專利名稱：一種用于高超聲速風洞連續變凸起物高度的試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于高超聲速風洞內可連續變凸起物高度的試驗裝置，可在一次風洞吹風中完成多個凸起物高度的試驗，屬于試驗裝置技術領域。
背景技術：
高速飛行器表面存在各種各樣的凸起物，如機翼安裝在機身上、或各種掛架安裝在機翼或機身上，破壞了原來光順的機身或機翼表面，形成有凸起的表面形狀。表面凸起物引起局部干擾，形成復雜的激波/邊界層干擾流場，使凸起物附近的力、熱載荷發生明顯變化，導致局部力、熱載荷峰值，可能引起飛行器結構破壞，直接關系到飛行器部件設計與性能估計。
其中有幾類凸起物可簡化為鈍舵、圓柱或方柱等基礎研究外形，通過研究這幾類基礎外形安裝在平板上引起的復雜流動特征，揭示其內部流動機理，為飛行器設計提供基石出。
表面凸起物引起的復雜干擾特性受到很多參數的影響，其中凸起物高度是影響流動特性的一個重要參數，為了研究凸起物高度變化對流場特性的影響，需要進行不同高度凸起物的試驗研究，并最終確定力、熱的峰谷值載荷及影響范圍。
通常一次風洞試驗只能獲得一種凸起物高度的試驗結果，需要多次試驗獲得不同凸起物高度的試驗結果。這樣做法的缺陷是
逐次試驗的工作量大；
由于每個模型的高度是限定的，限制了試驗的靈活性；
在試驗中，風洞吹風次數多，花費高；
由于多次啟動，試驗參數很難完全重復而難于提高試驗數據可比的精度。 發明內容
本發明解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可連續變凸起物高度的試驗裝置，該裝置在使用中體現了靈活性、經濟性，并提高了測量的準確性。
本發明的技術解決方案是一種用于高超聲速風洞連續變凸起物高度的試驗裝置，其特征在于包括凸起物模型、平板、傳動系統及支架系統；所述的傳動系統包括手柄、 主動軸、齒輪系、圓柱底座、套杯和從動軸；支架系統用于將平板固定在風洞內的某一高度處，平板的平面方向與風洞內的來流一致；平板上開孔，該孔形狀與凸起物模型外形一致， 使凸起物模型在該孔中能夠自由上下滑動且二者間隙足夠小；凸起物模型的下端與圓柱底座，圓柱底座側表面對稱安裝一對平鍵，該平鍵的鍵槽位于與平板下表面固連的套杯內表面，套杯內表面與平板上開孔內表面相承接，平鍵與鍵槽的滑動配合，限制凸起物模型及圓柱底座的周圍運動；從動軸上端具有一段螺紋，從而與圓柱底座的內螺紋孔配合，并可納入到凸起物模型的內腔中；從動軸下部與齒輪系的末級齒輪固連，齒輪系的主動齒級上連接主動軸，主動軸上端懸掛在支架系統的底座上，主動軸下端伸出風洞試驗段洞體下部，該伸出端安裝手柄。
本發明與現有技術相比的優點在于
(1)本發明用于高超聲速風洞內可連續改變凸起物高度的試驗裝置，可根據試驗狀態需要，在一次吹風過程中靈活調整凸起物的高度；減少了所需加工試驗模型的數量； 不同高度凸起物試驗在相同試驗參數下完成，提高了試驗數據可比的精度，減少了風洞啟動、停車次數，降低了所需的試驗花費，提高試驗效率。通過在高超聲速風洞內完成了可變高度圓柱模型試驗，獲得了可靠、詳細的試驗測量結果，驗證了本發明的靈活性、經濟性、實用性。
(2)本發明可在一次風洞吹風中完成多個凸起物高度的試驗，從而可減少加工試驗模型的數量，降低試驗花費，提高試驗效率及試驗數據的可比精度。


圖1為裝置示意圖2為本發明獲得的不同高度圓柱干擾流場紋影照片。
具體實施方式
本發明包括凸起物模型、平板1、支架系統及傳動系統。如圖1所示，所述的傳動系統包括手柄10、主動軸9、齒輪系、圓柱底座5、套杯4和從動軸3 ；支架系統用于將平板 1固定在風洞內的某一高度處，平板1的平面方向與風洞內的來流一致；凸起物模型可以為圓柱，也可以為方柱等等，平板1上開孔形狀與凸起物模型外形一致，下面以凸起物模型為圓柱為例詳細介紹本發明的實現過程。
