体的，定位滚动支撑包括支撑座和转动连接于支撑座上的滚轮，滚轮与通体部件同轴，且滚轮与洞体部件的周向抵接。
在压缩管701内运动活塞压缩驱动气体，当活塞运动到压缩管701末端时，压缩管701末端刹车装置将迫使活塞停止运动，活塞撞击刹车装置产生冲击载荷将主要由质量缓冲机构承受，质量缓冲机构安装在压缩管701最末端，为了使得质量缓冲机构更好承受冲击载荷，又能保护作为活塞运动路径的压缩管701受冲击载荷影响较小，将压缩管701支撑设计成抱箍滑动支撑，质量缓冲机构支撑采用具有一定导向滑动支撑。
在压缩管701内被活塞压缩的驱动气体通过第一膜片段后，驱动气体继续压缩激波管内被驱动气体，被驱动气体通过第二膜片段后经过型面喷管段后在试验段内建立试验流场，气体在激波管和型面喷管段内流动产生作用于风洞洞体上与气流方向相反轴向载荷，轴向载荷作用在除试验段之外其他洞体设备上，前文所述为承受冲击载荷质量缓冲机构和压缩管701采用滑动支撑，故以质量缓冲机构和压缩管701支撑为基础，参考动力减震器原理，将型面喷管段、第二膜片段、激波管和第一膜片段采用支架上定位导向支撑。
当冲击载荷和轴向载荷作用风洞洞体上时，质量缓冲机构承受大部分冲击载荷，在轴向载荷作用下，按照动力减震器原理，质量缓冲机构下游部件—第一膜片段、激波管、第二膜片段和型面喷管段产生一定振荡，以上部件采用定位导向支撑，产生振荡后，仍能保证上述部件基本定位精度；而此时质量缓冲机构和压缩管701静止不动，保证活塞运动路径—压缩管701安装精度。
自由活塞激波风洞建立流场过程中，在试验段固定并不承受载荷条件下，以设计研发的质量缓冲机构为基础，设计风洞洞体支撑结构，确保风洞洞体在冲击载荷和轴向载荷作用下，不损坏洞体部件，不破坏洞体部件安装精度。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：包括机构壳体(101)、分体质量块(102)，机构壳体(101)连接于风洞压缩管(701)末段位置的外部，机构壳体(101)沿着风洞轴线方向导向滑动于地基面上，分体质量块(102)嵌设于机构壳体(101)内。
2.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述机构壳体(101)包括上壳体(301)和下壳体(201)，上壳体(301)正对下壳体(201)的侧面固定连接有至少两个上抱箍(302)，下壳体(201)正对上壳体(301)的侧面固定连接有至少两个下抱箍(206)，上抱箍(302)和下抱箍(206)正对，压缩管(701)位于上抱箍(302)和下抱箍(206)之间，上抱箍(302)伸出上壳体(301)的端部固定连接有上连接法兰(303)，下抱箍(206)与上连接法兰(303)正对的端部连接有下连接法兰(207)，压缩管(701)外固定连接有固定法兰(702)，上连接法兰(303)和下连接法兰(207)与固定法兰(702)连接，上壳体(301)和下壳体(201)之间螺栓(205)连接。
3.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述上壳体(301)和下壳体(201)均开设有质量块安装槽(202)，分体质量块(102)底部固定连接有与质量块安装槽(202)相适配的定位块(104)，分体质量块(102)放置于质量块安装槽(202)内。
4.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述上壳体(301)和下壳体(201)的底部固定连接有竖直的定位销(203)，定位销(203)插设于分体质量块(102)内，每个分体质量块(102)设置至少两个定位销(203)。
5.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述上壳体(301)和下壳体(201)的侧面均设置有安装孔(204)，安装孔(204)内设置有螺栓(205)，螺栓(205)沿着垂直于定位销(203)的方向穿过上壳体(301)或下壳体(201)、以及分体质量块(102)。
6.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述上壳体(301)包括上侧环壳体(21)、上底壳体(22)，上底壳体(22)固定连接于上侧环壳体(21)的底部，上底壳体(22)底部固定连接有与上抱箍(302)轴线平行的竖直的支撑板(23)，支撑板(23)与上抱箍(302)固定连接，上底壳体(22)底部固定连接有竖直的分隔板(24)，分隔板(24)垂直于上抱箍(302)的轴线；下壳体(201)包括下侧环壳体(31)、下底壳体(32)，下底壳体(32)固定连接于下侧环壳体(31)的底部，下底壳体(32)底部固定连接与下抱箍(206)轴线平行的竖直的支撑板(23)，支撑板(23)与下抱箍(206)固定连接，下底壳体(32)底部固定连接竖直的分隔板(24)，分隔板(24)垂直于下抱箍(206)的轴线。
7.根据权利要求6所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述上壳体(301)和下壳体(201)的支撑板(23)均设置相互平行的三个，下壳体(201)的支撑板(23)的顶部均与下抱箍(206)固定连接。
8.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述机构壳体(101)与地基面之间设置有复位装置(103)，复位装置(103)包括电动缸(502)、水平耳座(501)、竖直耳座(503)，竖直耳座(503)固定连接于地基面上，水平耳座(501)连接于下壳体(201)上，电动高连接于水平耳座(501)和竖直耳座(503)之间。
9.根据权利要求8所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述复位装置(103)设置两个，均位于机构壳体(101)导向滑动的一端。
10.根据权利要求1所述的自由活塞激波风洞质量缓冲机构，其特征在于：所述自由活塞激波风洞按照顺气流方向布置：压缩管(701)、第一膜片段、激波管、第二膜片段、喷管和试验段，压缩管(701)和压缩管(701)外的质量缓冲机构采用滑动支撑，激波管、喷管段和第一膜片段和第二膜片段采用定位滚轮支撑。
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2021
- 2021-11-30 CN CN202111445852.8A patent/CN114235326A/zh active Pending
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