CN208283035U - 一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，目的在于解决目前缺乏跨声速风洞槽壁近壁区域流动特性测量手段的现状。其包括探针支撑单元、流向移测控制单元、法向移测控制单元。探针支撑单元包括固定盖和楔形前端两部分，在楔形前端形成探针安装孔。本实用新型能通过少量实验车次尽快获得穿槽流动特征量的分布特点，以利于槽壁近壁区域流场测量、分析，及槽壁边界条件的准确性验证。采用驻室内安装方式，能够减小测试装置对试验段主气流的影响，保证穿槽流动测试的准确性；采用法向和流向移测的同步控制，能够实现穿槽流动法向和流向特征量分布的同步测量，快速获得穿槽流动特征量的分布特性，提高测试效率和准确度。

Description

一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置

技术领域

本发明涉及实验空气动力学领域，具体为一种测量跨声速风洞槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置。

背景技术

开槽是跨声速风洞试验段壁板主要的透气形式之一。高亚声速范围内，与孔壁相比，槽壁具有干扰小、噪声低、加工调整方便等特性，逐渐成为跨声速风洞的发展趋势，晚些时候建成的主要设备（如NTF、ETW等）均采用了开槽形式。与低速风洞的实壁或开口边界不同，开槽边界会诱导驻室与试验段之间的穿槽流动，该流动直接影响跨声速风洞的整体性能，包括流场均匀性、堵塞干扰和波反射干扰以及马赫数修正特性等。此外，与近壁流动特性相关的槽壁边界条件还是洞壁干扰评估与修正技术的重要环节。国外先进风洞的运行经验表明，洞壁干扰特性研究的发展应基于近壁区域流动特性研究之上，主要是近壁区域流动测试技术的发展，壁板诱导速度场建模分析等手段。

开槽导致的透气流动使洞壁边界区域流动异常复杂，流动方向、壁板压差以及开槽参数之间存在严重的耦合效应，近壁流动特性不仅与开槽的几何参数有关，而且与壁面边界层、模型堵塞等因素关系密切，采用数学模型进行准确描述和分析的难度较大；数值模拟方面，近壁区域内复杂的开槽结构以及对边界层的抽吸影响使数值模拟在短期内无法实现；实验方面，测试的关键是在对穿槽流动干扰较小的前提下，实现高亚声速范围内穿槽流动特征量（气流偏角、当地压力等）沿壁板法向和气流方向的分布测量，具有测试范围大、精度要求高的难点。

传统测压耙方法对近壁流动干扰较大，而且无法测量局部静压沿流动方向的分布，而壁压信息法仅能测量近壁区域压力分布，对穿槽流动角度、局部速度以及粘性损失等特征量无法测量。

基于上述原因，目前国内、外风洞实验机构槽壁干扰修正多采用基于理想、无旋、小扰动假设前提的理想槽壁均匀边界条件，忽略了由于穿槽流动粘性导致的法向速度一阶和二阶项影响，边界条件中的主要系数量值由经验法或大、小模型测力实验对比法获得。

因此，发展槽壁近壁区域流动测量手段有助于分析开孔、开槽参数对试验段流场的影响，对于指导风洞气动设计和设备调试工作具有重要的意义。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前缺乏跨声速风洞槽壁近壁区域流动特性测量手段的现状，提出一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置。本发明提供的是一种新型的、可移测的探针支架，在准确、可靠的基础上，通过少量实验车次即可快速获得穿槽流动特征量的分布特点，以利于槽壁近壁区域流场测量、分析，以及槽壁边界条件的准确性验证。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，包括探针支撑单元、流向移测控制单元、法向移测控制单元；

所述探针支撑单元包括固定盖、与固定盖固连为一体的楔形前端，楔形前端形成探针安装孔；

所述流向移测控制单元包括用于安装在试验段上驻室肋板上的滑轨、电机支撑座、驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、滑动支撑件、流向移测拉线位移传感器，所述滚珠丝杠包括流向移测丝杆、与流向移测丝杆相配合的滚珠螺母，所述电机支撑座、滑动支撑件分别与滑轨相连且滑轨能分别为电机支撑座、滑动支撑件提供支撑，所述驱动电机安装在电机支撑座上且电机支撑座能为驱动电机提供支撑，所述流向移测丝杆与滑动支撑件活动相连且滑动支撑件能为流向移测丝杆提供支撑，所述驱动电机的转轴通过联轴器与流向移测丝杆相连且驱动电机的转轴能带动流向移测丝杆上的滚珠螺母相对滑轨移动；

