CN116625694B - 一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超燃冲压发动机地面试验领域,公开了一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,包括玻璃固化框和与玻璃固化框螺栓连接的玻璃压框,所述玻璃固化框与玻璃压框的中部相互连通形成空腔,所述空腔内设有光学玻璃;所述光学玻璃与玻璃固化框之间设有石墨垫片,所述光学玻璃与玻璃压框之间设有硅橡胶垫片。本发明解决了光学玻璃在拆装过程中经常发生磕碰导致损坏的问题,适用于快速更换不同的光学观测玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及超燃冲压发动机地面试验领域,尤其涉及一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置。
背景技术
在超燃冲压发动机地面试验的研究工作中,对于不同构型的燃烧室以及不同的来流条件,发动机内部的燃烧流场结构往往会截然不同,并且燃烧流场结构的改变往往会引起燃料的分布、燃烧主要区域、燃烧产物以及燃烧性能发生较大变化。为了更好的研究超燃冲压发动机以及提升发动机性能,对于这些变化的参数往往需要通过非接触式的光学测量手段进行观测研究。
在低马赫数条件下,总温总压相对较低,液态碳氢燃料几乎没有蒸发过程,破碎和雾化的好坏成为掺混效果以及燃烧效率提升的关键,因此需要对燃料的分布和掺混进行测量。燃料分布和掺混测量一般通过mie散射、数字全息或脉冲激光背景法等光学手段来测量,需要光学玻璃可透过532或633nm波长的可见光,采用K9玻璃;当需要对燃烧效率进行判别时,往往会对发动机燃烧的中间产物CH或OH自由基团进行测量观测,一般通过CH/OH-Plif进行测量,需要光学玻璃可透过283±10nm和310±5nm波长的紫外光,采用JGS-1石英玻璃;当马赫数较高的条件时,点火和稳定燃烧的关键往往是流场中的关键波系结构,此时需要用到纹影或聚焦纹影的测量手段,需要光学玻璃可透过可见光且耐高温,采用JGS-2石英玻璃;而高马赫数条件下的热防护问题是关键,采用常规的热流传感器测量和TSP图层测量都存在局限性,通过红外摄像仪是最佳的测量方法,此时需要光学玻璃可透过1000nm以上的红外光,采用蓝宝石玻璃。
因此,在超燃冲压发动机地面试验的过程中,非接触式光学测量技术的应用需要匹配多种材质的光学玻璃,并且观测位置经常发生改变,光学玻璃在拆装过程中经常发生磕碰或装配失误导致损坏。综上所述,研发一种可以将光学玻璃固定且能够快速更换安装的装置迫在眉睫。
发明内容
本发明意在提供一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,以解决光学玻璃在拆装过程中经常发生磕碰导致损坏的问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,包括玻璃固化框和与玻璃固化框螺栓连接的玻璃压框,所述玻璃固化框与玻璃压框的中部相互连通形成空腔,所述空腔内设有光学玻璃;所述光学玻璃与玻璃固化框之间设有石墨垫片,所述光学玻璃与玻璃压框之间设有硅橡胶垫片。
进一步的,所述玻璃固化框内设有定位式密封倒角,所述定位式密封倒角与水平方向的夹角的角度范围控制在30~45°,所述倒角横截面的斜边长度S与光学玻璃(3)的长边L的关系式为:/>。
通过上述设置,保证了安装光学玻璃的准确定位,通过紧固压紧后光学玻璃不会出现位置偏移,同时保证装置的气密性。
进一步的,所述玻璃固化框内侧的四个顶角设置有3/4圆弧形的防线胀保护槽,所述防线胀保护槽的深度d、光学玻璃的厚度D、定位式密封倒角与水平方向夹角和光学玻璃的长边L的关系式为:/>,所述防线胀保护槽的起始位置从玻璃固化框表面开始计算,所述防线胀保护槽的圆弧半径为1.5 mm。
进一步的,所述玻璃固化框与光学玻璃的长边L之间设有沿长宽方向的防线胀间隙p,所述防线胀间隙p=L×0.12%。
通过上述设置,确保线胀系数不同的玻璃固化框和光学玻璃不会因超燃冲压发动机燃烧室内火焰稳定燃烧升温,导致两者热膨胀量不同造成光学玻璃被挤压损坏。
进一步的,所述石墨垫片的厚度为0.5mm。
通过上述设置,保证在高温下使用且密封性能良好。
进一步的,所述硅橡胶垫片的厚度为1.0mm。
通过上述设置,可以抵消厚度方向的热膨胀量且密封性能良好。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
1、本方案使得光学玻璃实现了快速的安装和拆卸,可以根据不同测量手段、激光波长以及光路走向等情况,针对性地调整光学玻璃型号和光学玻璃观测窗的安装位置。
2、本方案使用整体性好,光学玻璃随着玻璃固化框一并拆装,使得光学玻璃拆装变得快捷高效。
3、本装置安装方法简便,结构强度高,安全性强,充分考虑了热胀冷缩效应,使固定后的光学玻璃耐用且不会因热膨胀而被挤压损坏。
4、本方案通过对定位式密封倒角、防线胀保护槽、防线胀间隙等结构的合理设计,从而可以适应不同线胀系数的光学玻璃,提高了本方案的密封性能,实现了光学玻璃的精准定位与安装保护。
