自由射流测力试验模型新型隔热系统的制作方法

本发明涉及风洞试验设备，更具体地，本发明涉及一种自由射流测力试验模型新型隔热系统。

背景技术：

随着我国航天技术的不断发展和国家战略的需要，高超音速飞行器逐渐成为国家航空航天领域发展的重点。与常规的低速飞行器不同，高超声速飞行时存在时间尺度、雷诺数、温度及热化学等效应，风洞试验时需要模拟马赫数5以上的气流速度、2000K左右的高温和满足温度效应的特征时间的尺度。自由射流风洞可以提供高速逆向的加热气流来模拟高超声速典型的飞行环境，解决飞行过程的综合力学环境对飞行器气动力特性、各部件的结构整体性、振动及冲击的影响。由于模型及测力系统长时间处于高温气流中，势必会造成模型及天平的温度不断提升，过高的温度会导致天平应变片产生很大的温度漂移，造成测力数据严重失真甚至会损坏天平应变片而导致试验失败。由于在自由射流中进行测力试验的工作开展时间不是很长，因此尚没有标准化的隔热降温系统可供使用。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种自由射流测力试验模型新型隔热系统，采用多种隔热及降温手段，降温效果显著且结构紧凑，能够有效的控制天平的温度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种自由射流测力试验模型新型隔热系统，其包括：

测力天平，其设置在模型内腔，所述测力天平的一端连接至模型内腔；

支杆，其一端连接至所述测力天平的另一端；

天平保护罩，其罩设在所述测力天平上，对所述测力天平进行隔热保护；

隔热组件，其包括沿所述支杆周向设置的隔热套，所述隔热套与所述支杆外周面之间限定有密封空间；所述支杆上间隔设置迷宫密封组件，将所述密封空间分成至少三个隔间；

以及气冷组件，其包括位于所述隔间内且套设在支杆外周上的喷气环；连通所述喷气环的冷气管道；所述冷气管道连接高压冷气源，所述喷气环喷出冷却气体降低模型内腔温度。

优选的是，所述支杆的截面为方形，所述支杆内部沿轴向方向形成有通道；所述冷气管道沿所述支杆轴向方向布置在所述通道内。

优选的是，所述喷气环环绕所述支杆外周面而设置成四边形，所述喷气环为扁平的中空通气管道；所述喷气环的侧壁上开设多个喷气孔。

优选的是，所述天平保护罩包括：上天平保护罩，其为开口向下的框体，罩设在所述测力天平的上方；

下天平保护罩，其为开口向上的框体，罩设在所述测力天平的下方；

以及衬板，其设置在所述测力天平的两侧，通过螺钉固定所述上天平保护罩和所述下天平保护罩；所述上天平保护罩和下天平保护罩的开口端相对设置从而限定了一内部空间，所述测力天平收纳于所述内部空间；所述天平防护罩通过设置在测力天平上的螺钉固定连接至所述测力天平上。

优选的是，所述迷宫密封组件包括外迷宫密封件和内迷宫密封件；所述内迷宫密封件设置在所述外迷宫密封件所述外迷宫密封件沿所述模型内腔内壁周向延伸，所述外迷宫密封件包括通过销轴连接的外迷宫上片和外迷宫下片；

所述内迷宫密封件沿所述支杆外周壁延伸，所述内迷宫密封件包括通过销轴连接的内迷宫上片和内迷宫下片。

优选的是，所述喷气环通过卡箍固定至所述支杆上，所述喷气孔以等距离间隔设置在所述喷气环整个圆周上；所述喷气环进气端通过一紫铜管连接至冷气管道。

优选的是，所述喷气环为三个，且分别连接有所述冷气管道，所述冷气管道延伸穿出所述支杆。

优选的是，所述隔热套由上隔热板和下隔热板相互扣合形成；所述上隔热板的前端通过一连接件连接至所述模型内腔；所述下隔热板通过连接螺钉固定在被测装置上。

优选的是，所述自由射流测力试验模型新型隔热系统还包括，连接在所述测力天平一端的锥套，所述锥套固定连接被测装置。

优选的是，所述测力天平的另一端通过锥形件连接至所述支杆端部且通过楔形块拉紧。

本发明至少包括以下有益效果：本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统采用多种隔热措施，利用天平保护罩对所述测力天平进行第一层隔热，然后利用设置在支杆上的隔热套对测力天平进行第二层隔热，同时利用喷气环进行气体冷却，其隔热降温效果显著。所述隔热套、外迷宫密封件以及内迷宫密封件均可以使用碳纤维或者玻璃钢材料等重量轻的材料制成，所以整个系统的结构重量轻。因此，本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统结构紧凑、简单，装配方便；且系统结构重量轻。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的整体装配剖视示意图；

