专利名称：快速卸压装置及活塞式无膜激波管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种快速卸压装置以及采用该快速卸压装置的活塞式无膜激波管。
背景技术：
无膜激波管是一种特殊的产生弱激波的装置。国内外工程师采用不同的快速卸压装置研制了多种类型的无膜激波管。采用活塞、橡皮膜、快速电磁阀等快速运动装置来启动激波管，它具有重复性好、操作简便以及试验段无碎膜片干扰流场等优点。目前已广泛应用于生物医学领域、激波现象研究、压力传感器标定实验以及一些组合实验。活塞式无膜激波管由快速卸压装置1、辅助高压段2、活塞3、高压段4、低压段5以及实验段6等构成，如图1所示。其运行基本原理是利用活塞将高低压段分开，在活塞3快速开启时，高压段4中的气体进入低压段，在低压段5内形成激波。从原理上说，无膜激波管高低压段的压力可以精确控制，用活塞3运动代替普通的破膜机构消除了同种膜片差异所造成的影响，大大地提高了实验的重复性。无膜激波管设计的关键在于快速卸压装置，其设计的基本要求是密封性好，气体的排放流量大以及操作方便。设计时先根据激波管流动理论计算高低压段的长度，计算高压段压力对应产生激波的马赫数，计算快速卸压机构卸压的临界点。为了缩短激波形成的距离，在保证强度的前提下，活塞尽量选用轻质材料。在其他条件相同的情况下，卸压的快慢直接影响到激波形成的强度，卸压越快，产生的激波越强。目前较多应用的是外部触发的卸压装置，如撞针式破膜装置，重锤冲击装置等(详见孙泉华等人“活塞式无膜激波管特性的实验研究”，实验力学，1997.12)。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是:针对现有技术的不足，提供了一种无需外部触发，仅依靠力学性能实现自动快速卸压的快速卸压装置，同时还提供了一种采用该快速卸压装置的活塞式无膜激波管。本实用新型一方面提供了一种快速卸压装置，包括，卸压活塞，辅助高压气缸，所述卸压活塞安装于辅助高压气缸内部，所述辅助高压气缸内充有高压气体，其特征在于，该快速卸压装置还包括断裂螺栓，和螺栓固定座。所述断裂螺栓的一端固定于卸压活塞上，另一端固定于螺栓固定座上；当所述辅助高压气缸内部高压气体压力达到断裂压力时，所述断裂螺栓发生断裂，所述卸压活塞向沿断裂方向向所述辅助高压气缸尾部运动，并将所述高压气体排出产生激波。进一步的，所述辅助高压气缸尾部设有排气孔。进一步的，所述断裂螺栓采用铝合金材料，其直径尺寸使得所述断裂螺栓(13)满足在受到断裂压力时发生断裂。[0011]进一步的，所述螺栓固定座固定于所述辅助高压气缸内，其上开有通气孔。本实用新型另一方面提供了 一种采用上述快速卸压装置的活塞式无膜激波管。本实用新型与现有技术相比具有如下优点:本实用新型通过使用断裂螺栓可以在达到断裂压力时自动断裂，从而可以无需外部触发，使得本发实用新型所述卸压装置的作用完全自动，操作方便。在断裂螺栓瞬时断裂时，响应时间更短，可使得辅助高压汽缸内的卸压活塞能快速地向外运动，从而形成较强激波。进一步的，辅助高压汽缸尾部设有排气孔，从而可保证高压气体通过排气孔快速排出，且辅助高压汽缸内均为固定结构，更能保证排气的稳定，从而确保形成稳定的激波。同时，断裂螺栓的直径大小可调，通过调整断裂螺栓的直径，可确定相应的激波马赫数，能方便地要得到想要的激波流场。
图1为活塞式无膜激波管示意图；图2为本实用新型示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本实用新型做进一步介绍。 快速卸压装置如图2所示，该快速卸压装置用于如图1所示的活塞式无膜激波管，其包括卸压活塞11、辅助高压汽缸12、断裂螺栓13、螺栓固定座14。卸压活塞11安装辅助高压汽缸12内，在辅助高压汽缸12的一端安装有螺栓固定座14，卸压活塞11和螺栓固定座14通过断裂螺栓13相连。