一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，包括左右对称的左侧壁(1)、右侧壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左侧壁(1)和右侧壁(10)通过对称布置的上支撑板(4)和下支撑板(5)对其进行位置固定并支撑连接形成开口式的喷管框架；上型面机构(2)与下型面机构(3)上下对称的布置于喷管框架内，其特征在于，还包括上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)；该可变马赫数自由射流跨声速刚性喷管气动流场优良，设计方法合理；刚性型面末端半圆轴设计，确保开口式喷管出口面积恒定，并实现喷管出口气流流场均匀、规则；在喷管出口处能够得到一个明显的均匀试验区域，满足试验要求，在高空台吹风试验中效果良好。
【专利说明】
一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管
【技术领域】
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[0001]风洞试验或航空发动机高空台气动试验。
【背景技术】
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[0002]自由射流试验作为模拟高空进气道-发动机匹配试验的重要手段，其进气装置作用是在自由射流试验中使经过该装置的气流在规定试验区域内达到试验要求模拟的马赫数、总压、气流角度等参数条件。自由射流进气装置(简称喷管)是建立自由射流流场的核心部段，其设计质量的高低，直接决定了自由射流的流场品质，决定了自由射流试验数据的可靠性和精度，决定了自由射流的试验能力以及舱的运行效率。
[0003]跨声速的喷管采用收扩结构，在收缩段使气流由低压声速均匀加速到声速，然后气流由喉道开始(膨胀段)均匀等熵加速膨胀，至喷管出口达到所要求的马赫数，并形成马赫数分布均匀试验菱形区。试验段与喉道的面积比决定了所要达到的马赫数。
[0004]从喷管马赫数是否可调来看，早期喷管多为固定喷管，但随着高空模拟设计和运行技术的发展，喷管马赫数调节方式从最初的对称塞式和格栅式，到后来的滑块式，并逐步发展到当前主要使用的全柔性、半柔性以及刚性三种形式。由于受到流场均匀性和可获得试验马赫数范围的限制，国内主要采用挠性喷管的结构，其原理图如图1所示。
[0005]对此类二维对称的马赫数连续可调喷管，国内外研宄主要集中在柔性喷管结构形式。但受刚性喷管马赫数调节范围以及马赫数连续调节结构的限制，其研宄相对缺乏，现有刚性喷管不同程度地有着喷管出口矩形截面难以保证，试验马赫数区间有限以及刚性型面板变形引起的重复性差等缺陷。
[0006]本文针对此类二维对称的马赫数连续可调喷管，提出了一种基于固定面积的开口式自由射流跨声速喷管，该喷管结构简单，操作方便，兼顾同步性和亚声速、跨声速、超声速的试验范围，保证了试验区优良的气流品质，运行效率大大提高。
【发明内容】
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[0007]设计简单、可靠的马赫数可连续调节进气装置，保证高品质流场前提下，使喷管马赫数连续调节范围扩大到亚声速/超声速，同时通过固定型面末端半圆轴旋转设计，确保开口式喷管出口面积恒定，并实现喷管出口气流流场均匀、规则。提高其使用效率与实用性。
[0008]本发明提供了一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，包括左右对称的左侧壁(I)、右侧壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左侧壁(I)和右侧壁(10)通过对称布置的上支撑板(4)和下支撑板(5)对其进行位置固定并支撑连接形成开口式的喷管框架；上型面机构(2)与下型面机构(3)上下对称的布置于喷管框架内，其特征在于，还包括上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)，
[0009]其中上型面机构(2)包括上型面板(2-1)、上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)，上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)位于上型面板(2-1)出口端的左右两侧；
[0010]下型面机构(3)包括下型面板(3-1)、下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5);下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)位于下型面板(3-1)出口端的左右两侧；
