一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，包括左右對稱的左側(cè)壁(1)、右側(cè)壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左側(cè)壁(1)和右側(cè)壁(10)通過對稱布置的上支撐板(4)和下支撐板(5)對其進行位置固定并支撐連接形成開口式的噴管框架；上型面機構(gòu)(2)與下型面機構(gòu)(3)上下對稱的布置于噴管框架內(nèi)，其特征在于，還包括上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)；該可變馬赫數(shù)自由射流跨聲速剛性噴管氣動流場優(yōu)良，設(shè)計方法合理；剛性型面末端半圓軸設(shè)計，確保開口式噴管出口面積恒定，并實現(xiàn)噴管出口氣流流場均勻、規(guī)則；在噴管出口處能夠得到一個明顯的均勻試驗區(qū)域，滿足試驗要求，在高空臺吹風(fēng)試驗中效果良好。
【專利說明】
一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]風(fēng)洞試驗或航空發(fā)動機高空臺氣動試驗。

【背景技術(shù)】
:
[0002]自由射流試驗作為模擬高空進氣道-發(fā)動機匹配試驗的重要手段，其進氣裝置作用是在自由射流試驗中使經(jīng)過該裝置的氣流在規(guī)定試驗區(qū)域內(nèi)達到試驗要求模擬的馬赫數(shù)、總壓、氣流角度等參數(shù)條件。自由射流進氣裝置(簡稱噴管)是建立自由射流流場的核心部段，其設(shè)計質(zhì)量的高低，直接決定了自由射流的流場品質(zhì)，決定了自由射流試驗數(shù)據(jù)的可靠性和精度，決定了自由射流的試驗?zāi)芰σ约芭摰倪\行效率。
[0003]跨聲速的噴管采用收擴結(jié)構(gòu)，在收縮段使氣流由低壓聲速均勻加速到聲速，然后氣流由喉道開始(膨脹段)均勻等熵加速膨脹，至噴管出口達到所要求的馬赫數(shù)，并形成馬赫數(shù)分布均勻試驗菱形區(qū)。試驗段與喉道的面積比決定了所要達到的馬赫數(shù)。
[0004]從噴管馬赫數(shù)是否可調(diào)來看，早期噴管多為固定噴管，但隨著高空模擬設(shè)計和運行技術(shù)的發(fā)展，噴管馬赫數(shù)調(diào)節(jié)方式從最初的對稱塞式和格柵式，到后來的滑塊式，并逐步發(fā)展到當前主要使用的全柔性、半柔性以及剛性三種形式。由于受到流場均勻性和可獲得試驗馬赫數(shù)范圍的限制，國內(nèi)主要采用撓性噴管的結(jié)構(gòu)，其原理圖如圖1所示。
[0005]對此類二維對稱的馬赫數(shù)連續(xù)可調(diào)噴管，國內(nèi)外研宄主要集中在柔性噴管結(jié)構(gòu)形式。但受剛性噴管馬赫數(shù)調(diào)節(jié)范圍以及馬赫數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的限制，其研宄相對缺乏，現(xiàn)有剛性噴管不同程度地有著噴管出口矩形截面難以保證，試驗馬赫數(shù)區(qū)間有限以及剛性型面板變形引起的重復(fù)性差等缺陷。
[0006]本文針對此類二維對稱的馬赫數(shù)連續(xù)可調(diào)噴管，提出了一種基于固定面積的開口式自由射流跨聲速噴管，該噴管結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，兼顧同步性和亞聲速、跨聲速、超聲速的試驗范圍，保證了試驗區(qū)優(yōu)良的氣流品質(zhì)，運行效率大大提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]設(shè)計簡單、可靠的馬赫數(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)進氣裝置，保證高品質(zhì)流場前提下，使噴管馬赫數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)范圍擴大到亞聲速/超聲速，同時通過固定型面末端半圓軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計，確保開口式噴管出口面積恒定，并實現(xiàn)噴管出口氣流流場均勻、規(guī)則。提高其使用效率與實用性。
[0008]本發(fā)明提供了一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，包括左右對稱的左側(cè)壁(I)、右側(cè)壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)通過對稱布置的上支撐板(4)和下支撐板(5)對其進行位置固定并支撐連接形成開口式的噴管框架；上型面機構(gòu)(2)與下型面機構(gòu)(3)上下對稱的布置于噴管框架內(nèi)，其特征在于，還包括上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)，
[0009]其中上型面機構(gòu)(2)包括上型面板(2-1)、上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)，上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)位于上型面板(2-1)出口端的左右兩側(cè)；
[0010]下型面機構(gòu)(3)包括下型面板(3-1)、下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5);下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)位于下型面板(3-1)出口端的左右兩側(cè)；