图2为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的俯视结构示意图；

图3为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的喷气环的结构示意图；

图4为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的喷气环的装配示意图；

图5为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的天平保护罩装配示意图；

图6为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的外迷宫密封件的结构示意图；

图7为本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统的外迷宫密封件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，本发明所述自由射流测力试验模型新型隔热系统包括：

测力天平4，其设置在模型内腔(图中未示出)，所述测力天平4的一端连接至模型内腔；例如所述测力天平4的前端连接至模型内腔；

支杆12，其一端连接至所述测力天平4的另一端例如尾端；

天平保护罩30，其罩设在所述测力天平4上，对所述测力天平4进行隔热保护；

隔热组件，其包括沿所述支杆周向设置的隔热套40，所述隔热套40与所述支杆12外周面之间限定有密封空间；所述支杆12上间隔设置迷宫密封组件，将所述密封空间分成至少三个隔间41、42、43；

以及气冷组件，其包括位于所述隔间内且套设在支杆外周上的喷气环7；连通所述喷气环的冷气管道26；所述冷气管道连接高压冷气源14，所述喷气环7喷出冷却气体降低模型内腔温度。

如图2所示，安装时先将天平保护罩30与测力天平4组装后，通过例如配合锥及楔块与所述支杆连接，通过例如锥套与模型连接。所述天平保护罩30对所述测力天平4进行第一层隔热保护。隔热套40前端通过连接件固定在模型内腔上；隔热套40利用连接件20及螺钉21与被测装置例如弹身连接；隔热套40套设在支杆12外周组成一个周向封闭的整体；对所述测力天平4进行第二层隔热保护。迷宫密封组件例如通过连接件22以及连接螺钉23、24将隔热套40与弹身连接。迷宫密封组件组成完整的气路迷宫系统并将支杆12分为多个密闭空间；上将喷气环7置于迷宫分割成的密闭空间内并与支杆12固定，与支杆12内腔的紫铜管连接形成多路冷却气回路，高压气通过堵头分流为多路冷却气提供气源。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述支杆12的截面为方形，所述支杆12内部沿轴向方向形成有通道121；所述冷气管道26沿所述支杆轴向方向布置在所述通道121内。将所述支杆12设置成中空杆，不仅可以减轻构件的重量，同时可以将冷气管道26放置在所述支杆的通道121内，使其结构更加紧凑。

在其中一个实施例中，如图3和图4所示，所述喷气环7环绕所述支杆12外周面而设置成四边形，所述喷气环7为扁平的中空通气管道；所述喷气环7的侧壁上开设多个喷气孔71。所述喷气环7例如为整体结构，分别为喷气孔71、通气内腔72、喷气环卡箍73、卡箍螺钉74构成。喷气环7为内部中空的扁平状四边形通气管道，四角通过焊接连接，其上均布多个喷气孔71，喷气环7内形面与支杆12外形面一致，通过喷气环卡箍73与支杆12外形面连接并由卡箍螺钉74固定；紫铜管8与喷气环7连接提供冷却气降低模型内腔温度。

在其中一个实施例中，如图1和图5所示，所述天平保护罩30包括：上天平保护罩6，其为开口向下的框体，罩设在所述测力天平4的上方；

下天平保护罩9，其为开口向上的框体，罩设在所述测力天平4的下方；

以及衬板61，其设置在所述测力天平4的两侧，通过螺钉62固定所述上天平保护罩6和所述下天平保护罩19；所述上天平保护罩6和下天平保护罩19的开口端相对设置从而限定了一内部空间，所述测力天平4收纳于所述内部空间；所述天平防护罩30通过设置在测力天平4上的螺钉5固定连接至所述测力天平4上。所述上天平保护罩6及下天平保护罩19安装在测力天平4上对天平进行隔热保护，先将上天平保护罩6通过8个上连接螺钉62固定在衬板61上，再将下天平保护罩19通过8个下连接螺钉191固定在衬板61上，最后将上天平保护罩6、下天平保护罩19及衬板61组成的保护罩与测力天平4组合，并通过4个保护罩螺钉孔63用天平保护罩与天平连接螺钉5固定。