所述法向移测控制单元包括与滚珠螺母相连的电机安装座、贯穿电机、导向套、导杆、法向移测拉线位移传感器；所述贯穿电机安装在电机安装座上且电机安装座能够为贯穿电机提供支撑，所述导向套与电机安装座相连，所述导杆穿过导向套且导杆与导向套之间采用滑动连接；所述导杆、贯穿电机的法向移测丝杆分别与探针支撑单元相连且贯穿电机通过法向移测丝杆能带动探针支撑单元相对电机安装座移动；

所述流向移测拉线位移传感器的一端与流向移测控制单元的末端固定连接，另一端与法向移测控制单元的电机安装座相连；

所述法向移测拉线位移传感器的一端与法向移测单元固定连接，另一端与探针支撑单元相连。

作为优选，所述滑动支撑件包括与滑轨固定连接的丝杆支撑座、用于为丝杆提供支撑的丝杆固定支架，所述丝杆固定支架与丝杆支撑座固定连接。

所述滑轨通过螺钉或螺杆与试验段上驻室肋板相连。

所述导向套安装在电机安装座上且穿过电机安装座。

所述导向套为铜套。

所述电机安装座上设置有若干个销孔，所述法向移测单元还包括固定销，所述电机安装座通过固定销、销孔与滚珠螺母相连。

所述销孔为二至五个。

所述流向移测拉线位移传感器的一端安装于滚珠丝杠或滑轨的末端。

所述法向移测拉线位移传感器的一端与电机安装座相连。

传统的近壁区域测量手段，如测压耙，壁压管等方法，并不适用于穿槽流动特性量的测量，主要原因是无法获得气流偏角、压力等特征量沿壁板法向和流向的分布特性，而且其测量结果受测试仪器加工、安装等因素的影响较大，无法准确反映穿槽流动的真实情况。

考虑到常规跨声速风洞均配备体积较大的驻室，因此，本发明采用移测机构和单点探针组合的形式来测量槽壁近壁区域流动特性。这种方法的主要思路是将电机、滑轨、丝杆以及联轴器等流向装置安装在驻室内，利用贯穿式电机和铜套/导杆机构实现探针的法向移动，通过外形精细设计的支撑装置降低整体机构对穿槽流动的影响，基于拉线位移传感器实现探针位置的实时控制和反馈，实现槽壁近壁区域流动特征量的法向和流向同步测量。

本发明中，拉线位移传感器包括流向位移和法向位移两台，流向位移传感器的测量端与所述法向移测控制系统电机安装座相连；法向位移传感器的测量端与探针支撑单元相连。同时，流向移测控制单元安装于槽壁试验段上驻室。法向移测控制单元通过电机安装座和滚珠螺母固定于流向移测控制单元的流向移测丝杆上，末端依次固定贯穿电机、铜套、导杆及探针支撑单元。探针支撑单元通过导杆固定于法向移测控制单元上，通过贯穿电机实现沿槽壁的法向移测，探针支撑单元呈楔形以降低对穿槽流动的影响，并通过内六方实现与探针的配合安装。

为了达到更好的技术效果，法向移测系统与滑块螺母之间通过固定销定位，实现系统的快速安装和准确定位。

为了达到更好的技术效果，流向移测系统的电机轴与滚轴丝杆之间通过联轴器相连，避免机构不同轴导致的运行误差。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）本发明的支撑移测装置包括探针支撑单元、流向移测控制单元、法向移测控制单元等，整体结构精简，成本低；采用驻室内安装方式，能够减小测试装置对试验段主气流的影响，保证穿槽流动测试的准确性；采用法向和流向移测的同步控制，能够实现穿槽流动法向和流向特征量分布的同步测量，快速获得穿槽流动特征量的分布特性，提高测试效率和准确度；

