CN115371943B - 一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风洞试验装置技术领域，公开了一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置。该喷射排架装置安装在大型低温设备动力段的上游，采用若干个喷射排架竖直平行布置的方式，每个喷射排架安装若干个可单独控制的喷嘴，喷嘴布置空间位置、流量以及数量均进行优化布局，通过喷嘴喷射液氮的方式控制洞体降温。大型低温设备运行时，通过开关阀组件控制喷嘴开闭，通过调整液氮喷射点截面分布，实现洞体气流温度均匀性要求。为了实现液氮喷射流量的快速响应，开关阀组件安装在喷射排架内部，开关阀及喷嘴能够适应风洞低温环境。氮气气源、控制系统等常温设备布置在外部空间，便于进行集中管理和维护。

Description

一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置
技术领域
本发明属于风洞试验装置技术领域，具体涉及一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置。
背景技术
大型低温设备，通常采用低温技术来获取较大的试验雷诺数，通过向风洞回路喷射液氮并汽化吸收大量热量以降低试验环境温度的方法来获得，试验环境部分温度低至-196℃。
为建立大型低温设备-196℃的低温环境，需要发展一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置。
本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特点是，所述的喷射排架装置包括上法兰组件、排架体、下法兰组件、上绝热蒙皮、下绝热蒙皮、开关阀组件、喷嘴、排气管组件、上支撑组件、上清洗管、开关阀集气管、下支撑组件、绝热块、液氮管和下清洗管；
排架体为迎向来流、竖直放置的流线型管体，排架体的前缘为二维翼型前缘，排架体的中段为等直段，排架体的后缘为二维翼型后缘，等直段内安装有开关阀组件；开关阀组件包括沿顺气流方向竖直并列排列的若干根开关阀杆体，每根开关阀杆体从上至下串列安装若干个喷嘴，每个喷嘴设置一个对应的开关阀，喷嘴通过排架体侧壁板上开设的对应的通孔向洞体内喷射液氮，液氮喷射方向与来流方向垂直；单根开关阀杆体内的喷嘴方向相同，相邻的开关阀杆体内的喷嘴方向相反，交错向排架体的两侧喷射液氮；
排架体的上端通过上支撑组件与上法兰组件固定连接，上法兰组件固定在大型低温设备洞体的上壁面，上支撑组件内部安装有绝热块，外表包裹有上绝热蒙皮，上绝热蒙皮内填充绝热材料；排架体的下端通过下支撑组件与下法兰组件固定连接，下法兰组件固定在大型低温设备洞体的下壁面，下支撑组件内部也安装有绝热块，外表包裹有下绝热蒙皮，下绝热蒙皮内也填充绝热材料；绝热块和绝热材料阻断冷量向上法兰组件和下法兰组件传导；
液氮管外接液氮源，从排架体的下端伸入排架体，在排架体内分成与开关阀组件的开关阀杆体对应的供应管路，为喷嘴提供液氮，各开关阀之间设置有由相互连通的开关阀排气管组成的排气管组件，排气管组件汇合成一根开关阀集气管，开关阀集气管从上法兰组件穿出，开关阀组件内汽化的氮气通过开关阀集气管排出；排气管组件确保喷嘴喷出的都为液氮，同时确保各开关阀活塞内的压力一致；
上清洗管从上法兰组件进入排架体，连通排气管组件；下清洗管从下法兰组件进入排架体，连通排气管组件；试验前，通过向上清洗管和下清洗管内通氮气对喷射排架装置进行清洗，排出喷射排架装置内的空气；
通过安装流量不同的喷嘴和控制开关阀组件上不同位置的喷嘴开关，控制液氮喷射流量，进而调整大型低温设备降温介质的输入量。
进一步地，所述的喷射排架装置安装在大型低温设备动力段的上游，采用若干个喷射排架装置竖直平行布置的方式进行液氮喷射，控制洞体降温。
进一步地，所述的开关阀为低温开关气控阀。
进一步地，所述的排架体材质为殷瓦钢，喷射排架装置的剩余部件材质为不锈钢。
进一步地，所述的上绝热蒙皮和下绝热蒙皮的材质为G10玻璃纤维。
进一步地，所述的绝热块的材质为G10玻璃纤维。
进一步地，所述的绝热材料的材质为G10玻璃纤维。
