CN114509234A - 用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置 - Google Patents

用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，公开了一种用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置。该柔性管路装置包括顺序连接的柔性软管和硬管及固定装置；柔性软管的中段为软管，两端为法兰；硬管及固定装置包括沿高超声速风洞的攻角机构的机构弯刀迎风面布置的、从下至上延伸的硬管，以及将硬管固定在机构弯刀迎风面的固定装置；硬管的入口端设置有软管转接头，软管转接头的端面上设置有透镜垫，用于与柔性软管的法兰接口密封；硬管的出口端设置有与试验装置的进气管连接的法兰。该柔性管路装置解决了高温高压和变攻角下加热喷流的供气问题，具有工程应用价值。

Description

用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置
技术领域
本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置。
背景技术
相比冷喷流，混合加热气体喷流可以模拟喷流的比热比、出口马赫数等参数，提高了模拟真实性。常规冷喷流试验中，试验段洞壁开设有供气接口，一般采用紫铜管和塑胶高压软管从供气接口转接到模型支杆进气接口，柔性软管能适应机构的运动。但是对于混合加热气体喷流来说，混合加热气体的温度通常达到600℃左右，紫铜管的耐温一般不超过200℃，塑胶管一般不超过100℃。如果采用高温合金的硬管连接进气口和供气端，则管路不能满足机构运动的要求，只能进行固定攻角的试验，必须使用软管供气方式。
普通波纹管具有柔性但内壁不够光滑，存在压力损失较大的问题，试验显示的压力损失最高可达90%。高温高压柔性软管通常具有光滑内衬、承压耐温金属波纹管、伴热带、保温层、金属编制防护层等，结构件较多，直径较大，重量较大（高超声速风洞试验需要几百公斤的高温高压柔性软管），高温高压柔性软管直接与模型相连会增大风洞堵塞度，也会对飞行器流场产生干扰破坏，从而影响测量结果。另外，虽然伴热带外面有金属编制层防护，但在含杂质的高速气流冲击下金属编织层有被砂磨、洞穿的风险，而保温层不具有防护冲击能力。也就是说，受高超声速风洞堵塞度限制、连接强度限制以及高温高压柔性软管耐冲击能力限制，直接将高温高压柔性软管与模型相连是不适合的。
当前，有必要发展一种用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置。
本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特点是，所述的柔性管路装置包括顺序连接的柔性软管和硬管及固定装置；
柔性软管的中段为软管，两端为法兰；柔性软管入口端的法兰与高超声速风洞的进气管道法兰连接，出口端的法兰与硬管及固定装置的软管转接头连接；
硬管及固定装置包括沿高超声速风洞的攻角机构的机构弯刀的迎风面布置的、从下至上延伸的硬管，以及将硬管固定在机构弯刀的迎风面的固定装置；硬管的入口端设置有软管转接头，软管转接头的端面上设置有透镜垫，用于与柔性软管的法兰接口密封；硬管的出口端设置有与试验装置的进气管连接的法兰；
固定装置包括夹板和防护盖板，根据夹板所处的位置，将夹板分为机构弯刀夹板和试验装置夹板；机构弯刀夹板分为若干组，每组机构弯刀夹板为左右对称的两片，分别安装在机构弯刀的两侧的侧壁上，安装完成后，实现夹持并固定对应的硬管管段；在机构弯刀夹板的迎风面上还安装有防护盖板，防护盖板的迎风面为尖劈；试验装置夹板为1组固定在模型支撑装置上的2块对称的夹板，安装完成后，实现夹持并固定硬管的出口端。
进一步地，所述的柔性软管的法兰与软管的接触端面上设置有用于软管管壁端面封闭的环形的挡板；法兰与外接管道的接触端面设置有法兰密封垫，入口端的法兰密封垫用于柔性软管与高超声速风洞的进气管道法兰连接密封，出口端的法兰密封垫用于柔性软管与硬管及固定装置的硬管入口端连接密封；
软管从外至内为逐层嵌套的金属编织防护层、隔热保温层、伴热带、波纹管和多节嵌套内衬；
多节嵌套内衬为若干金属环前后嵌套而成，各金属环之间存在拉伸缝隙，弯折时金属环不变形，各金属环之间的拉伸缝隙进行适应性改变；多节嵌套内衬具有光滑内壁。
进一步地，所述的法兰密封垫为石墨金属复合垫圈，法兰的材质为310s高温合金钢，金属编织防护层的材质为304不锈钢，隔热保温层为气凝胶毡。
进一步地，所述的伴热带内设置有电热金属丝和温度传感器。
进一步地，所述的波纹管的压力上限为16MPa，温度上限为550℃。
进一步地，所述的多节嵌套内衬中的各金属环之间的拉伸缝隙的最大伸缩量为1mm。
进一步地，所述的软管转接头具有锥形变径，用于匹配不同内径的柔性软管和硬管及固定装置的硬管。
进一步地，所述的硬管上缠绕保温材料，保温材料为气凝胶保温毡或者硅酸铝。