附图说明
图1为本发明一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置的爆炸视图;
图2为本实施例中玻璃固化框的局部放大视图;
图3为本实施例中的快速更换装置安装在超然冲压发动机上的装配示意图。
附图中的对应标记的名称为:玻璃固化框1、石墨垫片2、光学玻璃3、硅橡胶垫片4、玻璃压框5、螺栓6。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明:
实施例
如图1至图3所示,一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,包括玻璃固化框1和与玻璃固化框1螺栓6连接的玻璃压框5,玻璃固化框1和玻璃压框5的相同处间隔等距分布有多个相互连通的通孔。玻璃固化框1内设有定位式密封倒角,定位式密封倒角与水平方向的夹角的角度范围控制在30~45°。玻璃固化框1与玻璃压框5的中部相互连通形成空腔,空腔内放置有光学玻璃3,本实施例中光学玻璃3的长×宽×高是:320mm×80mm×40mm;光学玻璃3与空腔底部的接触面宽度为8mm,角度为45°的倒角,本实施例中,光学玻璃3安装后与玻璃固化框1之间存在0.38mm的间隙,玻璃固化框1内侧的四个顶角设置有3/4圆弧形的防线胀保护槽。玻璃固化框1与光学玻璃3的长边L之间还设有沿长宽方向的防线胀间隙p。光学玻璃3与玻璃固化框1之间设有石墨垫片2,石墨垫片2的厚度为0.5mm,如此设置可以保证在高温下使用且密封性能良好;光学玻璃3与玻璃压框5之间设有硅橡胶垫片4,硅橡胶垫片4的厚度为1.0mm,如此设置可以抵消厚度方向的热膨胀量且密封性能良好。
本快速更换装置的设计要求:
倒角横截面的斜边长度S与光学玻璃3(3)的长边L的关系式为:。本实施例中倒角为45°,经计算得出倒角横截面的斜边长度S:320×0.025×1.414=11.31mm(结果保留小数点后两位)。如此设计可以保证安装光学玻璃3的准确定位,通过紧固压紧后光学玻璃3不会出现位置偏移,同时保证装置的气密性。
防线胀保护槽的深度d、光学玻璃3的厚度D、定位式密封倒角与水平方向夹角和光学玻璃3的长边L的关系式为:/>,本实施例中防线胀保护槽的深度d:40-320×0.025×1=32mm。防线胀保护槽的起始位置从玻璃固化框1表面开始计算,圆弧半径为1.5 mm。
防线胀间隙p=L×0.12%,本实施例中防线胀间隙p:320×0.0012=0.38(结果保留小数点后两位)。如此设计可以确保线胀系数不同的玻璃固化框1(例如,材料为304不锈钢,线胀系数为0.0181mm/m·℃)和光学玻璃3(例如,材料为JGS-1石英,线胀系数为0.0005mm/m·℃)不会因超燃冲压发动机燃烧室内火焰稳定燃烧升温,导致两者热膨胀量不同造成光学玻璃3被挤压损坏。
快速更换装置的安装:
将玻璃固化框1、石墨垫片2、光学玻璃3、硅橡胶垫片4和玻璃压框5依次由下至上叠放;上述操作完成以后,通过螺栓6将玻璃固化框1和玻璃压框5紧固连接即实现光学玻璃3的固定,随后将其安装在超燃冲压发动机光学观测窗的孔位中。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,其特征在于:包括玻璃固化框(1)和与玻璃固化框(1)螺栓连接的玻璃压框(5),所述玻璃固化框(1)与玻璃压框(5)的中部相互连通形成空腔,所述空腔内设有光学玻璃(3);所述光学玻璃(3)与玻璃固化框(1)之间设有石墨垫片(2),所述光学玻璃(3)与玻璃压框(5)之间设有硅橡胶垫片(4);
所述玻璃固化框(1)内设有定位式密封倒角,所述定位式密封倒角与水平方向的夹角θ的角度范围控制在30~45°,所述定位式密封倒角横截面的斜边长度S与光学玻璃(3)的长边L的关系式为:S=L×2.5%×secθ;
所述玻璃固化框(1)内侧的四个顶角设置有3/4圆弧形的防线胀保护槽,所述防线胀保护槽的深度d、光学玻璃(3)的厚度D、定位式密封倒角与水平方向夹角θ和光学玻璃(3)的长边L的关系式为:d=D-L×2.5%×tanθ,所述防线胀保护槽的起始位置从玻璃固化框(1)表面开始计算,所述防线胀保护槽的圆弧半径为1.5mm;
所述玻璃固化框(1)与光学玻璃(3)的长边L之间设有沿长宽方向的防线胀间隙p,所述防线胀间隙p=L×0.12%。
2.根据权利要求1所述的一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,其特征在于:所述石墨垫片(2)的厚度为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种超燃冲压发动机光学观测玻璃的快速更换装置,其特征在于:所述硅橡胶垫片(4)的厚度为1.0mm。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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