[0011]其中上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)分别通过上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)分别与左侧壁(I)和右侧壁(10)进行旋转支撑连接；其中下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)分别通过下右半圆轴承(8)、下左半圆轴承(9)与左侧壁(I)和右侧壁(10)进行旋转支撑连接。
[0012]进一步的，上型面机构(2)还包括固定于上型面板(2-1)的上驱动架(2-2)、上密封支板(2-3)，上密封支板(2-3)与上支撑板(4)刚性接触，下型面机构(3)还包括固定于下型面板(3-1)的下驱动架(3-2)、下密封支板(3-3)、下密封支板(3-3)与下支撑板(5)刚性接触。
[0013]进一步的，还包括上型面驱动机构(11)与下型面驱动机构(12)，上型面驱动机构
(11)包括上驱动缸(11-1)、第一上轴销(11-2)、上连杆(11-3)、第二上轴销(11-4)、上支座(11-5);下型面驱动机构(12)包括下驱动缸(12-1)、第一下轴销(12-2)、下连杆(12_3)、第二下轴销(12-4)、下支座(12-5)，
[0014]上驱动架(2-2)与上支座(11-5)螺栓固定连接，下驱动架(3-2)与下支座(12_5)螺栓固定连接，上驱动缸(11-1)固定于空气稳定室中，通过第一上轴销(11-2)与上连杆(11-3)连接，上连杆(11-3)通过第二上轴销(11-4)与上支座(11-5)连接；下驱动缸(12-1)对称于上驱动缸(11-1)固定在空气稳定室中，通过第一下轴销(12-2)与下连杆(12-3)连接，下连杆(12-3)通过第二下轴销(12-4)与下支座(12-5)连接。
[0015]对于出口为开口式的自由射流喷管，其半圆形轴耳设计有效保证了刚性型面旋转中心轴为喷管型面出口边线，从而有效保证了马赫数调节过程中，喷管出口的截面积以及其喉道控制高度的基准统一性。上下型面驱动机构可实现喷管马赫数在较宽亚声速、超声速范围的有效、快捷调节。
[0016]优点:
[0017]a)半圆轴设计解决了刚性喷管马赫数连续调节对其出口气流品质限制的影响。
[0018]b)上下型面机构调节的方式简单、可靠。
[0019]c)实现了马赫数连续可调，调节范围可覆盖亚声速、跨声速、超声速。
[0020]效果:
[0021]该可变马赫数自由射流跨声速刚性喷管气动流场优良，设计方法合理。刚性型面末端半圆轴设计，确保开口式喷管出口面积恒定，并实现喷管出口气流流场均匀、规则。在喷管出口处能够得到一个明显的均匀试验区域，满足试验要求，在高空台吹风试验中效果良好。
【专利附图】
【附图说明】
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[0022]图1为喷管局部三维视图图；
[0023]图2喷管上下刚性型面机构正视图；
[0024]图3喷管正视示意图。
[0025]1、左侧壁；2、上型面机构；3、下型面机构；4、上支撑板；5、下支撑板；6、上右半圆轴承；7、上左半圆轴承；8、下右半圆轴承；9、下左半圆轴承；10、右侧壁；11、上型面驱动机构；12、下型面驱动机构；2-1、上型面板；2-2、上驱动架；2-3、上密封支板；2_4、上右半圆轴耳；2-5、上左半圆轴耳；3-1、下型面板；3-2、下驱动架；3-3、下密封支板；3_4、下右半圆轴耳；；3-5、下左半圆轴耳；11_1、上驱动缸；11_2、第一上轴销；11_3、上连杆；11_4、第二上轴销；11_5、上支座；12-1、下驱动缸；12-2、第一下轴销；12-3、下连杆；12_4、第二下轴销；12-5、下支座。
【具体实施方式】
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[0026]参阅附图1至3，本发明的一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，包括左右对称的左侧壁1、右侧壁10、上支持板4和下支持板5，左侧壁I和右侧壁10通过对称布置的上支撑板4和下支撑板5对其进行位置固定并支撑连接形成开口式的喷管框架；上型面机构2与下型面机构3上下对称的布置于喷管框架内，其特征在于，还包括上右半圆轴承6、上左半圆轴承7，
[0027]其中上型面机构2包括上型面板2-1、上右半圆轴耳2-4、上左半圆轴耳2_5，上右半圆轴耳2-4、上左半圆轴耳2-5位于上型面板2-1出口端的左右两侧；
[0028]下型面机构3包括下型面板3-1、下右半圆轴耳3-4、下左半圆轴耳3_5 ;下右半圆轴耳3-4、下左半圆轴耳3-5位于下型面板3-1出口端的左右两侧；