进一步地，所述的硬管的材质为310s高温合金钢；夹板和防护盖板的材质为45#钢或30CrMnSiA。
本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置中的隔热保温层能够防止外壁温度过高，减少管道热量损失；伴热带可以预热波纹管，并在气流通行过程中持续伴热，通过温度传感器反馈温度反馈和加热配电系统调节功率，保持柔性软管的温度平衡，解决了保温和温度平衡问题；波纹管能够承受16MPa的高压和550℃的高温，具有一定柔性，满足柔性软管随高超声速风洞的攻角机构运动变形的能力；多节嵌套内衬采用多节金属环嵌套，各金属环之间具有约1mm的缝隙，高超声速风洞的攻角机构运动时，金属环本身不需要变形，变化保证了多节嵌套内衬能够随波纹管一起变形，多节嵌套内衬的内壁光滑平整，减少对气流的阻力和压力损失，同时缝隙平衡了内外压力，避免了高压气体的破坏。
本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置采用多层嵌套的柔性软管解决了普通软管承压或承温能力不足的问题，解决了普通波纹管具有柔性但内壁不光滑，压力损失较大的问题，满足了供气管道随机构变攻角运动而变形的要求；通过管道外加伴热带降低了管道热损失，解决了保温和温度不平衡问题；通过与硬管转接，避免了柔性软管直接与模型连接带来的堵塞度过大、气体冲击对伴热层的破坏和柔性软管难以防护、固定的技术问题。
本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置解决了高温高压和变攻角下加热喷流的供气问题，具有工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置在高超声速风洞的安装示意图；
图2为本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置的柔性软管的结构示意图；
图3为本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置的硬管及固定装置的结构示意图；
图4为本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置的柔性软管与硬管连接示意图。
图中，1.柔性软管；2.硬管及固定装置；3.机构弯刀；4.模型支撑装置；5.试验装置；
11.法兰密封垫；12.法兰；13.金属编织防护层；14.隔热保温层；15.伴热带；16.波纹管；17.多节嵌套内衬；18.挡板；
21.软管转接头；22.硬管Ⅰ；23.硬管Ⅱ；24.硬管Ⅲ；25.夹板Ⅰ；26.夹板Ⅱ；27.夹板Ⅲ；28.防护盖板；29.透镜垫。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1~图4所示，本发明的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置包括顺序连接的柔性软管1和硬管及固定装置2；
柔性软管1的中段为软管，两端为法兰12；柔性软管1入口端的法兰12与高超声速风洞的进气管道法兰连接，出口端的法兰12与硬管及固定装置2的软管转接头21连接；
硬管及固定装置2包括沿高超声速风洞的攻角机构的机构弯刀3的迎风面布置的、从下至上延伸的硬管，以及将硬管固定在机构弯刀3的迎风面的固定装置；硬管的入口端设置有软管转接头21，软管转接头21的端面上设置有透镜垫29，用于与柔性软管1的法兰12接口密封；硬管的出口端设置有与试验装置5的进气管连接的法兰；
固定装置包括夹板和防护盖板28，根据夹板所处的位置，将夹板分为机构弯刀夹板和试验装置夹板；机构弯刀夹板分为若干组，每组机构弯刀夹板为左右对称的两片，分别安装在机构弯刀3的两侧的侧壁上，安装完成后，实现夹持并固定对应的硬管管段；在机构弯刀夹板的迎风面上还安装有防护盖板28，防护盖板28的迎风面为尖劈；试验装置夹板为1组固定在模型支撑装置4上的2块对称的夹板，安装完成后，实现夹持并固定硬管的出口端。
进一步地，所述的柔性软管1的法兰12与软管的接触端面上设置有用于软管管壁端面封闭的环形的挡板18；法兰12与外接管道的接触端面设置有法兰密封垫11，入口端的法兰密封垫11用于柔性软管1与高超声速风洞的进气管道法兰连接密封，出口端的法兰密封垫11用于柔性软管1与硬管及固定装置2的硬管入口端连接密封；
软管从外至内为逐层嵌套的金属编织防护层13、隔热保温层14、伴热带15、波纹管16和多节嵌套内衬17；
多节嵌套内衬17为若干金属环前后嵌套而成，各金属环之间存在拉伸缝隙，弯折时金属环不变形，各金属环之间的拉伸缝隙进行适应性改变；多节嵌套内衬17具有光滑内壁。
进一步地，所述的法兰密封垫11为石墨金属复合垫圈，法兰12的材质为310s高温合金钢，金属编织防护层13的材质为304不锈钢，隔热保温层14为气凝胶毡。
进一步地，所述的伴热带15内设置有电热金属丝和温度传感器。
进一步地，所述的波纹管16的压力上限为16MPa，温度上限为550℃。
