CN114279673B - 一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，涉及气动热防护地面模拟试验技术领域。该扩压段包括至少三片投影为扇形的水冷叶片，通过相邻的水冷叶片的一侧依次重叠拼接而成锥形筒状的扩压段，扩压段的外周面的中部套设有与其固定连接的支撑环，支撑环两侧设置有套于扩压段表面的主滑环和副滑环，主滑环上连接有主推拉杆，副滑环上连接有副推拉杆，通过主推拉杆和副推拉杆，带动主滑环和副滑环沿扩压段外周面均向远离或靠近支撑环一侧滑动，可改变相邻的水冷叶片的重叠面积，进而改变扩压段出入口面积。本发明扩压段结构出入口面积可以根据喷管出口实际情况方便调节，提高风洞运行效率，又能防止高温气流外溢，保护试验舱段。
Description
技术领域
本发明涉及气动热防护地面模拟试验技术领域，尤其是涉及一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构。
背景技术
高速飞行器外防热材料进行热防护地面模拟试验时，通常需要在电弧风洞中进行，电弧风洞是一种利用电弧加热空气形成高温高速气流，流过高速飞行器外防热材料，达到加热考核目的设备，其主要结构包括加热器、喷管、扩压段、冷却器以及其他附属配件。
其中，扩压段的作用是收集高温气体，降低气体的速度，提高气体的压力。根据常规压力-真空风洞设计要求，当扩压段的入口直径通常为喷管出口直径的1.2倍时，自由射流条件下，高温气流能够比较容易进入扩压段。但是随着高速飞行器设计水平的提高，各类先进的高速飞行器需要考核的状态越来越高，试验的模型尺寸越来越大，导致喷管出口气流偏角过大，由于扩压段入口是固定的，高温气流不能被扩压段全部收集，导致部分外溢，进而使得试验舱温度过高，导致试验失败。因此，需要频繁针对不同大小的模型设计扩压段入口面积的大小，既费时费力，又降低了试验效率，延长了试验周期。
鉴于上述原因，本发明提出一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其入口面积可以根据喷管出口的实际情况进行调节，能提高风洞运行效率，又能防止高温气流外溢，保护试验舱段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，该扩压段结构的出入口面积可以根据喷管出口的实际情况进行调节，防止高温气流外溢，保护试验舱段，提高风洞运行效率。
本发明提供一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，包括：至少三片投影为扇形的水冷叶片，通过相邻的所述水冷叶片的一侧依次重叠拼接而成锥形筒状的扩压段，扩压段的外周面的中部套设有与其固定连接的支撑环，所述支撑环的两侧分别设置有套于扩压段外周面上的主滑环和副滑环，所述主滑环上连接有主推拉杆，所述副滑环上连接有副推拉杆，拉动或推动所述主推拉杆和所述副推拉杆，可带动所述主滑环和所述副滑环沿所述扩压段外周面均向远离或靠近所述支撑环一侧滑动，改变相邻的所述水冷叶片的重叠面积，进而改变扩压段出入口的面积。
优选地，所述水冷叶片由两片表面为弧面的曲面扇形组件一体连接而成，其中，第一曲面扇形组件的内表面与第二曲面扇形组件的外表面位于同一弧面上，所述第一曲面扇形组件的外表面和第二曲面扇形组件的外表面通过斜面衔接，所述第一曲面扇形组件的内表面和第二曲面扇形组件的内表面通过斜面连接。
优选地，所述水冷叶片的第二曲面扇形组件的一侧伸入与其相邻的所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的内侧与其相重叠，且重叠面积可通过拉动或推动所述主推拉杆和所述副推拉杆进行调节。
优选地，各片所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的外表面上设置有与其固定连接的固定安装座，所述固定安装座的顶端开设有安装孔，所述支撑环穿过各个所述固定安装座上安装孔，围于扩压段的外周面中部。
优选地，扩压段的面积较大一端为扩压段入口，扩压段的面积较小一端为扩压段出口，各片所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的外表面上还设置有主滑环安装座和副滑环安装座，所述主滑环安装座设置于所述固定安装座的靠近扩压段入口一端，所述副滑环安装座设置于所述固定安装座的靠近所述扩压段出口一端，所述主滑环安装座和所述副滑环安装座的顶端均开设有安装孔，所述主滑环穿过各个所述主滑环安装座上的安装孔，所述副滑环穿过各个所述副滑环安装座上的安装孔，所述主滑环可在外力作用下与各个所述主滑环安装座一体沿扩压段外周面滑动，所述副滑环在外力作用下与各个所述副滑环安装座一体沿扩压段外周面滑动。
