CN115541175B - 一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风洞试验设备技术领域，公开了一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法。本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法包括以下步骤：计算试验模型的极限攻角；判断是否需要设计加工变攻角模块；计算变攻角模块的攻角和长度；设计变攻角模块；加工变攻角模块；安装变攻角模块；开展地面试验，校核试验模型攻角；开展风洞试验。本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法能够快速地设计变攻角模块，将试验模型攻角短时间内调整到试验所需的攻角角度，在满足试验模型在小口径闭口风洞中不堵塞流场情况下，迅速简便地增大的试验模型的攻角范围。

Description

一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法
技术领域
本发明属于风洞试验设备技术领域，具体涉及一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法。
背景技术
风洞是能够人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可度量气体对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状试验设备。风洞的洞体由多个部分组成，其中试验段是安装放置试验模型的部位，工作人员会经常在这里进行拆卸更换等工作。随着航空气动技术的发展，试验段中往往会装配能对试验模型实现一定角度变化的攻角机构。但是，对于小口径的闭口风洞这一类型风洞，因为试验段打开困难，且管道口径小，模型攻角稍大时就易造成流场堵塞，试验段里往往只能装配简单的支撑装置，无法安装攻角机构。
当前，亟需发展一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法。
本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法，包括以下步骤：
S10.计算试验模型的极限攻角；
根据小口径闭口风洞试验段的最大阻塞度，计算试验模型和支撑系统在竖直方向的投影面积最大值，将投影面积最大值减去支撑系统的投影面积最大值，得到试验模型的投影面积最大值，进而得到试验模型的极限攻角；
S20.判断是否需要设计加工变攻角模块；
考察小口径闭口风洞试验段支撑装置的攻角范围，判断是否满足试验需求，如果能够满足试验需求，则不需要设计加工变攻角模块，如果不能够满足试验需求，则需要设计加工变攻角模块；
S30.计算变攻角模块的攻角和长度；
将试验模型的极限攻角减去小口径闭口风洞试验段支撑装置的最大攻角，得到变攻角模块的攻角α；计算增加变攻角模块后，试验模型在小口径闭口风洞试验段的位置，在满足试验要求的前提下，确定变攻角模块的长度；
S40.设计变攻角模块；
设计变攻角模块，变攻角模块为中空的台阶圆柱体，变攻角模块的中心轴线与水平线之间的交角为攻角α，中心空腔与支杆的中心空腔连通，变攻角模块的前端面和后端面进行倒角处理；变攻角模块后端的小圆柱设置有外螺纹，外螺纹与支杆前端的内螺纹相匹配，变攻角模块的后端与支杆前端的通过螺纹配合固定连接；台阶圆柱体的台阶端面上设置有沿周向分布的若干个螺纹通孔，变攻角模块通过螺钉连接试验模型或者试验模型接口；变攻角模块的下方设置有通槽，便于测控线缆走线；得到变攻角模块的加工图纸；
S50.加工变攻角模块；
按照变攻角模块的加工图纸；采用不锈钢棒料加工变攻角模块；
S60.安装变攻角模块；
将变攻角模块安装在支撑系统上，再安装试验模型或者通过试验模型接口安装试验模型；
S70.开展地面试验，校核试验模型攻角；
开展地面试验，运行支撑系统，观察在增加了变攻角模块后，试验模型在试验攻角范围内是否存在与小口径闭口风洞试验段发生干涉，没有发生干涉就结束设计加工工作，进入步骤S80；否则返回步骤S30重新进行设计加工，直至不发生干涉；
S80.开展风洞试验；
启动小口径闭口风洞，按照常规测力测压试验流程开展风洞试验，试验结束后，关闭小口径闭口风洞，风洞试验完成。
进一步地，所述的支杆还设置有配套的延长杆，延长杆与支杆的前端面通过螺纹配合固定连接，延长杆的内径与支杆的内径相等，延长杆的外径与支杆的外径相等。
本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法获得的变攻角模块具有以下优点：
a.改变小口径闭口风洞因条件限制，无法在短时间内开展较大范围的试验模型的变攻角状态测试情况，提高了试验能力范围。
b.无需改变小口径闭口风洞支撑系统，避免花费大量金钱成本与时间成本，可以在短时间内配制作出多个价格便宜、加工工艺简单的试验所需的变攻角模块。
c.安装变攻角模块方便简单，不需要整体拆卸试验模型与支杆，仅需要拆卸试验模型，就能够安装变攻角模块，降低了人力资源与时间成本。
本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法能够快速地设计变攻角模块，将试验模型攻角短时间内调整到试验所需的攻角角度，在满足试验模型在小口径闭口风洞中不堵塞流场情况下，迅速简便地增大的试验模型的攻角范围。
附图说明
图1为本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法的流程图；
图2为本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法获得的变攻角模块（剖面图）；
图3为本发明的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法获得的变攻角模块（侧视图）；
图4为实施例1的结构示意图；
图5为对比例的结构示意图。
图中，1.变攻角模块；2.螺纹通孔；3.支杆；4.试验模型；5.延长杆；6.试验模型接口。