（2）本发明的支撑移测装置通过铜套和导杆保证法向移动的垂直度，不会产生由于机构受载导致的别卡，实用性强且安全性高；

（3）本发明的支撑移测装置通过联轴器保证流向移动的同轴度，有效减小电机轴和滚轴丝杆安装偏差导致的流向移测偏差，控制方便，精准度高且能够满足不同的实验条件；

（4）本发明的支撑移测装置滑轨安装于试验段上驻室的壁板上，通过螺钉顶紧在槽壁肋板上，可根据设备实际需求选用不同行程的滑轨，通用性强；

（5）本发明的支撑移测装置采用模块化设计，整体安装和拆装方便，便于整个移测装置的移动，提高准备效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中装置的整体结构示意图。

图2为实施例1中装置另一角度的整体结构示意图。

图3为图1中流向移测单元中驱动电机与滚轴丝杆连接示意图。

图4为图1中法向移测单元中贯穿电机与导杆连接示意图。

图5为图1中探针支撑单元与导杆连接示意图。

图中标记：1、流向移测拉线位移传感器，2、滑轨，3、电机支撑座，4、电机安装座，5、法向移测丝杆，6、联轴器，7、驱动电机，8、导杆，9、贯穿电机，10、法向移测拉线位移传感器，11、探针支撑单元，12、流向移测丝杆，21、丝杆支撑座，22、丝杆固定支架，31、固定销，32、导向套，33、滚珠螺母，51、楔形前端，52、探针安装孔，53、固定盖。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，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。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例提供一种应用于0.6米跨声速风洞的槽壁近壁区域流动测量的探针支撑移测装置，其流向移测行程为1100mm，覆盖该风洞的模型区长度；法向移测行程为80mm，覆盖该风洞槽壁表面剪切层及驻室侧的气流混合高度。

其中，支撑移测装置的整体结构如图1、图2所示。装置采用模块化设计，分为探针支撑单元、流向移测单元和法向移测单元三个主要部分。

其中，探针支撑单元包括固定盖、楔形前端，如图所示，楔形前端形成探针安装孔。该结构中，固定盖与楔形前端连接为一体，探针安装孔则用于安装探针。探针支撑单元与导杆之间的连接形式见图5，探针支撑单元通过导杆和贯穿电机的法向移测丝杆固定于法向移测单元上。

另外，流向移测单元包括滑轨、流向移测拉线位移传感器、电机支撑座、驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、滑动支撑件。本实施例中，滚珠丝杠包括流向移测丝杆、与流向移测丝杆相配合的滚珠螺母，滑动支撑件包括丝杆支撑座、与丝杆支撑座固定相连的丝杆固定支架；滑轨通过螺钉顶紧于试验段上驻室肋板上，电机支撑座、丝杆支撑座分别与滑轨固定连接，流向移测丝杆与丝杆固定支架活动相连。该结构中，丝杆固定支架用于为流向移测丝杆提供支撑，滑轨能够分别为电机支撑座、丝杆支撑座提供支撑。驱动电机安装在电机支撑座上，驱动电机的转轴通过联轴器与流向移测丝杆相连且驱动电机的转轴能带动流向移测丝杆上的滚珠螺母相对滑轨移动。本实施例中，流向移测拉线位移传感器安装于滚珠丝杠的末端或安装于滑轨上，其测量端与法向移测单元的电机安装座相连。

同时，法向移测单元包括与滚珠螺母相连的电机安装座、贯穿电机、导向套、导杆、法向移测拉线位移传感器。其中，贯穿电机安装在电机安装座上，电机安装座能够为贯穿电机提供支撑。导向套与电机安装座相连，导杆穿过导向套且导杆与导向套之间采用滑动连接。导杆、贯穿电机的法向移测丝杆分别与探针支撑单元相连，且贯穿电机通过法向移测丝杆能带动探针支撑单元相对电机安装座移动，导杆与导向套的配合则能对探针支撑单元起到导向作用。法向移测拉线位移传感器的一端与电机安装座固定连接，另一端与探针支撑单元相连。本实施例中，导向套安装在电机安装座上且穿过电机安装座，导向套采用铜套。进一步，电机安装座上设置有若干个销孔，法向移测单元还包括固定销，电机安装座通过固定销与销孔的配合，实现与滚珠螺母的连接。

