一种风洞模型天平隔热系统的制作方法

1.本发明涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种风洞模型天平隔热系统。


背景技术：

2.随着航空航天技术的高速发展，对飞机航程，飞行高度，飞行速度等的要求越来越高。当飞行器以高超声速飞行时，飞行器前端的气体将会受到激波作用，使得气体的动能转化为热能，进而使得气体的温度变高，高温气体向壁面传热产生气动加热问题，同时，来流气体随着温度的升高，将会使得气体的振动能激发，气体分子发生离解以及原子产生电离而发生高温气体效应。高温空气与飞行器表面产生巨大的温差，部分热能通过边界层传递给飞行器表面。
3.随着可重复使用高超声速巡航飞行器需求的增加，对气动热载荷的评估提出了更为苛刻的要求。需要宽速域高超声速气动热风洞同时具备低扰动，宽马赫数运行，复现总温，气动无污染以及较长有效运行时间等模拟能力。而这类项目在进行气动热评估时，就要设计出能复现气动热的载体，及气动热风洞试验模型，该类试验件不仅要能在高的热气动载荷下温度工作，还要保证在测力天平区域的温度在50℃以内，这样才能保证天平的准确测量。这就要求找到一种风洞试验模型外表温度高，内部天平区域温度低，并能稳定的控制在一定范围内的风洞模型天平隔热系统。
4.因此，设计出一种风洞试验模型外表能抵抗400℃～800℃的高温，而模型内部测力天平区域的温度控制在50℃以内的隔热系统，该系统能使测力天平工作稳定并准确的测量出模型在高温状态下各种攻角姿态的气动受力情况，以及模型表面的热流分布情况，成为本领域人员研究的重点。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种风洞模型天平隔热系统，以解决现有技术不足的问题。
6.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
7.一种风洞模型天平隔热系统，包括：
8.测力天平，其头部设置有一隔热套；
9.连接于测力天平头部的风洞模型，其内壁设置有用于安装所述隔热套的支承环套，支承环套的非外圆面上周向设置有若干空腔，所述空腔内填充有吸热材料；
10.以及连接于测力天平尾部的主承力杆，所述主承力杆外设置有延伸至风洞模型内部的水冷管，所述水冷管内设置有用于带走风洞模型内部热量的循环水流道。
11.进一步地，所述水冷管包括隔热外套和隔热内套，所述隔热外套和隔热内套之间设置有双头螺旋凸筋，其中一头的相邻螺旋凸筋之间形成进水流道，另一头的相邻螺旋凸筋之间形成出水流道。
12.进一步地，水冷管远离风洞模型的一端设置有进出水流道隔离块，所述进出水流
道隔离块设置与进水流道连通的进水管以及与出水流道连通的出水管。
13.进一步地，进水管和出水管设置于进出水流道隔离块的同侧。
14.进一步地，螺旋凸筋的厚度为2mm～3mm。
15.进一步地，水冷管的前端相距支承环套2mm～3mm。
16.进一步地，主承力杆延其中心轴线设置有便于走线的通孔。
17.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
18.本发明通过在风洞模型内部固定测力天平的支承环套上设置吸热材料，并配合在测力天平的头部设置隔热套，可以有效防止从支承环套传递至测力天平的热量，同时通过在主承力杆外设置有水冷管，带走风洞模型内的热量，使测力天平和主承力杆温度维持在50℃以内，从而有利于准确的测量出模型在高温状态下各种攻角姿态的气动受力情况，以及模型表面的热流分布情况。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1是本发明实施例1提供的一种风洞模型天平隔热系统的结构示意图；
21.图2是本发明实施例1提供的一种风洞模型天平隔热系统的剖视图；
22.图3是测力天平的结构示意图；
23.图4是主承力杆与水冷管的连接关系示意图；
24.图5是水冷管的内部结构示意图；
25.图6是支承环套的结构示意图。
26.图标：1
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风洞模型，2
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测力天平，3
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主承力杆，4
‑
隔热外套，5
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隔热内套，501
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进水流道，502
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出水流道，6
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进出水流道隔离块，7
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隔热套，8
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吸热材料，9
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支承环套，10
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进水管，11
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出水管，12
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螺旋凸筋，13
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通孔。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.参见图1至图6所示，本实施例提供了一种风洞模型天平隔热系统，包括测力天平2、风洞模型1和主承力杆3。
31.具体的，
32.所述测力天平2的头部设置有一隔热套7，所述隔热套7具有与测力天平2头部相同的锥度。所述风洞模型1设置有内腔，在保证满足强度的情况下，模型内腔尽设计大一些，这样的设计有两个优点，其一是模型本身的质量较轻，其二是空腔越大，热的传导率越低。在风洞模型1前段，热流来流的直接投影面上，风洞模型1的壁厚要设计得厚一些，这样更有利于保证整个模型的质量。风洞模型1的前段内腔内壁一体成型有支承环套9，测力天平2的头部连同隔热套7一起放入支承环套9内，支承环套9的非外圆面上周向设置有若干空腔，相邻空腔之间的部分形成支承筋板，试验过程中风洞模型1受到的气动载荷支承筋板传递到测力天平2上。同时，在所述空腔内填充有吸热材料8，所述吸热材料8在试验的过程中，吸热后由固态变成液态，当温度降低后又变回固体，实现重复使用，并配合隔热套7能有效的阻止或减少风洞模型1由外而内向测力天平2传递热量。
33.所述主承力杆3连接于测力天平2的尾部，主承力杆3沿其中心轴线设置有用于测力天平2导线走线的通孔13，所述主承力杆3外沿着主承力杆3的长轴方向设置有延伸至风洞模型1内部的水冷管，所述水冷管的前端与支承环套9相距2mm～3mm，能有效保证测力天平2和主承力主杆外的温度被带走，使测力天平2和主承力主杆的温度维持在50℃左右。所述水冷管包括隔热外套4和隔热内套5，所述隔热外套4和隔热内套5之间设置有螺旋凸筋12，所述螺旋凸筋12为双头螺旋线结构，一头形成进水流道501，另一头形成出水流道502，水冷管的右端面设计进出水流道隔离块6，进出水流道隔离块6把双螺旋水道隔离开，且在进出水流道隔离块6上设置有与进水流道501连通的进水管10，与出水流道502连通的出水管11，且进水管10和出水管11位于同侧，使冷水流在一个进水流道501中前进，吸收热量到达最左端后从通道回流到出水流道502，进而带着热量流出主承力杆3外边。所述螺旋凸筋12设计为2mm～3mm，让更多的空间留给水道，增大水道的截面面积，提高冷却效果。
34.由上述内容可知，本实施例提供的一种风洞模型天平隔热系统，通过在风洞模型1内部固定测力天平2的支承环套9上设置吸热材料8，并配合在测力天平2的头部设置隔热套7，可以有效防止从支承环套9传递至测力天平2的热量，同时通过在主承力杆3外设置有水冷管，带走风洞模型1内的热量，使测力天平2和主承力杆3温度维持在50℃以内，从而有利于准确的测量出模型在高温状态下各种攻角姿态的气动受力情况，以及模型表面的热流分布情况。
35.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。