在其中一个实施例中，如图6所示，所述迷宫密封组件包括外迷宫密封件9、15和内迷宫密封10、16；所述内迷宫密封件10、16设置在所述外迷宫密封件9、15内部，所述外迷宫密封件9、15沿所述模型内腔内壁周向延伸，所述外迷宫密封件9、15包括通过销轴25连接的外迷宫上片9和外迷宫下片15；所述外迷宫上片9与外迷宫下片15组合形成外迷宫整体，其中外迷宫上片9两端为外迷宫侧板91及配合面92，外迷宫下片15两端为外迷宫侧板151及配合面152，外迷宫侧板91及外迷宫侧板151与支杆12保持一定的间隙，外迷宫上片9和外迷宫下片15均通过配合面及连接件与模型内腔连接；外迷宫密封件位于配合面两端，形成一“凹”字形，外迷宫密封件的作用是对气流形成初步的阻挡层，与内迷宫密封件配合形成气流迷宫系统，通过增加气路的转折通道以实现阻挡气流的作用。

如图7所示，所述内迷宫密封件10、16沿所述支杆12外周壁延伸，所述内迷宫密封件10、16包括通过销轴连接的内迷宫上片10和内迷宫下片16。内迷宫整体由内迷宫上片10与内迷宫下片16组成，其中内迷宫上片与支杆配合面101及内迷宫下片与支杆配合面161用于与支杆12安装时的配合使用，内迷宫上片10与内迷宫下片16经2个内迷宫上片与内迷宫下片连接柱销25连接成一整体并安装于外迷宫侧板91和外迷宫侧板151组成的区域之间，内迷宫密封件整体四周与外迷宫密封件整体内腔保持一定间隙；外迷宫密封件整体与内迷宫密封件整体组成气流迷宫系统阻止气流的流动以减少热交换。内迷宫密封件同样起到阻挡气流的作用，与外迷宫密封件配合形成迷宫系统以阻挡气流；配合面用于内迷宫密封件与支杆的接触配合；内迷宫密封件与配合面例如是一体的；配合面例如通过控制加工精度达到要求的表面光洁度实现密封。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述喷气环7通过喷气环卡箍73固定至所述支杆12上，所述喷气孔71以等距离间隔设置在所述喷气环7整个圆周上；所述喷气环72进气端通过一紫铜管8连接至冷气管道26。所述喷气孔71例如开设在气体流动方向的下游，提高降温冷却效率。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述喷气环7为三个，且分别连接有所述冷气管道26，所述冷气管道26延伸穿出所述支杆12。所述冷气管道例如为三个，对应于所述喷气环7设置，用于提供高压冷却气体。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述隔热套40由上隔热板3和下隔热板17相互扣合形成；所述上隔热板3和下隔热板17例如通过连接件及螺钉固定连接。所述上隔热板3的前端通过一连接件2连接至所述模型内腔；所述下隔热板17通过连接螺钉21固定在被测装置例如弹身上。上隔热板3前端通过上前隔热板搭块2与模型内腔连接，其余均通过外迷宫上片与上隔热板连接件11与外迷宫上片9连接，下隔热板17则利用下隔热板与连接件20及螺钉21与弹身连接，上下隔热板通过配合面组成一个周向封闭的整体；为所述测力天平4提供第二层隔热保护，同时为气冷提供空间。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述自由射流测力试验模型新型隔热系统还包括，连接在所述测力天平4一端的锥套1，所述锥套1固定连接被测装置。

装配时首先将测力天平4与天平保护罩系统30组装为一整体，之后进行内迷宫密封件10、16及喷气环系统的装配，第三步完成外迷宫密封件的安装，最后将上、下隔热板3、7与上前隔热板搭块2、外迷宫上片9与上隔热板连接件11及各连接件连接固定后形成完整的自由射流测力试验模型新型隔热系统。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。