风洞试验用整流部件、整流罩装置及其成型和装配方法与流程

本发明涉及一种风洞试验用的整流部件、一种整流部件的成型方法、一种包括这种整流部件的风洞试验用的整流罩装置以及一种整流罩装置的装配方法。

背景技术：

迄今为止，风洞试验技术人员主要采用框段式的金属/非金属整流罩，其后续用金属蒙皮或毡布等绷紧覆盖，从而形成整流罩的外形轮廓。框段式的金属/非金属整流罩的整流外形很难做到光顺，其整流效果仅能基本满足对整流效果要求不高的低速(亚音速)风洞试验的要求，在高速(跨/超音速)试验中很少运用这种设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种新型的风洞试验用整流罩装置，其能够克服现有技术目前的缺陷。

所述目的通过一种根据本发明的整流部件和包括这种整流部件的整流罩装置实现。根据本发明，所述整流部件为复合材料部件，在所述复合材料部件中预置有用于容纳后期紧固件的嵌套，所述嵌套为沉头嵌套。

通常由于复合材料的各项异性，所以复合材料技术在风洞模型整流罩的设计上、尤其是高速风洞模型整流罩的设计上一直未能获得运用。本发明突破了现有技术的瓶颈，且经过多个高速风洞试验验证了其可靠性、安全性。该新型风洞试验用整流部件和整流罩装置几乎适用于所有的半模风洞试验模型的整流用途。

此外，本发明解决了复合材料部件与金属件的连接问题。通过在整流部件上预留孔位供整流部件与其他部件、例如钢制支持板或钢制对接维型架的装配使用，整流部件上不再需要攻丝。

复合材料一般采用铺贴成型，考虑到若在复合材料成型之后再制孔极易造成复合材料产品分层、降低连接强度，根据本发明的一种优选实施方式，所述嵌套可在所述整流部件的复合材料铺层固化之前预置在所述复合材料铺层中。本发明采用预制嵌套的方法，解决了复合材料产品与金属的高强度连接问题。另外，这样固化成型后的整流部件自带了孔位，无需再次钻孔，避免了复合材料由于各项异性不适合钻孔装配的问题。

优选地，所述嵌套与所述复合材料铺层接触的表面可设有胶膜，例如1至2层胶膜。由此，所述嵌套可以在后期与复合材料铺层一体固化成型。

根据本发明的一种优选实施方式，所述复合材料铺层可包括第一外铺层、第二外铺层以及位于所述第一外铺层和所述第二外铺层之间的夹心层，所述夹心层通过胶膜与所述第一外铺层和所述第二外铺层胶结固化成型。

优选地，所述夹心层可包括蜂窝结构和沿着所述蜂窝结构的边缘设置的封边，所述封边由纤维复合材料制成，所述嵌套预置在所述封边中。通过所述蜂窝结构，可以降低成本，保持整流部件的轻盈性，同时维持其抗纵向载荷的能力。所述封边例如为一种具有各向承载能力的材质，优选地为玻璃纤维或碳纤维，由此为整流部件的后续连接提供更好的连接强度。

优选地，所述封边通过胶与所述蜂窝结构胶结固化。所述蜂窝结构和所述封边通常具有不同的强度，为了弥补两者之间的强度差，优选地，所述蜂窝结构的与所述封边相邻的区域内灌注有灌封胶。进一步优选地，所述蜂窝结构的与所述封边相邻2cm的区域内灌注有灌封胶。

优选地，所述嵌套可以为沉头嵌套。由此，可以为整流部件提供更加光顺的表面。此外，优选地，所述嵌套可以为铝制或钢制嵌套。在所述嵌套内还可攻丝。

根据本发明的另一方面，还提出了一种风洞试验用的整流部件的成型方法，所述成型方法包括如下步骤：所述整流部件形成为复合材料部件，在所述复合材料部件中预置嵌套用于容纳后期的紧固件。

根据本发明的一种优选实施方式，可在所述整流部件的复合材料铺层固化之前，将所述嵌套预置在所述复合材料铺层中。优选地，所述嵌套可在其与所述复合材料铺层接触的表面上设有胶膜，例如1至2层胶膜。