[0029]其中上右半圆轴耳2-4、上左半圆轴耳2-5分别通过上右半圆轴承6、上左半圆轴承7分别与左侧壁I和右侧壁10进行旋转支撑连接；其中下右半圆轴耳3-4、下左半圆轴耳3-5分别通过下右半圆轴承8、下左半圆轴承9与左侧壁I和右侧壁10进行旋转支撑连接。
[0030]进一步的，上型面机构2还包括固定于上型面板2-1的上驱动架2-2、上密封支板2-3，上密封支板2-3与上支撑板4刚性接触，下型面机构3还包括固定于下型面板3-1的下驱动架3-2、下密封支板3-3、下密封支板3-3与下支撑板5刚性接触。
[0031]进一步的，还包括上型面驱动机构11与下型面驱动机构12，上型面驱动机构11包括上驱动缸11-1、第一上轴销11-2、上连杆11-3、第二上轴销11-4、上支座11_5 ;下型面驱动机构12包括下驱动缸12-1、第一下轴销12-2、下连杆12-3、第二下轴销12_4、下支座12-5，
[0032]上驱动架2-2与上支座11-5螺栓固定连接，下驱动架3_2与下支座12_5螺栓固定连接，上驱动缸11-1固定于空气稳定室中，通过第一上轴销11-2与上连杆11-3连接，上连杆11-3通过第二上轴销11-4与上支座11-5连接；下驱动缸12-1对称于上驱动缸11_1固定在空气稳定室中，通过第一下轴销12-2与下连杆12-3连接，下连杆12-3通过第二下轴销12-4与下支座12-5连接。
【权利要求】
1.一种可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，包括左右对称的左侧壁(I)、右侧壁(10)、上支持板(4)和下支持板(5)，左侧壁(I)和右侧壁(10)通过对称布置的上支撑板(4)和下支撑板(5)对其进行位置固定并支撑连接形成开口式的喷管框架；上型面机构(2)与下型面机构(3)上下对称的布置于喷管框架内，其特征在于，还包括上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)， 其中上型面机构(2)包括上型面板(2-1)、上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)，上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)位于上型面板(2-1)出口端的左右两侧； 下型面机构(3)包括下型面板(3-1)、下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5);下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)位于下型面板(3-1)出口端的左右两侧； 其中上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)分别通过上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)分别与左侧壁(I)和右侧壁(10)进行旋转支撑连接；其中下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)分别通过下右半圆轴承(8)、下左半圆轴承(9)与左侧壁(I)和右侧壁(10)进行旋转支撑连接。
2.根据权利要求1所述的可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，其特征在于，上型面机构(2)还包括固定于上型面板(2-1)的上驱动架(2-2)、上密封支板(2-3)，上密封支板(2-3)与上支撑板(4)刚性接触，下型面机构(3)还包括固定于下型面板(3-1)的下驱动架(3-2)、下密封支板(3-3)、下密封支板(3-3)与下支撑板(5)刚性接触。
3.根据权利要求2所述的可变马赫数的自由射流跨声速刚性喷管，其特征在于，还包括上型面驱动机构(11)与下型面驱动机构(12)，上型面驱动机构(11)包括上驱动缸(11-1)、第一上轴销(11-2)、上连杆(11-3)、第二上轴销(11-4)、上支座(11_5);下型面驱动机构(12)包括下驱动缸(12-1)、第一下轴销(12-2)、下连杆(12-3)、第二下轴销(12-4)、下支座(12-5)， 上驱动架(2-2)与上支座(11-5)螺栓固定连接，下驱动架(3-2)与下支座(12-5)螺栓固定连接，上驱动缸(11-1)固定于空气稳定室中，通过第一上轴销(11-2)与上连杆(11-3)连接，上连杆(11-3)通过第二上轴销(11-4)与上支座(11-5)连接；下驱动缸(12-1)对称于上驱动缸(11-1)固定在空气稳定室中，通过第一下轴销(12-2)与下连杆(12-3)连接，下连杆(12-3)通过第二下轴销(12-4)与下支座(12-5)连接。
【文档编号】G01M9/04GK104483093SQ201410776293
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】吴锋, 陈鹏飞, 冯旭栋, 张有, 张正伟 申请人:中国燃气涡轮研究院