[0011]其中上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)分別通過上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)分別與左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)進行旋轉(zhuǎn)支撐連接；其中下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)分別通過下右半圓軸承(8)、下左半圓軸承(9)與左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)進行旋轉(zhuǎn)支撐連接。
[0012]進一步的，上型面機構(gòu)(2)還包括固定于上型面板(2-1)的上驅(qū)動架(2-2)、上密封支板(2-3)，上密封支板(2-3)與上支撐板(4)剛性接觸，下型面機構(gòu)(3)還包括固定于下型面板(3-1)的下驅(qū)動架(3-2)、下密封支板(3-3)、下密封支板(3-3)與下支撐板(5)剛性接觸。
[0013]進一步的，還包括上型面驅(qū)動機構(gòu)(11)與下型面驅(qū)動機構(gòu)(12)，上型面驅(qū)動機構(gòu)
(11)包括上驅(qū)動缸(11-1)、第一上軸銷(11-2)、上連桿(11-3)、第二上軸銷(11-4)、上支座(11-5);下型面驅(qū)動機構(gòu)(12)包括下驅(qū)動缸(12-1)、第一下軸銷(12-2)、下連桿(12_3)、第二下軸銷(12-4)、下支座(12-5)，
[0014]上驅(qū)動架(2-2)與上支座(11-5)螺栓固定連接，下驅(qū)動架(3-2)與下支座(12_5)螺栓固定連接，上驅(qū)動缸(11-1)固定于空氣穩(wěn)定室中，通過第一上軸銷(11-2)與上連桿(11-3)連接，上連桿(11-3)通過第二上軸銷(11-4)與上支座(11-5)連接；下驅(qū)動缸(12-1)對稱于上驅(qū)動缸(11-1)固定在空氣穩(wěn)定室中，通過第一下軸銷(12-2)與下連桿(12-3)連接，下連桿(12-3)通過第二下軸銷(12-4)與下支座(12-5)連接。
[0015]對于出口為開口式的自由射流噴管，其半圓形軸耳設(shè)計有效保證了剛性型面旋轉(zhuǎn)中心軸為噴管型面出口邊線，從而有效保證了馬赫數(shù)調(diào)節(jié)過程中，噴管出口的截面積以及其喉道控制高度的基準統(tǒng)一性。上下型面驅(qū)動機構(gòu)可實現(xiàn)噴管馬赫數(shù)在較寬亞聲速、超聲速范圍的有效、快捷調(diào)節(jié)。
[0016]優(yōu)點:
[0017]a)半圓軸設(shè)計解決了剛性噴管馬赫數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)對其出口氣流品質(zhì)限制的影響。
[0018]b)上下型面機構(gòu)調(diào)節(jié)的方式簡單、可靠。
[0019]c)實現(xiàn)了馬赫數(shù)連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍可覆蓋亞聲速、跨聲速、超聲速。
[0020]效果:
[0021]該可變馬赫數(shù)自由射流跨聲速剛性噴管氣動流場優(yōu)良，設(shè)計方法合理。剛性型面末端半圓軸設(shè)計，確保開口式噴管出口面積恒定，并實現(xiàn)噴管出口氣流流場均勻、規(guī)則。在噴管出口處能夠得到一個明顯的均勻試驗區(qū)域，滿足試驗要求，在高空臺吹風(fēng)試驗中效果良好。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0022]圖1為噴管局部三維視圖圖；
[0023]圖2噴管上下剛性型面機構(gòu)正視圖；
[0024]圖3噴管正視示意圖。
[0025]1、左側(cè)壁；2、上型面機構(gòu)；3、下型面機構(gòu)；4、上支撐板；5、下支撐板；6、上右半圓軸承；7、上左半圓軸承；8、下右半圓軸承；9、下左半圓軸承；10、右側(cè)壁；11、上型面驅(qū)動機構(gòu)；12、下型面驅(qū)動機構(gòu)；2-1、上型面板；2-2、上驅(qū)動架；2-3、上密封支板；2_4、上右半圓軸耳；2-5、上左半圓軸耳；3-1、下型面板；3-2、下驅(qū)動架；3-3、下密封支板；3_4、下右半圓軸耳；；3-5、下左半圓軸耳；11_1、上驅(qū)動缸；11_2、第一上軸銷；11_3、上連桿；11_4、第二上軸銷；11_5、上支座；12-1、下驅(qū)動缸；12-2、第一下軸銷；12-3、下連桿；12_4、第二下軸銷；12-5、下支座。

【具體實施方式】
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[0026]參閱附圖1至3，本發(fā)明的一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，包括左右對稱的左側(cè)壁1、右側(cè)壁10、上支持板4和下支持板5，左側(cè)壁I和右側(cè)壁10通過對稱布置的上支撐板4和下支撐板5對其進行位置固定并支撐連接形成開口式的噴管框架；上型面機構(gòu)2與下型面機構(gòu)3上下對稱的布置于噴管框架內(nèi)，其特征在于，還包括上右半圓軸承6、上左半圓軸承7，
[0027]其中上型面機構(gòu)2包括上型面板2-1、上右半圓軸耳2-4、上左半圓軸耳2_5，上右半圓軸耳2-4、上左半圓軸耳2-5位于上型面板2-1出口端的左右兩側(cè)；
[0028]下型面機構(gòu)3包括下型面板3-1、下右半圓軸耳3-4、下左半圓軸耳3_5 ;下右半圓軸耳3-4、下左半圓軸耳3-5位于下型面板3-1出口端的左右兩側(cè)；
