本實(shí)用新型涉及氣動(dòng)熱地面模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分體式高溫包罩噴管。

背景技術(shù)：

航天飛行器在再入大氣層時(shí)其表面將經(jīng)受嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱及輻射加熱，這一特點(diǎn)要求飛行器裝載防熱系統(tǒng)。防熱系統(tǒng)的氣動(dòng)外形和防熱材料需要在地面進(jìn)行氣動(dòng)熱實(shí)驗(yàn)以考核其防熱性能，航天飛行器的某些異形部件在亞聲速飛行時(shí)遭受嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱，地面考核實(shí)驗(yàn)中需要模擬高溫亞聲速加熱環(huán)境，因?yàn)楫愋尾考Y(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸較大，在自由射流中模擬需要加熱器投入很大的運(yùn)行功率，往往受到加熱器功率極值的限制，這種情況下，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b在包罩噴管中，將大大節(jié)省加熱器功率。

現(xiàn)有包罩噴管采用內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)，噴管內(nèi)部橫截面為軸對稱或者規(guī)則的矩形、梯形等形狀，內(nèi)殼和外殼之間形成冷卻水通道，冷卻水從冷卻水通道的一端進(jìn)入冷卻水通道，從另一端流出冷卻水通道。使用中存在以下問題：

當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂袕?fù)雜外形時(shí)，要求包罩噴管的內(nèi)部為與試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯庑螌?yīng)的復(fù)雜形狀，內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的加工。

當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椴灰?guī)則形狀時(shí)，包罩噴管的內(nèi)部為與試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯庑螌?yīng)的不規(guī)則形狀，內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)無法滿足內(nèi)殼冷卻與機(jī)械強(qiáng)度的平衡。內(nèi)殼厚度大時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度好，可以承受高壓，同時(shí)冷卻效果差，無法滿足高溫運(yùn)行需求；內(nèi)殼厚度小時(shí)，冷卻效果好，可以滿足高溫運(yùn)行需求，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度差，無法承受高壓。

當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶в修D(zhuǎn)動(dòng)軸等凸出結(jié)構(gòu)時(shí)，需要噴管能夠從某個(gè)平面打開，內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)該功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是：相比于現(xiàn)有技術(shù)，提供了一種分體式高溫包罩噴管，解決了復(fù)雜曲面加工和冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡的問題。