本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置具有以下技术特点：
1.通过开关阀组件的开闭控制不同流量喷嘴的喷射，实现大型低温设备在不同工况下流量喷射的需求，控制洞体降温；
2.采用一体化的排架结构，实现了开关阀及其执行机构、各种管路、喷嘴、排架体等结构空间优化，解决了高度集成布置困难的问题；
3.排架体选用殷瓦钢材质，与大型低温设备洞体间采用固定连接方式，满足了喷射排架安装强度和刚度要求，优化了喷射排架的动力学特性，有利于排架体和洞体的热变形协调。
4.除排架体外，喷射排架的所有零件均采用不锈钢材料，氮气气源、控制系统等常温设备置于洞体外部空间，便于集中管理和维护。
本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置安装在大型低温设备动力段的上游，采用若干个喷射排架竖直平行布置的方式，每个喷射排架安装若干个可单独控制的喷嘴，喷嘴布置空间位置、流量以及数量均进行优化布局，通过喷嘴喷射液氮的方式控制洞体降温。大型低温设备运行时，通过开关阀组件控制喷嘴开闭，通过调整液氮喷射点截面分布，实现洞体气流温度均匀性要求。为了实现液氮喷射流量的快速响应，开关阀组件安装在喷射排架内部，开关阀及喷嘴能够适应风洞低温环境。氮气气源、控制系统等常温设备布置在外部空间，便于进行集中管理和维护。
本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置解决了大型低温设备不同数量液氮喷嘴、开关阀组件以及相关管路管件的空间优化布局以及高度集成问题，确保低温环境下喷射排架的结构可靠性以及良好的动力学特性，通过大型低温设备通过喷射排架喷射不同流量的液氮介质，控制大型低温设备洞体降温，用于测试远程作战飞机和运输机的低温气动特性。
附图说明
图1为本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置的结构示意图（主视图）；
图2为本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置的结构示意图（侧视图）；
图3为本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置的结构示意图（B-B剖面图）；
图4为本发明的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置的结构示意图（A-A剖面图）。
图中：1.上法兰组件；2.排架体；3.下法兰组件；4.上绝热蒙皮；5.下绝热蒙皮；6.开关阀组件；7.喷嘴；8.排气管组件；9.上支撑组件；10.上清洗管；11.开关阀集气管；12.下支撑组件；13.绝热块；14.液氮管；15.下清洗管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1~图4所示，本实施例的使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置的排架体2内安装有开关阀组件6，喷嘴7安装在开关阀组件6上，通过在排架体2侧壁板上开有的通孔向洞体内喷射液氮，液氮喷射方向与气流方向垂直；排架体2两端分别通过上支撑组件9、下支撑组件12与上法兰组件1、下法兰组件3相固定连接；排架体2在风洞内与低温气流接触导致温度较低，为防止低温传导到上法兰组件1、下法兰组件3上，分别在排架体2与上支撑组件9、下支撑组件12之间安装绝热块13，阻断冷量的传导；在排架体2与上法兰组件1、下法兰组件3之间分别采用上绝热蒙皮4、下绝热蒙皮5包裹，绝热蒙皮内填充绝热材料，阻断冷量向两端法兰传导；液氮管14下端与液氮供给管路相连接、上端与液氮开关阀组件6连接，液氮开关阀组件6内汽化的氮气通过液氮开关阀组件6上端连接的排气管组件8排出，确保喷嘴7喷出的都为液氮；液氮开关阀组件6的每一个开关阀与开关阀集气管11相连，使开关阀活塞内压力一致；在试验前通过向上清洗管10和下清洗管15内通氮气对喷射排架装置进行清洗。
