一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置制造方法及图纸

技术编号:15635523 阅读:185 留言:0更新日期:2017-06-14 19:20
本发明专利技术公开了一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,属于风洞试验装置设计领域。该装置包括框架、弹性梁、铰链轴、固定调节片、过渡调节片、转动调节片、顶杆、弧形导轨、滚珠丝杠模组、伺服电机、减速机、拉线传感器等。弧形导轨的轨道安装在与框架固联的过渡调节片上,弧形导轨的滑块与转动调节片连接,通过由伺服电机、减速机、滚珠丝杠模组组成的直线运动机构带动顶杆行走,实现调节片转动,产生可连续变化激波角的斜激波。本发明专利技术具有精确调节风洞流场的功能,可应用于激波反射、连续变马赫数研究项目,也可用于测压、进气道等超声速风洞特种试验,有效地拓展风洞试验的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置
本专利技术涉及一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,可用于激波反射、连续变马赫数、测压、进气道等超声速风洞特种试验项目,属于风洞试验装置设计领域。
技术介绍
激波作为空气动力学的基本物理现象,具有重要的物理意义和学术研究价值,激波反射现象作为空气动力学重要的研究领域,在物理研究中一直受到了广泛的关注。图1(a)~图1(f)是尖劈在二维流场中,来流Ma1与头部激波的变化情况,其中,图1(a)为当来流Ma1刚刚超过音速一点时,尖劈的前方出现一个离体激波;图1(b)为Ma1速度继续上升,离体激波向尖劈靠拢,发生弯曲;图1(c)为Ma1速度继续上升,激波从离体位置突然贴到尖劈前缘,形成斜激波AN;图1(d)为Ma1速度继续上升,激波AN的β角随之减小。与此相对应的关系还有:图1(e)为对应一定的Ma1,存在一个最大的尖劈角δmax,若尖劈角δ<δmax,就形成一道贴在尖劈前缘的斜激波AN;图1(f)为若尖劈角δ>δmax,就形成一道立在尖劈前缘的弓形离体激波;对于图1(c)、图1(d)、图1(f)的情况,激波后气体的速度方向变化量为δ,即气流方向与尖劈斜面平行,激波后马赫数和激波角可依据完全气体的斜激波公式计算:式中:Ma1=来流马赫数Ma2=激波后马赫数δ=尖劈角β=激波角γ=比热比,对于空气取为1.40对于图1(a)、图1(b)、图1(e)的情况,整个流场的计算很复杂,无法采用确切的计算公式计算激波后马赫数和激波角,需要用计算流体力学计算或通过风洞试验来验证。尖劈放在超声速风洞中的示意如图2(a)和图2(b)所示。(a)当来流Ma1的马赫数足够大,产生原生激波AN,气流折转δ角后速度变为Ma2,但仍然是超声速的。原生激波AN达到风洞壁后,N点的洞壁也相当于一个δ角的尖劈,只要Ma2不太低,气流又会产生一道斜激波NQ,经过NQ以后的气流Ma3就和洞壁平行了。激波NQ称为激波AN的反射波,这种反射称为在直壁上的规则反射。(b)如果Ma2不够大,第一道激波不可能伸到洞壁,可以没有第二道斜激波,这时的反射波系如图示意,N点是几个激波的会合点,这相当于产生离体激波的情况。此外,还有各种类型激波的相交、反射等问题,称之为激波的不规则反射。激波反射问题广泛存在于超声速飞行器布局、发动机进气道等工程应用方面。在研究此类问题时,一般采用测力、测压方法,配合以纹影、油流等观测手段,来研究特定模型比较宏观的激波反射问题。关于激波反射形成流场的边界条件、内部结构分布等机理性的研究,虽然取得了不少认识,但仍然有有一些物理问题等待解决。如图3示意的一种激波反射的典型内部流场,可以看到流动产生了明显分离,激波与边界层之间的相互作用形成了复杂流场。如图4示意的激波反射现象分类,可以看出激波反射的外在表现形式也多种多样。研究者在研究激波反射的道路上,不断地深化和拓展认识,图4的分类内容也在不断地充实和丰富。研究激波反射的流场的边界条件、内部结构分布等机理性问题,通过计算流体力学的方法全面计算很复杂也十分困难,需要设计各种类型的试验方案研究。研究激波反射应用的一个例子是飞行器的结构设计。如果图4示意的流场作用在飞行器表面,会造成飞行器表面结构的持续抖振,如果设计不当,飞行器表面结构有可能产生疲劳震动破坏,或大振幅振荡破坏。针对研究激波反射的机理性问题,常用的风洞测量技术是在风洞支架上安装不同尖劈角δ的模型,通过纹影等手段观察激波结构。这种方法存在着不足,第一是超声速气流的马赫数间隔最小为0.25,还没有达到研究激波反射问题所需要的马赫数步长精度;第二是模型的尖劈角δ的变化是有步长跨度的,连续变化尖劈角δ的机构受限于模型体积无法实现。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,该装置可通过改变调节片的角度,制造出在一定角度和速度范围内连续可控的超声速气流,为研究激波反射的原理创造试验条件。本专利技术的技术解决方案是:一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,该调节装置包括转动调节片、过渡调节片、弧形导轨、弹性梁、顶杆、拉线传感器、横梁、铰链轴、框架、固定调节片和直线运动机构;其中,弹性梁固定安装在风洞试验段的底部位置,框架一端固定在弹性梁上,另一端通过铰链轴与风洞扩开角机构相连;过渡调节片和固定调节片与框架固定连接;横梁固定在风洞试验段的底部位置;转动调节片一端通过弧形导轨与过渡调节片连接,另一端通过顶杆与安装在横梁上的直线运动机构相连,直线运动机构通过顶杆带动转动调节片相对于过渡调节片一端旋转;拉线传感器主体固定在过渡调节片的侧壁上,拉线端固定在转动调节片端部,通过测量转动调节片端部的位移换算成为转动调节片相对于过渡调节片的角度,直线运动装置调节转动调节片相对于过渡调节片的角度至所需要的角度。所述过渡调节片及固定调节片通过压紧的方式与框架固定连接。所述直线运动机构包括滚珠丝杠模组、减速机、伺服电机,伺服电机与减速机连接形成驱动源,减速机与滚珠丝杠模组配合连接,将电机的转动转为滚珠丝杠模组滑块的直线运动。所述顶杆、拉线传感器、横梁、直线运动机构均位于风洞试验支架的一侧,与风动测试支架不在同一个垂直平面内。所述转动调节片与过渡调节片的夹角最大时,顶杆与滚珠丝杠模组远离弧形导轨方向的夹角接近于90度,但不超过90度。本专利技术与现有技术相比的有益效果是:(1)、本专利技术现有超声速试验段的壁板是固定的,本专利技术在超声速试验段的壁板上安装转动调节片,通过转动调节片转动形成的角度,可以得到超声速风洞试验所需的特殊流场:首先是实现超声速马赫数1.5~4.5范围内的气流速度连续变化,其次是实现研究激波反射所需要的连续变化尖劈角δ;(2)、本专利技术最大程度地保留了原有风洞壁板的结构,在转动调节片为0°的时候,与原有风洞的内壁完全一致,不妨碍风洞开展其他试验;(3)、本专利技术的过渡调节片及固定调节片在框架上的固定方式为压紧,可提高调节片安装固定的效率;(4)、本专利技术顶杆的瞬时角速度方向始终与转动调节片转动方向一致,并且顶杆的瞬心位置始终不超过顶杆上端在直线运动机构运动方向的垂直投影,保证了转动调节片与滚珠丝杠模组(8)的滑块位置具有唯一的对应关系;(5)、本专利技术转动调节片位于最大转角的位置时,气动力最大,而此时顶杆与的滚珠丝杠模组(8)角度μ接近90°,直线运动机构的直线驱动力最大程度地转化为转动调节片围绕转心转动所需的转矩,对于整套机构而言,虽然此时的气动力很大但伺服电机所需提供的驱动力很小,从而有效减小了伺服电机的功率和体积。(6)、本专利技术顶杆、拉线传感器、横梁、滚珠丝杠模组、减速机、伺服电机均位于风洞试验支架的一侧,与风动测试支架不在同一个垂直平面内,确保了转动调节片与支架可同时运动而不会发生干涉。附图说明图1(a)为来流马赫数刚过音速,尖劈前方产生离体激波的示意图;图1(b)为来流马赫数刚过音速且稍大于图1(a)的来流马赫数,尖劈前方离体激波发生弯曲的示意图;图1(c)为来流马赫数继续上升,尖劈前方激波从离体位置突然贴到尖劈前缘,形成斜激波AN的示意图;图1(d)为来流马赫数继续上升,激波AN的β角相对于图1(c)的β角减小的示意图本文档来自技高网
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一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置