本實(shí)用新型目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種分體式高溫包罩噴管，包括：轉(zhuǎn)接段、擴(kuò)張段和組合段；其中，所述轉(zhuǎn)接段、所述擴(kuò)張段和所述組合段依次相連接；所述組合段包括V型擴(kuò)張段、V型收縮段與蓋板；其中，所述V型擴(kuò)張段與V型收縮段相連接，所述V型收縮段上端連接有所述蓋板。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述轉(zhuǎn)接段包括內(nèi)殼、外殼、第一法蘭和第二法蘭；其中，所述內(nèi)殼和所述外殼的兩端相連接，所述內(nèi)殼的外壁面與所述外殼的內(nèi)壁面之間形成第一通道；所述第一法蘭與所述外殼的一端相連接，所述第二法蘭與所述外殼的另一端相連接；所述第一法蘭設(shè)置有第一進(jìn)水管，所述第一進(jìn)水管與第一通道相連接；所述第二法蘭設(shè)置有第一出水管，所述第一出水管與第一通道相連接。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述擴(kuò)張段包括上游法蘭、殼體和下游法蘭，其中，所述上游法蘭與殼體的一端相連接，所述下游法蘭與殼體的另一端相連接；所述殼體的上側(cè)開設(shè)有第一進(jìn)水集水管，所述殼體的下側(cè)開設(shè)有第一出水集水管；所述殼體的上側(cè)開設(shè)有第一進(jìn)水口，所述第一進(jìn)水口與所述第一進(jìn)水集水管相連接；所述殼體的下側(cè)開設(shè)有第一出水口，所述第一出水口與所述第一出水集水管相連接；所述殼體在其橫截面上開設(shè)有井型通道，井型通道包括第一水管、第二水管、第三水管和第四水管；其中，第一水管、第二水管、第三水管和第四水管依次相連接；所述第一水管與所述第一進(jìn)水集水管相連接，所述第三水管與所述第一出水集水管相連接。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述V型擴(kuò)張段的殼體的上側(cè)開設(shè)有第二進(jìn)水集水管，所述殼體的下側(cè)開設(shè)有第二出水集水管；所述V型擴(kuò)張段的殼體的上側(cè)開設(shè)有第二進(jìn)水口，所述第二進(jìn)水口與所述第二進(jìn)水集水管相連接；所述 V型擴(kuò)張段的殼體的下側(cè)開設(shè)有第二出水口，所述第二出水口與所述第二出水集水管相連接；所述V型擴(kuò)張段的殼體在其橫截面上開設(shè)有第一V型擴(kuò)張段水管和第二V型擴(kuò)張段水管，其中，第一V型擴(kuò)張段水管和第二V型擴(kuò)張段水管相連接，第一V型擴(kuò)張段水管與所述第二進(jìn)水集水管相連接，第二V型擴(kuò)張段水管與所述第二出水集水管相連接。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述V型收縮段的殼體的一側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水集水管，所述V型收縮段的殼體的另一側(cè)開設(shè)有第三出水集水管；所述V型收縮段的殼體的一側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水口，第三進(jìn)水口與第三進(jìn)水集水管相連接；所述V型收縮段的殼體的另一側(cè)開設(shè)有第三出水口，第三出水口與第三出水集水管相連接；所述V型收縮段的殼體在其橫截面上開設(shè)有π型通道，π型通道包括第五水管、第六水管和第七水管；其中，第五水管、第六水管和第七水管依次相連接；第五水管與第三進(jìn)水集水管相連接，第七水管與第三出水集水管相連接。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述內(nèi)殼的外壁面設(shè)置有若干個(gè)導(dǎo)流筋，若干個(gè)導(dǎo)流筋沿內(nèi)殼的圓周方向均勻分布。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述殼體的上側(cè)開設(shè)有與其軸線平行的進(jìn)水集水管。

上述分體式高溫包罩噴管中，所述殼體的厚度為30mm～100mm；第一水管、第二水管、第三水管和第四水管的直徑均為5mm～10mm；第一水管、第二水管、第三水管和第四水管距離殼體的內(nèi)壁面均為3mm～6mm。

上述分體式高溫包罩噴管中，V型擴(kuò)張段、V型收縮段與蓋板的壁厚取值范圍應(yīng)為30mm～100mm。

上述分體式高溫包罩噴管中，第五水管、第六水管和第七水管的直徑均為5mm～10mm；第五水管、第六水管和第七水管距離所述V型收縮段的殼體的內(nèi)壁面均為3mm～6mm。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本實(shí)用新型沿著曲面進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，每個(gè)拐點(diǎn)即為分段點(diǎn)，即分成了轉(zhuǎn)接段、擴(kuò)張段和組合段三段，這種分段設(shè)計(jì)將復(fù)雜的曲面分解為若干個(gè)簡單的型面，解決了復(fù)雜曲面加工問題；

(2)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段采用水冷夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼采用薄壁加導(dǎo)流筋的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡；

(3)本實(shí)用新型的擴(kuò)張段通過合理設(shè)計(jì)第一進(jìn)水集水管、第一出水集水管和井型通道位置和尺寸實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡；

(4)本實(shí)用新型的組合段通過合理設(shè)計(jì)水冷結(jié)構(gòu)位置和尺寸實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡，采用V型擴(kuò)張段、V型收縮段和蓋板組合的方法解決了模型安裝問題。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的分體式高溫包罩噴管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-1是本實(shí)用新型的分體式高溫包罩噴管的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-1是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的擴(kuò)張段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-1是沿圖3中AA線的剖面圖；