在平板1上開孔，孔內表面按滑動配合要求加工，使圓柱2在其中上下滑動時，其間的間隙足夠小。圓柱下端與圓柱底座5連接。底座側表面對稱安裝一對平鍵，鍵槽則位于與平板1下表面固連的套杯4內表面，套杯4內表面與平板1孔內表面相承接，平鍵與鍵槽的滑動配合，限制了圓柱2及圓柱底座5的周圍運動。從動軸3上端有很長一段是螺紋， 從而與圓柱底座5的內螺紋孔配合，并可納入到圓柱2的內腔中。從動軸3下部與齒輪6 固連，齒輪6則與中間齒輪7和主動齒輪8組成一齒輪系，主動齒輪8上連接著主動軸9。 該軸上端懸掛在平板支架底座上，下端伸出風洞試驗段洞體下部。搖動主動軸9上的手柄 10，三齒輪相繼傳動，并帶動從動軸3旋轉，通過螺紋傳動使底座5連帶圓柱在套杯4內表面上下滑動。
上述支架系統與平板固連，起支撐與固定平板作用。上述傳動系統中需要標定手柄轉動量值與凸起物高度(相對于平板)變化量之間的關系。
風洞實驗過程中具體實施如下
(1)確定本次風洞吹風過程中需要改變的凸起物高度值(相對于平板)
(2)調整凸起物高度到初始值
(3)風洞啟動運行。
(4)觀察并記錄流場特性變化情況，包括
圓柱迎風中心線及平板前干擾區表面壓強測量
表面油流顯示與記錄
紋影記錄
(5)本高度下的實驗內容完成后，根據需要改變的凸起物高度變化量確定手柄轉動量，實驗人員搖動風洞洞體外手柄到需要位置從而準確調整凸起物高度到下一個預定值，并完成相應實驗內容。
(6)完成預定的所有不同凸起物高度下的干擾特性實驗內容。
(7)風洞運行結束。
利用本發明獲得的不同高度圓柱干擾流場紋影照片見圖2。照片中顯示了分離激波與主激波及兩者相交形成的三叉點等波系結構。圖加中由于圓柱高度低，引起的激波比較弱，不能分辨出分離激波與主激波。隨著圓柱高度的增加，在圖2b中可清楚的分辨出分離激波、主激波及兩者的相交，三叉點靠近圓柱前緣頂端。圖2c和圖2d中分離激波與主激波在圓柱迎風面上游相交，三叉點下游的波系直接撞擊到迎風面上，主激波的強度明顯加強。這些結果可用于凸起物高度變化對流場特性影響研究。
本發明未詳細描述內容為本領域技術人員公知技術。
權利要求
1. 一種用于高超聲速風洞連續變凸起物高度的試驗裝置，其特征在于包括凸起物模型O)、平板(1)、傳動系統及支架系統；所述的傳動系統包括手柄(10)、主動軸(9)、齒輪系、圓柱底座(5)、套杯(4)和從動軸(3)；支架系統用于將平板(1)固定在風洞內的某一高度處，平板(1)的平面方向與風洞內的來流一致；平板(1)上開孔，該孔形狀與凸起物模型外形一致，使凸起物模型( 在該孔中能夠自由上下滑動且二者間隙足夠小；凸起物模型O)的下端與圓柱底座(5)，圓柱底座( 側表面對稱安裝一對平鍵，該平鍵的鍵槽位于與平板(1)下表面固連的套杯內表面，套杯內表面與平板(1)上開孔內表面相承接，平鍵與鍵槽的滑動配合，限制凸起物模型⑵及圓柱底座(5)的周圍運動；從動軸(3) 上端具有一段螺紋，從而與圓柱底座(5)的內螺紋孔配合，并可納入到凸起物模型( 的內腔中；從動軸C3)下部與齒輪系的末級齒輪固連，齒輪系的主動齒級上連接主動軸(9)，主動軸(9)上端懸掛在支架系統的底座上，主動軸(9)下端伸出風洞試驗段洞體下部，該伸出端安裝手柄(10)。
全文摘要
一種用于高超聲速風洞連續變凸起物高度的試驗裝置，支架系統用于將平板固定在風洞內的某一高度處，平板的平面方向與風洞內的來流一致；平板上開孔，該孔形狀與凸起物模型外形一致，使凸起物模型在該孔中能夠自由上下滑動且二者間隙足夠小；凸起物模型的下端與圓柱底座，圓柱底座側表面對稱安裝一對平鍵，該平鍵的鍵槽位于與平板下表面固連的套杯內表面，套杯內表面與平板上開孔內表面相承接，平鍵與鍵槽的滑動配合，限制凸起物模型及圓柱底座的周圍運動；從動軸上端具有一段螺紋，從而與圓柱底座的內螺紋孔配合，并可納入到凸起物模型的內腔中；從動軸下部與齒輪系的末級齒輪固連，齒輪系的主動齒級上連接主動軸，主動軸上端懸掛在支架系統的底座上，主動軸下端伸出風洞試驗段洞體下部，該伸出端安裝手柄。
文檔編號G01M9/00GK102494863SQ20111036407
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者倪招勇, 劉耀峰, 李素循, 陳永康 申請人:中國航天空氣動力技術研究院