一种能在低压条件下使用的激波管电动针刺破膜装置的制作方法

本发明属于燃烧实验技术领域，涉及一种能在低压条件下使用的激波管电动针刺破膜装置。

背景技术：

碳氢燃料来源广泛，能量密度高，也是目前航空飞行器最广泛使用的燃料，碳氢燃料的点火特性关系到燃料的能源释放规律及燃烧动力学研究，是航空发动机研究等相关领域的热点之一。点火延迟时间是碳氢燃料燃烧特性的重要表征，也是验证燃烧反应化学动力学模型及简化模型的重要依据。在实际的工程应用中，燃料的点火延迟时间作为超燃冲压发动机和脉冲爆轰发动机燃烧室设计的重要参数之一，对发动机燃烧室内的工作状态和发动机的设计与性能有着至关重要的影响。燃料燃烧一般需要经历点火、火焰传播以及火焰稳定这几个重要过程，碳氢燃料的点火延迟时间极短，一般为毫秒量级，因此，如何测量碳氢燃料的点火延迟时间非常重要。

目前，实验研究或测量碳氢燃料点火延迟时间的主要实验设备是激波管。激波管是通过入射激波和反射激波对物质进行均匀绝热非等熵压缩的实验设备，由于激波管具有结构简单，使用方便，能提供范围较宽的实验参数，因此激波管在物理、化学等基础研究中有着广泛的应用。特别是在空气动力学、气体物理学、化学动力学和航空声学等领域都广泛使用激波管进行燃料点火的实验研究。

破膜是激波管实验过程最重要步骤，直接关系到实验的成功与否及实验的精度。由于需要测量的燃料压力工况差别较大，在激波管实验设计时所采用的破膜方式及膜片也会根据反应压力的不同而改变。特别是在低压的反应条件下，由于激波管高低压两端压力差较小，增加了破膜的难度并使破膜成功率降低，需要借助外力进行破膜，因此，对于低压环境下进行激波管实验，选取合适的破膜装置和方式十分重要。

目前现有的破膜装置存在的问题是：(1)电热破膜效率不高，存在较高的无法破膜的概率。(2)利用高压自主破膜难以精确控制破膜压力，无法精确实现实验工况的控制。(3)传统的针刺破膜出针速度不高，当激波管驱动段的压力比较高时，驱动段的密封问题和针刺速度将影响到气流的品质和激波速度的一致性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种能在低压条件下使用的激波管电动针刺破膜装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种能在低压条件下使用的激波管电动针刺破膜装置，包括用于刺破激波管膜片的刺针、电机底座、微型电机、电机螺杆、针刺套筒和导向杆；微型电机通过电机底座固定安装在激波管的内壁上，其输出端设有平行于激波管轴线的带螺纹的电机螺杆；中空管状的针刺套筒具有开口端和封闭尾端，所述刺针安装在尾端；针刺套筒的内部设有螺纹或沿其长度方向的齿条，从开口端套装在电机螺杆上并使螺纹或齿条与电机螺杆的螺纹啮合；针刺套筒的外侧设有带通孔的横向凸出部，平行于针刺套筒的导向杆穿过该通孔，且其一端固定在微型电机上。

本发明中，微型电机的电源线在穿过设于激波管管体上的密封件后，与连接外部电源的控制开关相接。

本发明中，微型电机与电机底座之间通过螺栓固定，电机底座以焊接方式固定在激波管的内壁上。

本发明中，刺针包括刺针底座和刺针刃，其中刺针刃由两个十字交叉固定的针片组成；刺针底座通过螺纹连接方式安装在针刺套筒的尾端。

本发明中，横向凸出部设于针刺套筒的开口端外侧。

本发明中，在激波管的端部固定设置法兰，并通过螺栓固定的方式将膜片夹装在两个法兰之间。

本发明中，在两个法兰面上分别设置对应的凹凸结构，用于准确定位并夹紧膜片。

本发明中，在两个法兰面之间设有密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、激波管电动针刺破膜装置采用电控控制，刺针的出针速度比普通的机械式针刺破膜机构快且均匀，更容易控制破膜的准确时间。