圖4是本實(shí)用新型的組合段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的V型收縮段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段的內(nèi)殼的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1是本實(shí)用新型的分體式高溫包罩噴管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1-1是本實(shí)用新型的分體式高溫包罩噴管的又一結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的組合段的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、圖1-1和圖4所示，該分體式高溫包罩噴管包括：轉(zhuǎn)接 段1、擴(kuò)張段2和組合段3；其中，轉(zhuǎn)接段1、擴(kuò)張段2和組合段3依次相連接；組合段3包括V型擴(kuò)張段12、V型收縮段13與蓋板14；其中，V型擴(kuò)張段12與V型收縮段13相連接，V型收縮段13上端連接有蓋板14。轉(zhuǎn)接段1、擴(kuò)張段2和組合段3均采用金屬材料，轉(zhuǎn)接段1為圓柱形，轉(zhuǎn)接段1沿其軸線的截面為梯形，組合段3沿其軸線的截面為梯形連接長方形。V型擴(kuò)張段12與V型收縮段13為固定連接，固定連接為密封固定，具體方法可以選擇密封圈和螺栓連接或者焊接等，在此并不做具體的限定。V型收縮段13與蓋板14為固定連接，固定連接為密封固定，具體方法可以選擇密封圈和螺栓連接或者焊接等。

具體的，轉(zhuǎn)接段1，其與擴(kuò)張段2固定連接，氣流通道在轉(zhuǎn)接段內(nèi)實(shí)現(xiàn)從軸對稱到異型的過渡；擴(kuò)張段2，其上游與轉(zhuǎn)接段1固定連接，下游與組合段3固定連接，形成一個(gè)擴(kuò)張的氣流通道；組合段3，其上游與擴(kuò)張段2固定連接，組合段采用V型擴(kuò)張段、V型收縮段與蓋板組合的方式，實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓潭ㄟB接，氣流通道在組合段內(nèi)實(shí)現(xiàn)從擴(kuò)張到收縮的過渡，并在出口形成喉道。需要說明的是，噴管的分段設(shè)計(jì)在選取分段點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證噴管內(nèi)型面的加工可行性，應(yīng)根據(jù)每一段的型面和承受的熱環(huán)境，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)接段、擴(kuò)張段與組合段之間的固定連接均為密封固定，具體方法可以選擇密封圈和螺栓連接或者焊接等，在此并不做具體的限定。在具體加工工藝中，避免連接帶來的機(jī)械變形。

本實(shí)施例中采用的分段原則是，沿著噴管內(nèi)表面進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，每個(gè)拐點(diǎn)即為分段點(diǎn)，即分成了轉(zhuǎn)接段1、擴(kuò)張段2和組合段3三段，這種分段設(shè)計(jì)將復(fù)雜的曲面分解為若干個(gè)簡單的型面，解決了復(fù)雜曲面加工問題。

圖2是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-1是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段的又一結(jié)構(gòu)示意圖。需要說明的是，圖2-1是在圖2基礎(chǔ)上俯視的剖面圖。如圖2和圖2-1所示，轉(zhuǎn)接段1包括內(nèi)殼4、外殼5、第一法蘭11和第二法蘭120。其中，

內(nèi)殼4和外殼5的兩端相連接，內(nèi)殼4的外壁面與外殼5的內(nèi)壁面之間形成第一通道130。具體的，內(nèi)殼4的左端與外殼5的左端固定連接，內(nèi)殼4的右端與外殼5的右端固定連接，固定連接的方式為密封連接，具體方法可以選擇密封圈和螺栓連接或者焊接等，在此并不做具體的限定。第一通道130為環(huán)形。

第一法蘭11與外殼5的一端相連接，第二法蘭120與外殼5的另一端相連接。具體的，第一法蘭11與外殼5的左端固定連接，第二法蘭120與外殼5的右端固定連接。

第一法蘭11設(shè)置有第一進(jìn)水管140，第一進(jìn)水管140與第一通道130相連接。具體的，沿第一法蘭11的徑向開設(shè)有第一進(jìn)水管140。第一進(jìn)水管140的數(shù)量可以為多個(gè)，多個(gè)第一進(jìn)水管140沿第一法蘭11的周向均勻分布。圖2中示出的第一進(jìn)水管140的數(shù)量為兩個(gè)。

第二法蘭120設(shè)置有第一出水管15，第一出水管15與第一通道130相連接。具體的，沿第一法蘭11的徑向開設(shè)有第一出水管15。第一出水管15的數(shù)量可以為多個(gè)，多個(gè)第一出水管15沿第一法蘭11的周向均勻分布。圖2中示出的第一出水管15的數(shù)量為兩個(gè)。