贯穿电机与导杆之间的连接形式如图4所示，连接方式依次为滚珠螺母、固定销、电机安装座、铜套、法向移测丝杆。固定销用于连接电机安装座和滚珠螺母，电机安装座上分布有多个不同位置销孔，能实现法向移测系统的快速安装和位置调整，图4中的铜套用于保证机构沿槽壁法向移测的垂直度，使用前需用黄油润滑，避免移测过程中机构受载后产生的别卡。

该装置工作时，驱动电机的转轴通过联轴器与流向移测丝杆相连，进而带动滚珠丝杠的滚珠螺母移动，联轴器的设计则能有效避免由于不同轴导致的运行别卡以及法向位置偏差等故障，保障系统的正常运行。

本发明的支撑移测装置的工作流程如下。

（1）先在地面将流向移测单元安装好，包括驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、流向移测拉线位移传感器。

（2）再在地面将法向移测单元安装好，包括电机安装座、导杆、贯穿电机、法向移测丝杆、法向移测拉线传感器。

（3）在地面，将探针安装于探针支撑单元内，探针前端由探针安装孔伸出，确保探针与探针支撑单元之间配合牢固、无松动。

（4）将滑轨安装于试验段上驻室，通过螺钉顶紧。

（5）将第（2）步安装好的法向移测单元通过固定销连接于滚珠螺母上。

（6）将第（3）步安装好的探针支撑单元通过导杆和法向移测丝杆固定在法向移测单元上。

按上述步骤安装完成后，即可进行槽壁近壁区域的流动特性测量试验，法向和流向分布特性可同步进行移动测量，获得气流偏角、压力等特征量的分布。

即本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，包括探针支撑单元、流向移测控制单元、法向移测控制单元；

所述探针支撑单元包括固定盖、与固定盖固连为一体的楔形前端两部分，楔形前端形成探针安装孔；

所述流向移测控制单元包括安装在试验段上驻室肋板上的滑轨、电机支撑座、驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、滑动支撑件、流向移测拉线位移传感器，所述滚珠丝杠包括流向移测丝杆、与流向移测丝杆相配合的滚珠螺母，所述电机支撑座、滑动支撑件分别与滑轨相连且滑轨能分别为电机支撑座、滑动支撑件提供支撑，所述驱动电机安装在电机支撑座上且电机支撑座能为驱动电机提供支撑，所述流向移测丝杆与滑动支撑件活动相连，且滑动支撑件能为流向移测丝杆提供支撑，所述驱动电机的转轴通过联轴器与流向移测丝杆相连，且驱动电机的转轴能带动流向移测丝杆上的滚珠螺母相对滑轨移动；

所述法向移测控制单元包括与滚珠螺母相连的电机安装座、贯穿电机、导向套、导杆、法向移测拉线位移传感器；所述贯穿电机安装在电机安装座上，且电机安装座能够为贯穿电机提供支撑，所述导向套与电机安装座相连，所述导杆穿过导向套，且导杆与导向套之间采用滑动连接；所述导杆、贯穿电机的法向移测丝杆分别与探针支撑单元相连，且贯穿电机通过法向移测丝杆能带动探针支撑单元相对电机安装座移动；

所述流向移测拉线位移传感器的一端与流向移测控制单元的末端固定连接，另一端与法向移测控制单元的电机安装座相连；

所述法向移测拉线位移传感器的一端与法向移测单元固定连接，另一端与探针支撑单元相连。

2.根据权利要求1所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述滑动支撑件包括与滑轨固定连接的丝杆支撑座、用于为丝杆提供支撑的丝杆固定支架，所述丝杆固定支架与丝杆支撑座固定连接。

3.根据权利要求1所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述滑轨通过螺钉或螺杆与试验段上驻室肋板相连。

4.根据权利要求1~3任一项所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述导向套安装在电机安装座上，且穿过电机安装座。

5.根据权利要求4所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述导向套为铜套。

6.根据权利要求1所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述电机安装座上设置有若干个销孔，所述法向移测单元还包括固定销，所述电机安装座通过固定销与滚珠螺母相连。

7.根据权利要求1所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述流向移测拉线位移传感器的一端安装于滚珠丝杠或滑轨的末端。

8.根据权利要求1所述测量槽壁近壁区域流动的探针支撑和移测装置，其特征在于，所述法向移测拉线位移传感器的一端与电机安装座相连。