优选地，所述支撑环与设置于地面上的固定支架相连接。
优选地，所述支撑环、所述主滑环和所述副滑环均为弹力环。
优选地，所述水冷叶片内部设有中空腔体，中空腔体内流通有冷却水。
优选地，所述水冷叶片的外表面上开设有冷却水入口和冷却水出口。
优选地，所述第一曲面扇形组件和所述第二曲面扇形组件的厚度相等。
本发明的技术方案通过至少三片投影为扇形的水冷叶片相邻一侧重叠拼接而成锥形筒状的扩压段，扩压段的外周面中部套设有用于对其支撑承重的支撑环，在支撑环的两侧设置有套在外周面上的主滑环和副滑环，主滑环和副滑环可分别在主推拉杆和副推拉杆的推拉作用下沿扩压段的外周面滑动，当二者一起向远离支撑环方向滑动时，主滑环和副滑环会给予扩压段径向的收紧力，且主滑环和副滑环一定程度撑开，在收紧力作用下，水冷叶片间产生相对滑动，但由于其轴向被支撑环固定无法移动，则在径向方向相对收紧，重叠面积增大，使扩压段出入口面积变小，同理，当主推拉杆和副推拉杆均推动主滑环和副滑环向靠近支撑环方向滑动时，受主滑环和副滑环回弹力作用，水冷叶片间相对分开，其重叠面积减小，使扩压段出入口面积变大。在实际热防护地面模拟试验中，可以根据喷管出口的高温气流的实际情况进行调节，能防止高温气流外溢，提高风洞运行效率，保护试验舱段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明扩压段的整体结构示意图；
图2为本发明中水冷叶片的结构示意图。
附图标记说明：
101：扩压段；2：水冷叶片；201：第一曲面扇形组件；202：第二曲面扇形组件；3：支撑环；4：主滑环；5：副滑环；6：主推拉杆；7：副推拉杆；8：固定安装座；9：主滑环安装座；10：副滑环安装座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，包括：至少三片投影为扇形的水冷叶片2，通过相邻的水冷叶片1的一侧依次重叠拼接而成锥形筒状的扩压段101。
扩压段101的外周面的中部套设有与其固定连接的支撑环3，支撑环3与设置于地面上的固定支架相连接，用于对扩压段101进行支撑，承载其重力。
支撑环3的两侧分别设置有套在扩压段101外周面上的主滑环4和副滑环5，其中，主滑环4靠近扩压段101的入口(即锥形筒的面积较大一端端口)，副滑环5靠近扩压段101的出口(即锥形筒的面积较小一端端口)。在本实施例中，支撑环3、主滑环4和副滑环5均为有一定弹力的弹力环，可以适应扩压段101的出入口面积变化过程中，其径向变化对支撑环3、主滑环4和副滑环5的作用，主滑环4的直径＞支撑环3的直径＞副滑环5的直径。
主滑环4上可转动连接有主推拉杆6，副滑环5上可转动连接有副推拉杆7，方便对主推拉杆6或副推拉杆7施加作用力。通过拉动或推动主推拉杆6和副推拉杆7，可带动主滑环4和副滑环5沿扩压段101外周面均向远离或靠近支撑环3一侧滑动，使水冷叶片2在主滑环4和副滑环5的收紧力或回弹力作用下，产生径向方向的相对移动，可改变相邻的水冷叶片2的重叠面积，进而改变扩压段101的出入口的面积。
具体地，水冷叶片2的数量以5～6片为最佳，在本实施例中，扩压段101由6片水冷叶片2依次部分重叠拼接而成，水冷叶片2的内部为中空腔体，中空腔体内流通有冷却水，用防止在扩压过程中，对高温气流进行一定程度冷却，配合扩压段101的结构，使其流速降低，水冷叶片2的外表面上开设有冷却水入口和冷却水出口。水冷叶片2独立水冷，与统一水冷相比水冷效率更高，水冷更充分，且更方便更换维修。
如图2所示，在本实施例中，水冷叶片2由两片表面为弧面的曲面扇形组件一体连接而成，其中，第一曲面扇形组件201的内表面与第二曲面扇形组件202的外表面位于同一弧面上，第一曲面扇形组件201的内表面与第二曲面扇形组件202的厚度相等，且第一曲面扇形组件201的外表面和第二曲面扇形组件202的外表面通过斜面衔接，第一曲面扇形组件201的内表面和第二曲面扇形组件202的内表面通过斜面连接。水冷叶片2的第二曲面扇形组件202的一侧伸入与其相邻的水冷叶片2的第一曲面扇形组件201的内侧与其相重叠，且重叠面积可通过拉动或推动主推拉杆6和副推拉杆7进行调节。
在本实施例中，如图1所示，6片水冷叶片2的第一曲面扇形组件201的外表面的中心均设置有与其固定连接的固定安装座8，固定安装座8的顶端开设有安装孔，支撑环3穿过各片水冷叶片2表面的固定安装座8上的安装孔，围在扩压段101的外周面中部。