[0029]其中上右半圓軸耳2-4、上左半圓軸耳2-5分別通過上右半圓軸承6、上左半圓軸承7分別與左側(cè)壁I和右側(cè)壁10進行旋轉(zhuǎn)支撐連接；其中下右半圓軸耳3-4、下左半圓軸耳3-5分別通過下右半圓軸承8、下左半圓軸承9與左側(cè)壁I和右側(cè)壁10進行旋轉(zhuǎn)支撐連接。
[0030]進一步的，上型面機構(gòu)2還包括固定于上型面板2-1的上驅(qū)動架2-2、上密封支板2-3，上密封支板2-3與上支撐板4剛性接觸，下型面機構(gòu)3還包括固定于下型面板3-1的下驅(qū)動架3-2、下密封支板3-3、下密封支板3-3與下支撐板5剛性接觸。
[0031]進一步的，還包括上型面驅(qū)動機構(gòu)11與下型面驅(qū)動機構(gòu)12，上型面驅(qū)動機構(gòu)11包括上驅(qū)動缸11-1、第一上軸銷11-2、上連桿11-3、第二上軸銷11-4、上支座11_5 ;下型面驅(qū)動機構(gòu)12包括下驅(qū)動缸12-1、第一下軸銷12-2、下連桿12-3、第二下軸銷12_4、下支座12-5，
[0032]上驅(qū)動架2-2與上支座11-5螺栓固定連接，下驅(qū)動架3_2與下支座12_5螺栓固定連接，上驅(qū)動缸11-1固定于空氣穩(wěn)定室中，通過第一上軸銷11-2與上連桿11-3連接，上連桿11-3通過第二上軸銷11-4與上支座11-5連接；下驅(qū)動缸12-1對稱于上驅(qū)動缸11_1固定在空氣穩(wěn)定室中，通過第一下軸銷12-2與下連桿12-3連接，下連桿12-3通過第二下軸銷12-4與下支座12-5連接。
【權(quán)利要求】
1.一種可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，包括左右對稱的左側(cè)壁(I)、右側(cè)壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)通過對稱布置的上支撐板(4)和下支撐板(5)對其進行位置固定并支撐連接形成開口式的噴管框架；上型面機構(gòu)(2)與下型面機構(gòu)(3)上下對稱的布置于噴管框架內(nèi)，其特征在于，還包括上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)， 其中上型面機構(gòu)(2)包括上型面板(2-1)、上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)，上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)位于上型面板(2-1)出口端的左右兩側(cè)； 下型面機構(gòu)(3)包括下型面板(3-1)、下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5);下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)位于下型面板(3-1)出口端的左右兩側(cè)； 其中上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)分別通過上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)分別與左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)進行旋轉(zhuǎn)支撐連接；其中下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)分別通過下右半圓軸承(8)、下左半圓軸承(9)與左側(cè)壁(I)和右側(cè)壁(10)進行旋轉(zhuǎn)支撐連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，其特征在于，上型面機構(gòu)(2)還包括固定于上型面板(2-1)的上驅(qū)動架(2-2)、上密封支板(2-3)，上密封支板(2-3)與上支撐板(4)剛性接觸，下型面機構(gòu)(3)還包括固定于下型面板(3-1)的下驅(qū)動架(3-2)、下密封支板(3-3)、下密封支板(3-3)與下支撐板(5)剛性接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變馬赫數(shù)的自由射流跨聲速剛性噴管，其特征在于，還包括上型面驅(qū)動機構(gòu)(11)與下型面驅(qū)動機構(gòu)(12)，上型面驅(qū)動機構(gòu)(11)包括上驅(qū)動缸(11-1)、第一上軸銷(11-2)、上連桿(11-3)、第二上軸銷(11-4)、上支座(11_5);下型面驅(qū)動機構(gòu)(12)包括下驅(qū)動缸(12-1)、第一下軸銷(12-2)、下連桿(12-3)、第二下軸銷(12-4)、下支座(12-5)， 上驅(qū)動架(2-2)與上支座(11-5)螺栓固定連接，下驅(qū)動架(3-2)與下支座(12-5)螺栓固定連接，上驅(qū)動缸(11-1)固定于空氣穩(wěn)定室中，通過第一上軸銷(11-2)與上連桿(11-3)連接，上連桿(11-3)通過第二上軸銷(11-4)與上支座(11-5)連接；下驅(qū)動缸(12-1)對稱于上驅(qū)動缸(11-1)固定在空氣穩(wěn)定室中，通過第一下軸銷(12-2)與下連桿(12-3)連接，下連桿(12-3)通過第二下軸銷(12-4)與下支座(12-5)連接。
【文檔編號】G01M9/04GK104483093SQ201410776293
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】吳鋒, 陳鵬飛, 馮旭棟, 張有, 張正偉 申請人:中國燃氣渦輪研究院