2、刺针更换方便，而且可根据膜片类型不同设置不同长度以及不同材料的刺针。

3、针刺装置与外部连接只有一根导线，容易进行密封，使整个装置和激波管保持较好的气密性。

4、通用性能强。改变电机底座大小、管体与配套法兰的尺寸即可适用于不同尺寸的激波管。

5、能够很好地用于低压条件，可靠高效、重复性好。

6、可适用于多种形式的激波管和实验工况，具有较强的通用性。

附图说明

图1为电动针刺破膜装置在激波管内的装配图；

图2为图1的侧视图；

图3为电动针刺破膜装置的剖面图；

图4为图3的侧视图；

图5为夹膜的配套法兰的剖面图；

图6为图5的侧视图。

图中的附图标记：激波管1、法兰2、螺栓3、膜片4、电源线5、密封件6、控制开关7、电机底座8、微型电机9、电机螺杆10、针刺套筒11、导向杆12、刺针13。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所述激波管电动针刺破膜装置进行详细描述。

激波管电动针刺破膜装置包括电机底座8、微型电机9、电机螺杆10、针刺套筒11、导向杆12和刺针13；微型电机9通过电机底座8固定安装在激波管1的内壁上，微型电机9的输出端设有平行于激波管1轴线的电机螺杆10，电机螺杆10的表面设置螺纹。针刺套筒11呈中空管状，具有开口端和封闭尾端，刺针13安装在其尾端；刺针13包括刺针底座和刺针刃，其中刺针刃由两个十字交叉固定的针片组成；刺针底座通过螺纹连接方式安装在针刺套筒11的尾端。刺针13的长短、材料可根据所破膜片4的材料进行更改，刺针13的尖端通过角磨机进行打磨，以更好地实现破膜效果。

针刺套筒11的内部设有螺纹或沿其长度方向的齿条，从其开口端套装在电机螺杆10上并使螺纹或齿条与电机螺杆10的螺纹啮合；针刺套筒11的开口端外侧设有带通孔的横向凸出部，平行于针刺套筒11的导向杆12穿过该通孔，且其一端固定在微型电机9上。

激波管1的管体上设置带贯通孔的密封件6，微型电机9的电源线在穿过密封件6的贯通孔后与控制开关相接，控制开关连接至外部电源。微型电机9与电机底座8之间通过螺栓固定，电机底座8以焊接方式固定在激波管1的内壁上。

在激波管1的端部固定设置法兰2，并通过螺栓3将膜片4夹装固定在两个法兰2之间。为保证密封效果，可以在两个法兰2的面上分别设置对应的凹凸结构，用于准确定位并夹紧膜片4，两个法兰2之间设密封圈，达到气密的效果。膜片4表面可根据需要涂抹胶水，使得膜片4与法兰2的凹凸面贴合更好。法兰2和螺栓3的材料均可选为304不锈钢，膜片4可选为双向拉伸聚丙烯薄膜。

在使用时，按下正向控制开关，微型电机9驱动电机螺杆10转动，通过啮合的螺纹或齿条进一步带动针刺套筒11向前快速推出，针刺套筒11尾端的刺针13将前进刺破膜片。破膜后，按下反向控制开关使电机螺杆10反向转动，带动针刺套筒11和刺针13回到原位。安装时确保电机螺杆10、针刺套筒11的方向与激波管1轴线平行，使刺针13的行进方向与膜片4保持垂直。

电机底座8焊接在激波管1内壁，微型电机9与电机底座8之间可采用螺栓进行固定，其电源线从固定在激波管1管体上的密封件6中穿出，然后与控制开关7连接。可在管壁外的连接面加工凹槽并安装密封件6，并用胶水和密封圈进行密封。电机底座8及电机螺杆10的材料可选为304不锈钢，针刺套筒11材料可选为h62黄铜。

本发明所述微型电机9是直线丝杆步进电机，可选产品型号很多(例如深圳市汉德保机电有限公司生产的11-3405-x型号产品)。该针刺破膜装置通过微型电机9进行电动控制，控制更加精确，刺针13的伸缩速度快捷稳定。可刺破各种塑料膜、纸膜、金属膜等，在低压工况下破膜成功率高、效果理想。

尽管已经展示描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。