通过安装流量不同的喷嘴7和控制开关阀组件6上不同位置的喷嘴7开关，可实现大型低温设备不同流量的液氮喷入，从而初步达到风洞降温要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不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 (6)

1.一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的喷射排架装置包括上法兰组件（1）、排架体（2）、下法兰组件（3）、上绝热蒙皮（4）、下绝热蒙皮（5）、开关阀组件（6）、喷嘴（7）、排气管组件（8）、上支撑组件（9）、上清洗管（10）、开关阀集气管（11）、下支撑组件（12）、绝热块（13）、液氮管（14）和下清洗管（15）；
排架体（2）为迎向来流、竖直放置的流线型管体，排架体（2）的前缘为二维翼型前缘，排架体（2）的中段为等直段，排架体（2）的后缘为二维翼型后缘，等直段内安装有开关阀组件（6）；开关阀组件（6）包括沿顺气流方向竖直并列排列的若干根开关阀杆体，每根开关阀杆体从上至下串列安装若干个喷嘴（7），每个喷嘴（7）设置一个对应的开关阀，喷嘴（7）通过排架体（2）侧壁板上开设的对应的通孔向洞体内喷射液氮，液氮喷射方向与来流方向垂直；单根开关阀杆体内的喷嘴（7）方向相同，相邻的开关阀杆体内的喷嘴（7）方向相反，交错向排架体（2）的两侧喷射液氮；
排架体（2）的上端通过上支撑组件（9）与上法兰组件（1）固定连接，上法兰组件（1）固定在大型低温设备洞体的上壁面，上支撑组件（9）内部安装有绝热块（13），外表包裹有上绝热蒙皮（4），上绝热蒙皮（4）内填充绝热材料；排架体（2）的下端通过下支撑组件（12）与下法兰组件（3）固定连接，下法兰组件（3）固定在大型低温设备洞体的下壁面，下支撑组件（12）内部也安装有绝热块（13），外表包裹有下绝热蒙皮（5），下绝热蒙皮（5）内也填充绝热材料；绝热块（13）和绝热材料阻断冷量向上法兰组件（1）和下法兰组件（3）传导；
液氮管（14）外接液氮源，从排架体（2）的下端伸入排架体（2），在排架体（2）内分成与开关阀组件（6）的开关阀杆体对应的供应管路，为喷嘴（7）提供液氮，各开关阀之间设置有由相互连通的开关阀排气管组成的排气管组件（8），排气管组件（8）汇合成一根开关阀集气管（11），开关阀集气管（11）从上法兰组件（1）穿出，开关阀组件（6）内汽化的氮气通过开关阀集气管（11）排出；排气管组件（8）确保喷嘴（7）喷出的都为液氮，同时确保各开关阀活塞内的压力一致；
上清洗管（10）从上法兰组件（1）进入排架体（2），连通排气管组件（8）；下清洗管（15）从下法兰组件（3）进入排架体（2），连通排气管组件（8）；试验前，通过向上清洗管（10）和下清洗管（15）内通氮气对喷射排架装置进行清洗，排出喷射排架装置内的空气；
通过安装流量不同的喷嘴（7）和控制开关阀组件（6）上不同位置的喷嘴（7）开关，控制液氮喷射流量，进而调整大型低温设备降温介质的输入量；
所述的喷射排架装置安装在大型低温设备动力段的上游，采用若干个喷射排架装置竖直平行布置的方式进行液氮喷射，控制洞体降温。
2.根据权利要求1所述的一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的开关阀为低温开关气控阀。
3.根据权利要求1所述的一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的排架体（2）材质为殷瓦钢，喷射排架装置的剩余部件材质为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的上绝热蒙皮（4）和下绝热蒙皮（5）的材质为G10玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的绝热块（13）的材质为G10玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的一种使用液氮介质实现风洞降温的喷射排架装置，其特征在于，所述的绝热材料的材质为G10玻璃纤维。
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