具體的，從第一進(jìn)水管140中通入冷卻水，冷卻水在第一通道130流通，從而對內(nèi)殼4進(jìn)行冷卻，最后從第一出水管15排出。需要說明的是，內(nèi)殼的內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行平滑過渡，避免局部集中受熱；內(nèi)殼內(nèi)表面沿氣流方向由軸對稱向異型曲面過渡，可以采用圓錐形過渡或者漸變曲面過渡，在此并不做具體的限定。

圖3是本實(shí)用新型的擴(kuò)張段的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1是沿圖3中AA線的剖面圖。如圖3和圖3-1所示，擴(kuò)張段2包括上游法蘭6、殼體7和下游法蘭8，其中，

上游法蘭6與殼體7的一端相連接，下游法蘭8與殼體7的另一端相連接。具體的，上游法蘭6與殼體7的左端相連接，下游法蘭8與殼體7的右端相連 接，上游法蘭6與第二法蘭120相連接從而將轉(zhuǎn)接段1與擴(kuò)張段2相連接，上游法蘭6與第二法蘭120連接的方式可以通過螺紋連接或者焊接，在此并不做具體的限定。

殼體7的上側(cè)開設(shè)有第一進(jìn)水集水管10，殼體7的下側(cè)開設(shè)有第一出水集水管110。具體的，在殼體7的上側(cè)壁內(nèi)開設(shè)有與殼體7的軸線相平行的第一進(jìn)水集水管10。殼體7的下側(cè)壁內(nèi)開設(shè)有與梯形的斜邊相平行的第一出水集水管110。

殼體7的上側(cè)開設(shè)有第一進(jìn)水口101，第一進(jìn)水口101與第一進(jìn)水集水管10相連接。具體的，第一進(jìn)水口101的軸線與第一進(jìn)水集水管10的軸線相互垂直，第一進(jìn)水口101的數(shù)量可以有多個(gè)。

殼體7的下側(cè)開設(shè)有第一出水口111，第一出水口111與第一出水集水管110相連接。第一出水口111的軸線與第一出水集水管110的軸線相互垂直，第一出水口111的數(shù)量可以有多個(gè)。

殼體7在其橫截面上開設(shè)有井型通道，井型通道包括第一水管71、第二水管72、第三水管73和第四水管74；其中，第一水管71、第二水管72、第三水管73和第四水管74依次相連接；第一水管71與第一進(jìn)水集水管10相連接，第三水管73與第一出水集水管110相連接。具體的，井型通道的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)井型通道沿殼體7的軸線均勻分布。第一水管71與第三水管73相互平行，井型通道的形狀與殼體7的橫截面的內(nèi)腔形狀相一致。

具體的，從第一進(jìn)水口101注入冷卻水，冷卻水進(jìn)入第一進(jìn)水集水管10，第一集水管10中的水流入到井型通道的第一水管71，然后流經(jīng)第二水管72和第四水管74后流到第三水管73，然后流入到第一出水集水管110，最后從第一出水口111流出，從而起到對殼體的冷卻作用。

圖4是本實(shí)用新型的組合段的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，組合段3包括V型擴(kuò)張段12、V型收縮段13與蓋板14；其中，V型擴(kuò)張段12與V型收縮段13相連接，V型收縮段13上端連接有蓋板14。

V型擴(kuò)張段12的殼體的上側(cè)開設(shè)有第二進(jìn)水集水管121，殼體7的下側(cè)開設(shè)有第二出水集水管122；V型擴(kuò)張段12的殼體的上側(cè)開設(shè)有第二進(jìn)水口123，第二進(jìn)水口123與第二進(jìn)水集水管121相連接；V型擴(kuò)張段12的殼體的下側(cè)開設(shè)有第二出水口124，第二出水口124與第二出水集水管122相連接；V型擴(kuò)張段12的殼體在其橫截面上開設(shè)有第一V型擴(kuò)張段水管125和第二V型擴(kuò)張段水管126，其中，第一V型擴(kuò)張段水管125和第二V型擴(kuò)張段水管126相連接，第一V型擴(kuò)張段水管125與第二進(jìn)水集水管121相連接，第二V型擴(kuò)張段水管126與第二出水集水管122相連接。