在使用时，辅助高压汽缸12内填充高压气体，高压气体作用于卸压活塞11和螺栓固定座14之间，由于卸压活塞11为可活动部件从而在高压气体作用下不停拉动断裂螺栓13。断裂螺栓13持续受到轴向拉力，并在高压气体压力继续增大到断裂压力时发生断裂。断裂螺栓13断裂后，卸压活塞11沿沿断裂方向向辅助高压汽缸12尾部运动，并排出辅助高压汽缸12内的高压气体，从而产生激波。为使得断裂螺栓13在达到断裂压力时发生断裂，该断裂螺栓13需要根据所采用的材料性能设计直径的大小，从而保证断裂的发生。本实用新型实施例中，断裂螺栓13采用铝合金材料。在卸压活塞11向辅助高压汽缸12尾部运动时，为保证更充分快速的排除其中的高压气体，在辅助高压汽缸12的尾部设有排气口，排气孔可以为多种形状，本实用新型实施例选用条形排气口，即在辅助高压汽缸12尾部形成栅型排气构造。螺栓固定座14用于固定断裂螺栓13，本实用新型实施例采用盘形结构，在具体使用时，还可以采用与盘形结构相类似的结构，并且盘形结构上开有通气孔，从而保证高压气体同时作用于图1所示活塞式无膜激波管的活塞3上。采用该快速卸压装置的活塞式无膜激波管的使用方法为如下:1、低压段5敞开与大气相通，用断裂螺栓13将卸压活塞11限定在辅助高压汽缸12内。断裂螺栓13的直径尺寸依据材料力学性能与断裂压力选择，达到设定断裂压力后能自动断裂。2、确定好需要的激波马赫数后，往辅助高压段12充高压气体，达到设计平衡压力后，往高压段4充对应马赫数的高压气体。此时激波管活塞保持平衡。3、继续利用高压气体往辅助高压段12加压，直至达到断裂螺钉13的断裂压力。达到断裂压力后，断裂螺钉13瞬时断裂，卸压活塞11快速向辅助高压段12尾部(即图1中左侧)运动，高压气体被快速排出，从而带动活塞3向左快速运动，高压段4内气体涌入低压段5，低压段5内产生压缩波，进而发展成为激波。本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求1.一种快速卸压装置，包括，卸压活塞(11)，辅助高压气缸(12)，所述卸压活塞(11)安装于辅助高压气缸(12)内部，所述辅助高压气缸(12)内充有高压气体，其特征在于，该快速卸压装置还包括断裂螺栓(13)，和螺栓固定座(14)， 所述断裂螺栓(13)的一端固定于卸压活塞(11)上，另一端固定于螺栓固定座(14)上；当所述辅助高压气缸(12)内部高压气体压力达到断裂压力时，所述断裂螺栓(13)发生断裂，所述卸压活塞(11)向沿断裂方向向所述辅助高压气缸(12)尾部运动将所述高压气体排出。
2.如权利要求1所述的快速卸压装置，其特征在于:所述辅助高压气缸(12)尾部设有排气孔。
3.如权利要求1所述的快速卸压装置，其特征在于:所述断裂螺栓(13)采用铝合金材料，其直径尺寸使得所述断裂螺栓(13)满足在受到断裂压力时发生断裂。
4.如权利要求1所述的快速卸压装置，其特征在于:所述螺栓固定座(14)固定于所述辅助高压气缸(12)内，其上开有通气孔。
5.一种活塞式无膜激波管，其特征在于，包括权利要求1 4中任一所述的快速卸压装置。
专利摘要本实用新型公开了一种快速卸压装置，包括，卸压活塞(11)，辅助高压气缸(12)，所述卸压活塞(11)安装于辅助高压气缸(12)内部，所述辅助高压气缸(12)内充有高压气体，其特征在于，该快速卸压装置还包括断裂螺栓(13)，和螺栓固定座(14)，所述断裂螺栓(13)的一端固定于卸压活塞(11)上，另一端固定于螺栓固定座(14)上；当所述辅助高压气缸(12)内部高压气体压力达到断裂压力时，所述断裂螺栓(13)发生断裂，所述卸压活塞(11)向沿断裂方向向所述辅助高压气缸(12)尾部运动，并将所述高压气体排出产生激波。本实用新型无需外部触发，仅依靠力学性能实现自动快速卸压。
文档编号F16K17/40GK202946738SQ20122065510
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者向星居, 郭孝国 申请人:中国航天空气动力技术研究院