在本实施例中，6片水冷叶片2的第一曲面扇形组件201的外表面上还设置有主滑环安装座9和副滑环安装座10，主滑环安装座9设置在固定安装座8的靠近扩压段101的入口一端，副滑环安装座10设置在固定安装座8的靠近扩压段101的出口一端。主滑环安装座9和副滑环安装座10的顶端均开设有安装孔，其中，主滑环4穿过各个主滑环安装座9上的安装孔，副滑环5穿过各个副滑环安装座10上的安装孔，主滑环4可在外力作用下与主滑环安装座9一体沿扩压段101的外周面滑动，副滑环5在外力作用下与副滑环安装座10一体沿扩压段101的外周面滑动。
本发明扩压段101出入口面积调节流程如下：
通过主推拉杆6和副推拉杆7的推拉作用，对主滑环4和副滑环5提供轴向力，使其沿扩压段101的外周面滑动，当二者一起向远离支撑环3方向滑动时，主滑环4和副滑环5由于弹性在一定程度撑开，会给予扩压段101径向的收紧力，在收紧力作用下，各个水冷叶片2间产生相对滑动，但由于其轴向被支撑环固定无法移动，则在径向方向相对收紧，重叠面积增大，使扩压段101的出入口面积变小；同理，当主推拉杆6和副推拉杆7均推动主滑环4和副滑环5向靠近支撑环3方向滑动时，受主滑环4和副滑环5回弹力作用，水冷叶片2间相对分开，其重叠面积减小，使扩压段101出入口面积变大。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，包括：至少三片投影为扇形的水冷叶片，通过相邻的所述水冷叶片的一侧依次重叠拼接而成锥形筒状的扩压段，所述水冷叶片由两片表面为弧面的曲面扇形组件一体连接而成，其中，第一曲面扇形组件的内表面与第二曲面扇形组件的外表面位于同一弧面上，所述第一曲面扇形组件的外表面和第二曲面扇形组件的外表面通过斜面衔接，所述第一曲面扇形组件的内表面和第二曲面扇形组件的内表面通过斜面连接，扩压段的外周面的中部套设有与其固定连接的支撑环，所述支撑环的两侧分别设置有套于扩压段外周面上的主滑环和副滑环，所述主滑环上连接有主推拉杆，所述副滑环上连接有副推拉杆，拉动或推动所述主推拉杆和所述副推拉杆，可带动所述主滑环和所述副滑环沿所述扩压段外周面均向远离或靠近所述支撑环一侧滑动，改变相邻的所述水冷叶片的重叠面积，进而改变扩压段出入口的面积。
2.根据权利要求1所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述水冷叶片的第二曲面扇形组件的一侧伸入与其相邻的所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的内侧与其相重叠，且重叠面积可通过拉动或推动所述主推拉杆和所述副推拉杆进行调节。
3.根据权利要求2所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，各片所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的外表面上设置有与其固定连接的固定安装座，所述固定安装座的顶端开设有安装孔，所述支撑环穿过各个所述固定安装座上安装孔，围于扩压段的外周面中部。
4.根据权利要求3所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，扩压段的面积较大一端为扩压段入口，扩压段的面积较小一端为扩压段出口，各片所述水冷叶片的第一曲面扇形组件的外表面上还设置有主滑环安装座和副滑环安装座，所述主滑环安装座设置于所述固定安装座的靠近扩压段入口一端，所述副滑环安装座设置于所述固定安装座的靠近所述扩压段出口一端，所述主滑环安装座和所述副滑环安装座的顶端均开设有安装孔，所述主滑环穿过各个所述主滑环安装座上的安装孔，所述副滑环穿过各个所述副滑环安装座上的安装孔，所述主滑环可在外力作用下与各个所述主滑环安装座一体沿扩压段外周面滑动，所述副滑环可在外力作用下与各个所述副滑环安装座一体沿扩压段外周面滑动。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述支撑环与设置于地面上的固定支架相连接。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述支撑环、所述主滑环和所述副滑环均为弹力环。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述水冷叶片内部设有中空腔体，中空腔体内流通有冷却水。
8.根据权利要求7所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述水冷叶片的外表面上开设有冷却水入口和冷却水出口。
9.根据权利要求2所述的入口面积可变的模拟电弧风洞扩压段结构，其特征在于，所述第一曲面扇形组件和所述第二曲面扇形组件的厚度相等。
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