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所示，本实施例的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法，包括以下步骤：
S10.计算试验模型的极限攻角；
根据小口径闭口风洞试验段的最大阻塞度，计算试验模型和支撑系统在竖直方向的投影面积最大值，将投影面积最大值减去支撑系统的投影面积最大值，得到试验模型的投影面积最大值，进而得到试验模型的极限攻角；
S20.判断是否需要设计加工变攻角模块；
考察小口径闭口风洞试验段支撑装置的攻角范围，判断是否满足试验需求，如果能够满足试验需求，则不需要设计加工变攻角模块，如果不能够满足试验需求，则需要设计加工变攻角模块；
S30.计算变攻角模块的攻角和长度；
将试验模型的极限攻角减去小口径闭口风洞试验段支撑装置的最大攻角，得到变攻角模块的攻角α；计算增加变攻角模块后，试验模型在小口径闭口风洞试验段的位置，在满足试验要求的前提下，确定变攻角模块的长度；
S40.设计变攻角模块；
如图2、图3所示，设计变攻角模块1，变攻角模块1为中空的台阶圆柱体，变攻角模块1的中心轴线与水平线之间的交角为攻角α，中心空腔与支杆3的中心空腔连通，变攻角模块1的前端面和后端面进行倒角处理；变攻角模块1后端的小圆柱设置有外螺纹，外螺纹与支杆3前端的内螺纹相匹配，变攻角模块1的后端与支杆3前端的通过螺纹配合固定连接；台阶圆柱体的台阶端面上设置有沿周向分布的若干个螺纹通孔2，变攻角模块1通过螺钉连接试验模型4或者试验模型接口6；变攻角模块1的下方设置有通槽，便于测控线缆走线；得到变攻角模块1的加工图纸；
S50.加工变攻角模块；
按照变攻角模块1的加工图纸；采用不锈钢棒料加工变攻角模块1；
S60.安装变攻角模块；
将变攻角模块1安装在支撑系统上，再安装试验模型4或者通过试验模型接口6安装试验模型4；
S70.开展地面试验，校核试验模型攻角；
开展地面试验，运行支撑系统，观察在增加了变攻角模块1后，试验模型4在试验攻角范围内是否存在与小口径闭口风洞试验段发生干涉，没有发生干涉就结束设计加工工作，进入步骤S80；否则返回步骤S30重新进行设计加工，直至不发生干涉；
S80.开展风洞试验；
启动小口径闭口风洞，按照常规测力测压试验流程开展风洞试验，试验结束后，关闭小口径闭口风洞，风洞试验完成。
进一步地，所述的支杆3还设置有配套的延长杆5，延长杆5与支杆3的前端面通过螺纹配合固定连接，延长杆5的内径与支杆3的内径相等，延长杆5的外径与支杆3的外径相等。
本实施例的变攻角模块的安装示意图见图4，试验模型4为锥体。从前至后，依次连接试验模型4、变攻角模块1和支杆3；本实施例的变攻角模块1的攻角为2°、3°，试验模型4的攻角范围为0°~5°。
对于不同的试验模型4，需要根据小口径闭口风洞的口径与试验模型4大小和形状调整变攻角模块1的攻角和试验模型4的攻角的极限值，确保能够建立风洞流场。
对比例
对比例的安装示意图见图5，从前至后，依次连接支杆3、延长杆5和试验模型接口6，只能通过延长杆5改变试验模型4在小口径闭口风洞试验段的水平安装位置，不能改变试验模型4的攻角范围。
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，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，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.计算试验模型的极限攻角；
根据小口径闭口风洞试验段的最大阻塞度，计算试验模型和支撑系统在竖直方向的投影面积最大值，将投影面积最大值减去支撑系统的投影面积最大值，得到试验模型的投影面积最大值，进而得到试验模型的极限攻角；
S20.判断是否需要设计加工变攻角模块；
考察小口径闭口风洞试验段支撑装置的攻角范围，判断是否满足试验需求，如果能够满足试验需求，则不需要设计加工变攻角模块，如果不能够满足试验需求，则需要设计加工变攻角模块；
S30.计算变攻角模块的攻角和长度；
将试验模型的极限攻角减去小口径闭口风洞试验段支撑装置的最大攻角，得到变攻角模块的攻角α；计算增加变攻角模块后，试验模型在小口径闭口风洞试验段的位置，在满足试验要求的前提下，确定变攻角模块的长度；
S40.设计变攻角模块；
设计变攻角模块（1），变攻角模块（1）为中空的台阶圆柱体，变攻角模块（1）的中心轴线与水平线之间的交角为攻角α，中心空腔与支杆（3）的中心空腔连通，变攻角模块（1）的前端面和后端面进行倒角处理；变攻角模块（1）后端的小圆柱设置有外螺纹，外螺纹与支杆（3）前端的内螺纹相匹配，变攻角模块（1）的后端与支杆（3）前端的通过螺纹配合固定连接；台阶圆柱体的台阶端面上设置有沿周向分布的若干个螺纹通孔（2），变攻角模块（1）通过螺钉连接试验模型（4）或者试验模型接口（6）；变攻角模块（1）的下方设置有通槽，便于测控线缆走线；得到变攻角模块（1）的加工图纸；
S50.加工变攻角模块；
按照变攻角模块（1）的加工图纸；采用不锈钢棒料加工变攻角模块（1）；
S60.安装变攻角模块；
将变攻角模块（1）安装在支撑系统上，再安装试验模型（4）或者通过试验模型接口（6）安装试验模型（4）；
S70.开展地面试验，校核试验模型攻角；
开展地面试验，运行支撑系统，观察在增加了变攻角模块（1）后，试验模型（4）在试验攻角范围内是否存在与小口径闭口风洞试验段发生干涉，没有发生干涉就结束设计加工工作，进入步骤S80；否则返回步骤S30重新进行设计加工，直至不发生干涉；
S80.开展风洞试验；
启动小口径闭口风洞，按照常规测力测压试验流程开展风洞试验，试验结束后，关闭小口径闭口风洞，风洞试验完成。
2.根据权利要求1所述的小口径闭口风洞试验段变攻角模块的设计方法，其特征在于，所述的支杆（3）还设置有配套的延长杆（5），延长杆（5）与支杆（3）的前端面通过螺纹配合固定连接，延长杆（5）的内径与支杆（3）的内径相等，延长杆（5）的外径与支杆（3）的外径相等。
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