根据本发明的一种优选实施方式，可在用于成型所述整流部件的模具中依次铺设复合材料铺层中的第一外铺层、第一胶膜层、夹心层、第二胶膜层和第二外铺层。优选地，所述夹心层可包括蜂窝结构和沿着所述蜂窝结构的边缘设置的封边，在铺设夹心层时将所述嵌套预置在所述封边中，所述封边由纤维复合材料制成。例如，所述封边可以由玻璃纤维或碳纤维制成。由此，为整流部件的后续连接提供更好的连接强度。

优选地，所述封边可通过胶与所述蜂窝结构胶结固化，可在所述蜂窝结构的与所述封边相邻的区域内灌注灌封胶。进一步优选地，可在所述蜂窝结构的与所述封边相邻2cm的区域内灌注灌封胶。由此，弥补所述蜂窝结构和所述封边两者之间的强度差。

优选地，所述嵌套可以为沉头嵌套。由此，可以提供更加光顺的整流部件表面。此外，优选地，所述嵌套可以为铝制或钢制嵌套。

根据本发明的又一方面，提出了一种风洞试验用的整流罩装置，其包括：如上所述的整流部件或按照上述成型方法成型的整流部件；支持板，所述整流部件通过插入到嵌套中的紧固件安装在所述支持板上。所述支持板用于对试验件进行支持、对接风洞壁、以及连接整流部件。

根据本发明的一种优选实施方式，所述整流罩装置包括多个所述整流部件，多个所述整流部件共同形成所述整流罩装置的整流外形。优选地，所述整流罩装置还包括对接维型架，所述对接维型架安装在所述支持板上并且在所述多个整流部件之中的两个相邻的整流部件的对接区域中通过插入到嵌套中的紧固件与所述两个相邻的整流部件相连接，由此防止复合材料在对接区域由于“回弹”效应造成的对接面不能致密贴合、影响试验的情况。

复合材料的整流部件包络腔体为试验模型的连接设计提供了较大的空间。在所述整流罩装置的包络空间内可实现试验模型(例如民机机翼)与所述支持板的对接。优选地，在所述整流罩装置的包络空间内还可实现试验模型信号电路与风洞信号电缆的对接。

根据本发明的再一方面，还提出了一种风洞试验用的整流罩装置的装配方法，所述装配方法包括如下步骤：提供如上所述的整流部件或按照如上所述的成型方法成型的整流部件；将所述整流部件通过插入嵌套中的紧固件安装在支持板上。

根据本发明的一种优选实施方式，可以提供多个所述整流部件，将多个所述整流部件通过插入嵌套中的紧固件安装在所述支持板上，使多个所述整流部件形成所述整流罩装置的整流外形。优选地，可以提供对接维型架，将对接维型架安装在所述支持板上，所述对接维型架布置在所述多个整流部件之中的两个相邻的整流部件的将要对接的区域中，然后通过插入嵌套中的紧固件将所述整流部件和对接维型架相连接，由此防止复合材料在对接区域由于“回弹”效应造成的对接面不能致密贴合、影响试验的情况。

与传统的框段式整流罩不同，本发明所运用的复合材料技术在风洞试验用整流罩装置领域尚属于首次，本发明所设计制造的整流罩装置质量更轻，更易加工和装配，表面更光顺，精度更容易控制，且承载能力分布更为均匀合理。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1示出了根据本发明一种优选实施方式的例如用于民机机翼的整流罩装置的示意图和横向剖视图；

图2示出了图1中的整流罩装置的各个部件的分解示意图；

图3示出了图2中的整流部件所采用的复合材料铺层的示意图；

图4示出了整流部件的夹心层的示意图；

图5示出了根据本发明另一优选实施方式的整流罩装置的示意图。

在附图中，相同的或功能相同的部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

以民机机翼高速颤振模型整流罩装置为例，在图1中示出了根据本发明一种优选实施例的整流罩装置的示意图和横向剖视图。图1所示的整流罩装置的整流部件采用复合材料设计及成型加工技术。

图2示出了图1中的整流罩装置的各个部件的分解示意图。图2所示的整流罩装置包括：前段整流部件1和后段整流部件2，所述前段整流部件1和后段整流部件2接合后形成整流罩装置的整流外形；前段支持板9、中段支持板11和后段支持板10，所述前段支持板9、中段支持板11和后段支持板10对接成一体的支持板；前上支持板加强筋3、前下支持板加强筋4、后上支持板加强筋5、后下支持板加强筋6；以及上部对接维型架7和下部对接维型架8。前段整流部件1和后段整流部件2为复合材料部件，而支持板、支持板加强筋、对接维型架通常为金属部件，例如为钢制部件。