【技术保护点】
一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,其特征在于:包括转动调节片(1)、过渡调节片(2)、弧形导轨(3)、弹性梁(4)、顶杆(5)、拉线传感器(6)、横梁(7)、铰链轴(11)、框架(12)、固定调节片(13)和直线运动机构;其中,弹性梁(4)固定安装在风洞试验段的底部位置,框架(12)一端固定在弹性梁(4)上,另一端通过铰链轴(11)与风洞扩开角机构相连;过渡调节片(2)和固定调节片(13)与框架(12)固定连接;横梁(7)固定在风洞试验段的底部位置;转动调节片(1)一端通过弧形导轨(3)与过渡调节片(2)连接,另一端通过顶杆(5)与安装在横梁(7)上的直线运动机构相连,直线运动机构通过顶杆(5)带动转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)一端旋转;拉线传感器(6)主体固定在过渡调节片(2)的侧壁上,拉线端固定在转动调节片(1)端部,通过测量转动调节片(1)端部的位移换算成为转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)的角度,直线运动装置调节转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)的角度至所需要的角度。

【技术特征摘要】
1.一种具备角度调节功能的超声速风洞试验段调节装置,其特征在于:包括转动调节片(1)、过渡调节片(2)、弧形导轨(3)、弹性梁(4)、顶杆(5)、拉线传感器(6)、横梁(7)、铰链轴(11)、框架(12)、固定调节片(13)和直线运动机构;其中,弹性梁(4)固定安装在风洞试验段的底部位置,框架(12)一端固定在弹性梁(4)上,另一端通过铰链轴(11)与风洞扩开角机构相连;过渡调节片(2)和固定调节片(13)与框架(12)固定连接;横梁(7)固定在风洞试验段的底部位置;转动调节片(1)一端通过弧形导轨(3)与过渡调节片(2)连接,另一端通过顶杆(5)与安装在横梁(7)上的直线运动机构相连,直线运动机构通过顶杆(5)带动转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)一端旋转;拉线传感器(6)主体固定在过渡调节片(2)的侧壁上,拉线端固定在转动调节片(1)端部,通过测量转动调节片(1)端部的位移换算成为转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)的角度,直线运动装置调节转动调节片(1)相对于过渡调节片(2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁雄杨辉李世强
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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