进一步地，所述的多节嵌套内衬17中的各金属环之间的拉伸缝隙的最大伸缩量为1mm。
进一步地，所述的软管转接头21具有锥形变径，用于匹配不同内径的柔性软管1和硬管及固定装置2的硬管。
进一步地，所述的硬管上缠绕保温材料，保温材料为气凝胶保温毡或者硅酸铝。
进一步地，所述的硬管的材质为310s高温合金钢；夹板和防护盖板28的材质为45#钢或30CrMnSiA。
实施例1
本实施例的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置安装在高超声速风洞中。高超声速风洞的攻角机构的机构弯刀3的顶部固定有模型支撑装置4，模型支撑装置4的前端安装有试验装置5，试验装置5设置有连接硬管出口端的法兰。
本实施例的硬管分为三个部段，分别是硬管Ⅰ22、硬管Ⅱ23、硬管Ⅲ24，对应的机构弯刀夹板分为2组即夹板Ⅰ25和夹板Ⅱ26，夹板Ⅰ25用于固定硬管Ⅰ22，夹板Ⅱ26用于固定硬管Ⅱ23，试验装置夹板有1组，即夹板Ⅲ27，夹板Ⅲ27用于固定硬管Ⅲ24。夹板Ⅰ25和夹板Ⅱ26通过沉头螺钉固定在机构弯刀3的侧壁上，夹板Ⅲ27通过贯穿左右的螺栓螺母组合件固定在试验装置5上。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的柔性管路装置包括顺序连接的柔性软管（1）和硬管及固定装置（2）；
柔性软管（1）的中段为软管，两端为法兰（12）；柔性软管（1）入口端的法兰（12）与高超声速风洞的进气管道法兰连接，出口端的法兰（12）与硬管及固定装置（2）的软管转接头（21）连接；
硬管及固定装置（2）包括沿高超声速风洞的攻角机构的机构弯刀（3）的迎风面布置的、从下至上延伸的硬管，以及将硬管固定在机构弯刀（3）的迎风面的固定装置；硬管的入口端设置有软管转接头（21），软管转接头（21）的端面上设置有透镜垫（29），用于与柔性软管（1）的法兰（12）接口密封；硬管的出口端设置有与试验装置（5）的进气管连接的法兰；
固定装置包括夹板和防护盖板（28），根据夹板所处的位置，将夹板分为机构弯刀夹板和试验装置夹板；机构弯刀夹板分为若干组，每组机构弯刀夹板为左右对称的两片，分别安装在机构弯刀（3）的两侧的侧壁上，安装完成后，实现夹持并固定对应的硬管管段；在机构弯刀夹板的迎风面上还安装有防护盖板（28），防护盖板（28）的迎风面为尖劈；试验装置夹板为1组固定在模型支撑装置（4）上的2块对称的夹板，安装完成后，实现夹持并固定硬管的出口端。
2.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的柔性软管（1）的法兰（12）与软管的接触端面上设置有用于软管管壁端面封闭的环形的挡板（18）；法兰（12）与外接管道的接触端面设置有法兰密封垫（11），入口端的法兰密封垫（11）用于柔性软管（1）与高超声速风洞的进气管道法兰连接密封，出口端的法兰密封垫（11）用于柔性软管（1）与硬管及固定装置（2）的硬管入口端连接密封；
软管从外至内为逐层嵌套的金属编织防护层（13）、隔热保温层（14）、伴热带（15）、波纹管（16）和多节嵌套内衬（17）；
多节嵌套内衬（17）为若干金属环前后嵌套而成，各金属环之间存在拉伸缝隙，弯折时金属环不变形，各金属环之间的拉伸缝隙进行适应性改变；多节嵌套内衬（17）具有光滑内壁。
3.根据权利要求2所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的法兰密封垫（11）为石墨金属复合垫圈，法兰（12）的材质为310s高温合金钢，金属编织防护层（13）的材质为304不锈钢，隔热保温层（14）为气凝胶毡。
4.根据权利要求2所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的伴热带（15）内设置有电热金属丝和温度传感器。
5.根据权利要求2所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的波纹管（16）的压力上限为16MPa，温度上限为550℃。
6.根据权利要求2所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的多节嵌套内衬（17）中的各金属环之间的拉伸缝隙的最大伸缩量为1mm。
7.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的软管转接头（21）具有锥形变径，用于匹配不同内径的柔性软管（1）和硬管及固定装置（2）的硬管。
8.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的硬管上缠绕保温材料，保温材料为气凝胶保温毡或者硅酸铝。
9.根据权利要求1所述的用于高超声速风洞混合加热气体喷流供气的柔性管路装置，其特征在于，所述的硬管的材质为310s高温合金钢；夹板和防护盖板（28）的材质为45#钢或30CrMnSiA。
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