图2中还以局部放大图示出了后段整流部件2的一部分，其中示出了其复合材料铺层12，在复合材料铺层中预置有铝制的沉头嵌套13，沉头嵌套13通过胶膜14与复合材料铺层12连接。

图3示出了图2中整流部件所采用的复合材料铺层的示意图。图4示出了整流部件所采用的复合材料铺层中的夹心层的示意图。下面结合图3和图4说明整流部件的结构和成型方法。

首先，在制造时，配合阴模或阳模模具，在模具中依次铺设第一外铺层121、第一胶膜层122、夹心层123、第二胶膜层124以及第二外铺层125，所述第一外铺层121和第二外铺层125可以选用玻璃纤维。

在铺设夹心层123时，如在图4中所示，夹心层123的绝大部分面积上铺设蜂窝结构128，蜂窝结构的规格视承载需求而定；沿着蜂窝结构128的边缘铺设封边126，例如玻璃纤维或碳纤维，封边126与蜂窝结构128通过胶或胶膜进行胶结固化。在封边126中预留沉头嵌套13用于后期与支持板进行螺纹连接，沉头嵌套13与复合材料铺层接触的表面粘贴有1至2层胶膜，后期可与复合材料铺层一体固化成型，这样固化成型后的整流部件自带了沉头孔位，无需再次钻孔，避免了复合材料由于各项异性不适合钻孔装配的问题。

为了防止沉头嵌套的内孔被复合材料铺层堵住，可以事先用封堵件堵住沉头嵌套的内孔，在整流部件成型之后再将封堵件取出。

在铺设好蜂窝结构128和封边126的材料之后，为防止蜂窝结构128与封边126承载能力突变过大，对封边周围的蜂窝结构、例如封边周围2cm的蜂窝结构利用灌封胶127进行灌封。

最后，使第一外铺层121、第一胶膜层122、夹心层123、第二胶膜层124以及第二外铺层15固化成型，由此得到预置有沉头嵌套13的形成为复合材料产品的整流部件。其中，所述封边可以选择与外铺层、胶膜层、灌封胶一起热固化，也可以提前于外铺层、胶膜层、灌封胶固化。

在将整流部件与风洞试验用其他部件装配时，首先，将前段支持板9、中段支持板11和后段支持板10进行对接安装成一体的支持板。然后将前上支持板加强筋3、前下支持板加强筋4、后上支持板加强筋5、后下支持板加强筋6、上部对接维型架7和下部对接维型架8分别安装在支持板上。其中，前上支持板加强筋3和前下支持板加强筋4安装在对接的前段支持板9和中段支持板11上，以加强前段支持板9和中段支持板11的对接强度，类似地，后上支持板加强筋5和后下支持板加强筋6安装在对接的后段支持板10和中段支持板11上，以加强后段支持板10和中段支持板11的对接强度。上部对接维型架7和下部对接维型架8安装在与前段整流部件1和后段整流部件2的对接区域对应的支持板区域上。最后，将前段整流部件1和后段整流部件2通过沉头螺栓安装在前段支持板9、中段支持板11和后段支持板上，并且将前段整流部件1和后段整流部件2通过沉头螺栓与上部对接维型架7和下部对接维型架8相连接，对接维型架在整流部件对接区域利用金属曲面进行对接，防止复合材料在对接区域由于“回弹”效应造成的对接面不能致密贴合、影响试验的情况。

前段整流部件1和后段整流部件2整体提供光顺的气动面，而且其包络空间为实试验模型的连接提供了较大的空间，在此，在其包络空间内实现了试验模型(在本实施例中为民机机翼模型)与支持板的对接、模型信号电路与风洞信号电缆的对接。

在本发明中，支持板加强筋和对接维型架并非是必需的。例如，图5示出了民机垂尾高速颤振模型中所设计的整流罩装置，所述整流罩装置主要包含两类部件，即支持板9’、10’、11’和整流部件1’、2’。该整流罩的整流部件1’、2’采用前文所述的复合材料技术固化成型，在与支持板9’、10’、11’对接的区域中预留有沉头嵌套，用于与支持板9’、10’、11’进行螺纹连。在整流部件1’、2’的包络空间内，试验件与支持板9’、10’、11’通过支座进行连接。

图5所示的整流罩气动面光滑平顺，试验件与支持板的支座连接安全可靠，为进一步获得精确的试验结果发挥了重要的作用。