一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆的制作方法

本实用新型涉及一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，属于航空航天飞行器气动热地面模拟试验装置领域。

背景技术：

在地面模拟试验中，采用电弧加热亚声速包罩烧蚀试验技术研究模型表面防热材料的烧蚀性能是一个比较好的技术途径。当前，随着高焓大功率电弧加热设备的建成以及投入使用，型号研制单位对气动热地面模拟试验提出了更高的要求。现有的亚声速包罩烧蚀试验中所使用的喉道结构形式只能适应气流总焓10mj/kg以下的试验，不能满足气流总焓更高条件下的试验要求。并且，试验用喉道与模型的支撑结构相互分离，使得试验装置结构复杂、容易烧毁。因此需要围绕高焓条件下亚声速包罩的特殊试验需求，对试验使用的喉道和模型支撑装置进行全新设计，增加装置的集成度，减少受热面积，从而提高装置在高焓气流状态下的生存能力。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题：提供一种适用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，可以应用于航空航天气动热防护地面模拟试验中的亚声速包罩烧蚀试验。

本实用新型的技术方案：一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，包括喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆，其中：

模型连接块的前端用于安装试验模型，喉道外壳安装在模型连接块的外侧，用于与试验喷管之间形成音速喉道，连接筒和连接杆同心地安装在模型连接块的后端，连接筒处于连接杆外侧，且短于连接杆。

优选的，所述喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆具有一体化水冷结构。

优选的，所述的一体化水冷结构包括设置在连接杆内部的冷却水入水通道，该通道与设置在模型连接块内的蓄水槽连通，模型连接块外侧与喉道外壳之间留有缝隙且在模型连接块的外侧设置环形水槽，该水槽两侧均设置均布的径向冷却水通道，其中一侧冷却水通道与所述的蓄水槽连通，另一侧冷却水通道与连接筒与连接杆之间的间隙连通。

优选的，所述的与蓄水槽连通的冷却水通道出口为一斜面，该斜面与连接杆轴后端轴线之间的夹角范围30-60°。

优选的，连接筒与连接杆之间的间隙截面积大于模型连接块外侧与喉道外壳之间缝隙的最小截面积。

优选的，所述环形水槽径向截面积不大于蓄水槽径向截面积，蓄水槽径向截面积大于连接杆入水通道径向截面积。

优选的，所述的喉道外壳使用紫铜材料制成，外形为带翻边的桶形结构，翻边结构固定在模型连接块上且翻边前缘与模型连接块对应位置位于同一平面上，用于限制安装在前端的试验模型底部，筒形结构的内侧与翻边结构连接部位倒圆，外侧倒角。

优选的，所述倒角内沿直径不大于预期所有使用试验模型的最小底圆直径，外沿直径需保证该位置处的喉道面积需求，倒角角度大于试验喷管半锥角。

优选的，所述的喉道外壳相对连接杆轴线向外倾斜，倾斜角度小于试验喷管的半锥角。

优选的，所述喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆之间采用焊接方式集成为一体。

本实用新型的有益效果：

当前亚声速包罩烧蚀试验使用的喉道装置与模型支撑装置之间相互分离，结构复杂，各装置暴露在高焓流场环境中的受热面较多，且喉道装置结构形式只能适应气流总焓10mj/kg以下的试验，在高焓试验条件下容易烧毁。本实用新型通过集成式的一体化设计，将喉道及模型连接支撑装置设计为一体，可以有效减少受热面积，提高装置生存能力。

在装置内部形成一体化水冷结构，并通过合理化的水冷通道设计，加强了装置在受热集中部位的冷却效果，降低了装置内整体水流阻力，并使装置冷却均匀，在保证冷却效率的同时，降低所需冷却水流量。

喉道外壳限定使用导热率高的紫铜材料，可保证在较长时间的高焓气流冲刷下结构外形不会发生较大改变，提高装置整体使用寿命。其特定的外形设计可以使得高焓气流仅在该结构表面形成位置稳定的声速线，确保试验模型表面为稳定的亚声速气流，使得试验能够有效进行。

附图说明

图1一体化喉道模型支杆轴向剖面图；

图2一体化喉道模型支杆冷却水流向示意图；

图3一体化喉道模型支杆使用示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型提供一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，如图1所示，包括喉道外壳1、模型连接块2、连接筒3和连接杆4，其中：

喉道外壳1安装在模型连接块2的外侧，连接筒3和连接杆4同心地安装在模型连接块2的一端，连接筒3处于连接杆4外侧，且短于连接杆4，用于连接其余的固定用装置。

具体地，如图2、3所示，使用时，试验模型安装在模型连接块2的另一侧。冷却水从连接杆4的远端进入之后，到达模型连接块2的底端并向四周散开，经过喉道外壳1的内部对其进行冷却，最后从连接筒3内侧向外流出。通过喉道外壳1、模型连接块2、连接筒3和连接杆4之间一体化的水冷结构设计，增强装置的冷却效果，简化冷却水进出接口，从而提高装置的生存能力。

