本發明屬于一種風洞試驗或航空發動機高空臺氣動試驗的試驗設備設計技術，具體涉及一種基于半圓軸承的變馬赫數旋轉機構。

背景技術：

傳統閉口式超聲速射流風洞其超聲速噴管出口與實驗段平直，換而言之，超聲速噴管出口需與實驗段保持水平相切，以避免噴管出口處的次級激波。對于閉口式剛性噴管因為需要保持出口水平，故一般在噴管出口附近設置繞轉動中心，通過凹凸型圓弧與試驗段進行平滑連接。

而對于開口式自由射流高空模擬試驗，開口式噴管出口為寬廣的試驗艙空間，即噴管出口截面為無干擾的氣動流場，也就是說，繞噴管出口的旋轉中心不能突出到噴管出口截面之外包括噴管出口的左右側面，以免影響氣流膨脹和試驗核心區氣流品質。

為了解決這一問題，傳統開口式柔性噴管是直接將噴管出口固定，旋轉中心水平前移，其設計原理是保證柔性板起轉點斜率直線與出口切線相交點，以確保氣動型面的連續性。如果采用旋轉中心在噴管出口附近的設計方案，噴管出口型面的端點位置，必然因為型面旋轉而發生改變，即噴管出口高度發生變化，眾所周知，噴管馬赫數控制是通過調節噴管喉道和噴管出口的面積之比來實現的，如果兩者在試驗過程中均發生變化，雖然也可得到一個馬赫數，但該馬赫數與目標馬赫數的控制精確很難保證，同時，根據噴管出口水平狀態設計的固定型面，在出口角度改變后，其氣流品質和氣流角度將發生較大偏差。也就是說采用旋轉中心在噴管出口附近的方案，必須犧牲一定的調節精度和流場品質忽略一定的調節誤差。對于剛性型面的超聲速可變馬赫數噴管，剛性噴管旋轉機構的工程設計十分關鍵，旋轉中心必須嚴格的設置在噴管出口型面的端面邊線處。如采用整圓軸的方式設計噴管出口端點的旋轉中心，勢必在噴管出口截面側壁突出一部分，這是氣動流場自由膨脹不允許的。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題：

設計簡單、可靠的開口式剛性噴管馬赫數可連續調節機構，同時通過固定型面末端半圓軸旋轉設計，確保開口式噴管出口面積恒定以及馬赫數調節精度，當噴管馬赫數連續調節時，實現噴管出口氣流流場均勻、規則。提高其使用效率與實用性。

本發明的技術方案：

一種基于半圓軸承的變馬赫數旋轉機構，包括左側壁(1)、上型面機構(2)、下型面機構(3)、上支撐板(4)、下支撐板(5)、上右半圓軸承(6)、上左半圓軸承(7)、下右半圓軸承(8)、下左半圓軸承(9)、右側壁(10)，上支撐板(4)位于上型面機構(2)上方，左側壁(1)與右側壁(10)之間，下支撐板(5)位于下型面機構(4)下方，左側壁(1)與右側壁(10)之間，

所述上型面機構(2)包括上型面板(2-1)、上驅動架(2-2)、上密封支板(2-3)、上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)；所述下型面機構(3)包括下型面板(3-1、下驅動架(3-2)、下密封支板(3-3)、下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)；

上型面機構(2)中的上型面板(2-1)與上驅動架(2-2)、上密封支板(2-3)、上右半圓軸耳(2-4)、上左半圓軸耳(2-5)均為固定連接，所述上右半圓軸耳(2-4)通過上右半圓軸承(6)連接在右側壁(10)的右上旋轉腔內，旋轉軸為上型面板(2-1)出口端面靠近內腔的O軸，右側壁(10)對上型面板(2-1)起軸向限位作用，所述上左半圓軸耳(2-5)通過上左半圓軸承(7)連接在左側壁(1)的左上旋轉腔內，旋轉軸為上型面板(2-1)出口端面靠近內腔的O軸，左側壁(1)對上型面板(2-1)起軸向限位作用；

下型面機構(3)的下型面板(3-1)與下驅動架(3-2)、下密封支板(3-3)、下右半圓軸耳(3-4)、下左半圓軸耳(3-5)均為固定連接，所述下右半圓軸耳(3-4)通過下右半圓軸承(6)連接在右側壁(10)的右下旋轉腔內，旋轉軸為下型面板(3-1)出口端面靠近內腔的N軸，右側壁(10)對下型面板(3-1)起軸向限位作用，所述下左半圓軸耳(3-5)通過下左半圓軸承(7)連接在左側壁(1)的左下旋轉腔內，旋轉軸為下型面板(3-1)出口端面靠近內腔的N軸，左側壁(1)對下型面板(3-1)起軸向限位作用；

上支撐板(4)在進氣端方向的端面為圓弧面，所述圓弧面旋轉軸為O軸，上密封支板(2-3)與上支撐板(4)的圓弧面剛性接觸在噴管軸向起限位作用，所述密封支板(2-3)可沿所述上支撐板(4)的圓弧面滑動；

下支撐板(5)在進氣端方向的端面為圓弧面，所述圓弧面旋轉軸為N軸，下密封支板(3-3)與下支撐板(5)的圓弧面剛性接觸在噴管軸向起限位作用，所述密封支板(3-3)可沿所述下支撐板(5)的圓弧面滑動。

所述的一種基于半圓軸承的變馬赫數旋轉機構，所述上型面機構(2)通過上驅動架(2-2)與上驅動機構(11)固定連接，下型面機構(3)通過下驅動架(3-2)與下驅動機構(12)固定連接。

本發明的有益效果：

優點：

a)半圓軸設計解決了開口式剛性噴管馬赫數連續調節對其出口氣流品質限制的影響。

b)固定型面驅動端采用圓弧導軌模式，有效彌補了半圓軸承不能鎖緊的缺陷。

效果：

該一種基于半圓軸承的變馬赫數旋轉機構設計方法合理。剛性型面末端半圓軸設計，確保開口式噴管出口面積恒定，并實現噴管出口氣流流場均勻、規則。在噴管出口處能夠得到一個明顯的均勻試驗區域，滿足試驗要求，在高空臺吹風試驗中效果良好。

附圖說明

圖1為機構安裝局部三維視圖；

圖2為上下剛性型面機構正視圖；

圖3為基于半圓軸承的變馬赫數旋轉機構原理圖。

具體實施方式

所述噴管的工作流程為：通過密封支板和支撐板、半圓軸耳與側壁的正反方向限位后，型面驅動機構驅動旋轉支板進行運動；帶動整個型面機構在半圓軸承、支撐板圓弧的作用下的沿著轉動中心O轉動；從而實現型面機構的喉道高度調節，型面出口位置保持O軸不變，進而實現噴管出口馬赫數的精確調節。