一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞技术方案

本发明专利技术提供了一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，包括风洞本体和设置在风洞本体上的分布式配重块，所述风洞本体设置在轨道上，所述分布式配重块和所述轨道之间安装可锁定滑轮，所述分布式配重块的附近安装有风洞运行监控系统。本发明专利技术在风洞本体上设置分布式配重块，可移动可增加可减少，便于安装，调整；分布式配重块有助于洞体在轨道上的稳定轴向移动，降低脱轨风险；应变监测模块可有效采集风洞结构受力数据，高速相机可采集速度和位移数据，既有利于保证风洞安全，又便于进行数据分析和动态优化。分析和动态优化。分析和动态优化。

【技术实现步骤摘要】
一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞


[0001]本专利技术涉及风洞洞体结构
，尤其是涉及一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞。

技术介绍

[0002]激波风洞利用入射激波在喷管上游反射后，产生的高温高压试验气流进行试验。如果采用高性能驱动方式的高焓激波风洞，模拟的飞行速度最高可以达到7km/s。采用先进的现代化测试仪器及相关试验技术，在有效时间为数毫秒量级范围内，已经能够满足超高速状态下的复杂气体物理等问题的研究。从原理上而言，高焓激波风洞能够复现高超声速飞行器的飞行环境，能够模拟飞行环境下气体的速度、压力和温度条件。从工程应用的角度讲，高焓激波风洞能够开展气动热\力、超燃推进、自由飞、级间分离、辐射特性、光电特性和电磁散射等试验的研究。基于上述两个方面，高焓激波风洞在高温气体效应机理研究和高超飞行器设计中都有着最直接的应用。
[0003]高焓激波风洞喷管驻室总温总压水平是由风洞的驱动技术决定的。高效的驱动技术主要包括变截面、多级、轻质气体和加热轻质气体等技术。将上述不同的驱动技术有效结合，能够有效提高入射激波的强度，进而获得更高的总焓和总压。采用轻气体和加热轻气体(电加热、爆轰加热和自由活塞压缩加热等)。自由活塞激波风洞可获得最大的性能和运行灵活性，但技术风险相对复杂。
[0004]自由活塞激波风洞运行过程中，高压驱动气体驱动活塞撞击刹车机构停止时，对风洞洞体产生轴向冲击载荷；被驱动气体流过型面喷管建立试验流场后，对风洞洞体产生轴向载荷，两种载荷叠加，会使风洞产生较大位移，对风洞洞体产生损坏。单靠风洞自身的重力产生的摩擦力，不足以保护洞体结构，因此需要增加配重结构或增大轨道摩擦力，减小风洞在载荷下的位移。目前较为常用的配重结构一般都为集中在一个区域的配重，这种方式对于结构的局部强度要求很高，使得该机构体积很大，在试验准备过程中移动困难，并且一旦出现问题，很难进行调整，因此需要设计更加精细的分布式配重和优化系统来解决这些问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，采用分布式配重有助于洞体在轨道上的稳定轴向移动，降低脱轨风险。
[0006]根据本专利技术的一个目的，本专利技术提供一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，包括风洞本体和设置在风洞本体上的分布式配重块，所述风洞本体设置在轨道上，所述分布式配重块和所述轨道之间安装可锁定滑轮，所述分布式配重块的附近安装有风洞运行监控系统。
[0007]进一步地，所述风洞本体包括依次连接的高压储气室、压缩管、压缩管支架、大夹膜机构、激波管、小夹膜机构、喷管、攻角机构和试验段，所述攻角机构的底部设有浮动和复
位机构，所述激波管的下方设有激波管支架。
[0008]进一步地，所述可锁定滑轮在吹风过程中锁定，可将滚动摩擦变为滑动摩擦，摩擦系数从0.005增大至0.17。
[0009]进一步地，所述分布式配重块的质量由下列动力学公式进行计算：
[0010][0011]F1t＝MV＝m
p
v
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(2)
[0012][0013]上式中，F1为风洞运行过程中受到的作用力；M为风洞的质量；V为风洞运行的速度；S为风洞运动位移；v为活塞运行速度；F2为风洞运动受到的作用力；P
R
，P
C
分别是高压储气室和压缩管的压力；f为活塞运动过程中与压缩管中的摩擦力。
[0014]进一步地，所述风洞运行监控系统实时监测风洞结构受力状态，对风洞配重进行动态调整。
[0015]进一步地，所述风洞运行监控系统采用高速相机采集洞体位移并绘制曲线，分析洞体在受冲击载荷时的实际速度和位移。
[0016]进一步地，所述风洞运行监控系统的采集频率大于10kHz。
[0017]进一步地，所述分布式配重块设置在所述高压储气室、所述压缩管、所述大夹膜机构、所述激波管、所述小夹膜机构或所述喷管上。
[0018]进一步地，所述压缩管上安装配重块整体质量为180t
‑
220t，所述激波管上安装配重块整体质量为80t
‑
100t。
[0019]进一步地，所述分布式配重块包括多个配重块组装集成，每个所述配重块质量为12t。
[0020]本专利技术的技术方案在风洞本体上设置分布式配重块，可移动可增加可减少，便于安装，调整；分布式配重块有助于洞体在轨道上的稳定轴向移动，降低脱轨风险；应变监测模块可有效采集风洞结构受力数据，高速相机可采集速度和位移数据，既有利于保证风洞安全，又便于进行数据分析和动态优化。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例分布式配重的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例图2中A
‑
A的剖视图；
[0025]图中，1、高压储气室；2、压缩管；3、压缩管支架；4、大夹膜机构；5、激波管；6、小夹膜机构；7、喷管；8、攻角机构；9、试验段；10、浮动和复位机构；11、激波管支架；12、轨道；13、分布式配重块；14、风洞运行监控系统。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，其特征在于，包括风洞本体和设置在风洞本体上的分布式配重块，所述风洞本体设置在轨道上，所述分布式配重块和所述轨道之间安装可锁定滑轮，所述分布式配重块的附近安装有风洞运行监控系统。2.根据权利要求1所述的带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，其特征在于，所述风洞本体包括依次连接的高压储气室、压缩管、压缩管支架、大夹膜机构、激波管、小夹膜机构、喷管、攻角机构和试验段，所述攻角机构的底部设有浮动和复位机构，所述激波管的下方设有激波管支架。3.根据权利要求1所述的带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，其特征在于，所述可锁定滑轮在吹风过程中锁定，可将滚动摩擦变为滑动摩擦，摩擦系数从0.005增大至0.17。4.根据权利要求1所述的带有分布式配重系统的自由活塞激波风洞，其特征在于，所述分布式配重块的质量由下列动力学公式进行计算：F1t＝MV＝m
p
v
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(2)上式中，F1为风洞运行过程中受到的作用力；M为风洞的质量；V为风洞运行的速度；S为风洞运动位移；v为活塞运行速度；F2为风洞运动受到的作用力；P
R
，P
C...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，谌君谋，蒋博，张婷婷，邵忠杰，
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：