下面给出一种一体化水冷结构的形式，包括设置在连接杆内部的冷却水入水通道，该通道与设置在模型连接块内的蓄水槽连通，模型连接块外侧与喉道外壳之间留有缝隙且在模型连接块的外侧设置环形水槽，该水槽两侧均设置均布的径向冷却水通道，其中一侧冷却水通道与所述的蓄水槽连通，另一侧冷却水通道与连接筒与连接杆之间的间隙连通。所述的与蓄水槽连通的冷却水通道出口为一斜面，该斜面与连接杆轴后端轴线之间的夹角45°。连接筒与连接杆之间的间隙截面积大于模型连接块外侧与喉道外壳之间缝隙的最小截面积。环形水槽径向截面积不大于蓄水槽径向截面积，蓄水槽径向截面积大于连接杆入水通道径向截面积。

如图1、3所示，喉道外壳使用紫铜材料制成，外形为带翻边的桶形结构，翻边结构固定在模型连接块上且翻边前缘与模型连接块对应位置位于同一平面上，用于限制安装在前端的试验模型底部，筒形结构的内侧与翻边结构连接部位倒圆，外侧倒角。倒角内沿直径不大于预期所有使用试验模型的最小底圆直径，外沿直径需保证该位置处的喉道面积需求，倒角角度大于试验喷管半锥角。喉道外壳相对连接杆轴线向外倾斜，倾斜角度小于试验喷管的半锥角。

喉道外壳1、模型连接块2、连接筒3和连接杆4之间采用焊接方式集成为一体，增加装置集成度，减少受热面积，提高装置在高焓气流状态下的生存能力。

本实用新型的组成装置说明和试验验证都证明了本实用新型具有的特点，能够用于高焓条件下的亚声速包罩烧蚀试验，保证装置在高焓气流状态下的可靠性。本实用新型未公开技术属本领域技术人员公知常识。

技术特征：

1.一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：包括喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆，其中：

模型连接块的前端用于安装试验模型，喉道外壳安装在模型连接块的外侧，用于与试验喷管之间形成音速喉道，连接筒和连接杆同心地安装在模型连接块的后端，连接筒处于连接杆外侧，且短于连接杆。

2.根据权利要求1所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆具有一体化水冷结构。

3.根据权利要求2所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述的一体化水冷结构包括设置在连接杆内部的冷却水入水通道，该通道与设置在模型连接块内的蓄水槽连通，模型连接块外侧与喉道外壳之间留有缝隙且在模型连接块的外侧设置环形水槽，该水槽两侧均设置均布的径向冷却水通道，其中一侧冷却水通道与所述的蓄水槽连通，另一侧冷却水通道与连接筒与连接杆之间的间隙连通。

4.根据权利要求3所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述的与蓄水槽连通的冷却水通道出口为一斜面，该斜面与连接杆轴后端轴线之间的夹角范围30-60°。

5.根据权利要求3所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：连接筒与连接杆之间的间隙截面积大于模型连接块外侧与喉道外壳之间缝隙的最小截面积。

6.根据权利要求3所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述环形水槽径向截面积不大于蓄水槽径向截面积，蓄水槽径向截面积大于连接杆入水通道径向截面积。

7.根据权利要求1所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述的喉道外壳使用紫铜材料制成，外形为带翻边的桶形结构，翻边结构固定在模型连接块上且翻边前缘与模型连接块对应位置位于同一平面上，用于限制安装在前端的试验模型底部，筒形结构的内侧与翻边结构连接部位倒圆，外侧倒角。

8.根据权利要求7所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述倒角内沿直径不大于预期所有使用试验模型的最小底圆直径，外沿直径需保证该位置处的喉道面积需求，倒角角度大于试验喷管半锥角。

9.根据权利要求7所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于：所述的喉道外壳相对连接杆轴线向外倾斜，倾斜角度小于试验喷管的半锥角。

10.根据权利要求1所述的一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，其特征在于所述喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆之间采用焊接方式集成为一体。

技术总结
本实用新型公开了一种用于亚声速包罩烧蚀试验的一体化喉道模型支杆，包括喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆。喉道外壳安装在模型连接块的外侧，连接筒和连接杆同心地安装在模型连接块的一端，连接筒处于连接杆外侧。通过焊接的方式将喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆集成为一体，增加装置集成度，减少受热面积。通过喉道外壳、模型连接块、连接筒和连接杆之间一体化的水冷结构设计，增强装置的冷却效果，简化冷却水进出接口，并使接口远离高焓气流，提高装置在高焓气流状态下的可靠性。

技术研发人员：刘雨翔;杨汝森;文鹏;欧东斌
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2019.10.21
技术公布日：2020.08.14