具體的，從第二進(jìn)水口123注入冷卻水，冷卻水進(jìn)入第二進(jìn)水集水管121，第二進(jìn)水集水管121中的水流入到第一V型擴(kuò)張段水管125，第一V型擴(kuò)張段水管125流入至第二V型擴(kuò)張段水管126，然后流入到第二出水集水管122，最后從第二出水口124流出，從而對V型擴(kuò)張段12的殼體起到冷卻作用。

圖5是本實(shí)用新型的V型收縮段的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，V型收縮段13的殼體的一側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水集水管16，V型收縮段13的殼體的另一側(cè)開設(shè)有第三出水集水管17。具體的，V型收縮段13的殼體的左側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水集水管16，V型收縮段13的殼體的右側(cè)開設(shè)有第三出水集水管17。

V型收縮段13的殼體的一側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水口134，第三進(jìn)水口134與第三進(jìn)水集水管16相連接。具體的，V型收縮段13的殼體的左側(cè)開設(shè)有第三進(jìn)水口134。

V型收縮段13的殼體的另一側(cè)開設(shè)有第三出水口135，第三出水口135與第三出水集水管17相連接。具體的，V型收縮段13的殼體的右側(cè)開設(shè)有第三出水口135。

V型收縮段13的殼體在其橫截面上開設(shè)有π型通道，π型通道包括第五水管131、第六水管132和第七水管133；其中，第五水管131、第六水管132和第七水管133依次相連接；第五水管131與第三進(jìn)水集水管16相連接，第七水管133與第三出水集水管17相連接。具體的，π型通道的數(shù)量為多個(gè)，π 型通道的形狀與V型收縮段13的殼體的橫截面的內(nèi)腔形狀相一致。

具體的，從第三進(jìn)水口134注入冷卻水，冷卻水進(jìn)入第三進(jìn)水集水管16，第三進(jìn)水集水管16中的水流入到π型通道的第五水管131，然后流經(jīng)第六水管132進(jìn)入到第七水管133，然后流入到第三出水集水管17，最后從三出水口135流出，從而起到對V型收縮段13的殼體的冷卻作用。

上述實(shí)施例中，如圖6所示，內(nèi)殼4的外壁面設(shè)置有若干個(gè)導(dǎo)流筋41，若干個(gè)導(dǎo)流筋41沿內(nèi)殼4的圓周方向均勻分布。通過在內(nèi)殼4的外壁面設(shè)置有若干個(gè)導(dǎo)流筋41，導(dǎo)流筋41增加了散熱面積，從而起到了很好的散熱作用。

上述實(shí)施例中，殼體7的厚度為30mm～100mm；第一水管71、第二水管72、第三水管73和第四水管74的直徑均為5mm～10mm；第一水管71、第二水管72、第三水管73和第四水管74距離殼體7的內(nèi)壁面均為3mm～6mm。

上述實(shí)施例中，V型擴(kuò)張段12、V型收縮段13與蓋板14的壁厚取值范圍應(yīng)為30mm～100mm。

上述實(shí)施例中，第五水管131、第六水管132和第七水管133的直徑均為5mm～10mm；第五水管131、第六水管132和第七水管133距離V型收縮段13的殼體的內(nèi)壁面均為3mm～6mm。

本實(shí)用新型沿著曲面進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，每個(gè)拐點(diǎn)即為分段點(diǎn)，即分成了轉(zhuǎn)接段、擴(kuò)張段和組合段三段，這種分段設(shè)計(jì)將復(fù)雜的曲面分解為若干個(gè)簡單的型面，解決了復(fù)雜曲面加工問題；并且本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)接段采用水冷夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼采用薄壁加導(dǎo)流筋的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡；并且本實(shí)用新型的擴(kuò)張段通過合理設(shè)計(jì)第一進(jìn)水集水管、第一出水集水管和井型通道位置和尺寸實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡；并且本實(shí)用新型的組合段通過合理設(shè)計(jì)水冷結(jié)構(gòu)位置和尺寸實(shí)現(xiàn)冷卻效果與機(jī)械強(qiáng)度的平衡，采用V型擴(kuò)張段、V型收縮段和蓋板組合的方法解決了模型安裝問題。

以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍內(nèi)。