專(zhuān)利名稱(chēng)：高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞，具體涉及一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞。
背景技術(shù)：
高超聲速炮風(fēng)洞廣泛應(yīng)用于飛行器、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空天飛機(jī)的模型試驗(yàn)中，是航空航天領(lǐng)域內(nèi)非常重要的空氣動(dòng)力地面試驗(yàn)設(shè)備。為了在試驗(yàn)艙產(chǎn)生高超聲速氣流，試驗(yàn)艙上游的高壓管道內(nèi)充滿(mǎn)了高壓氣體。根據(jù)不同試驗(yàn)要求，高壓管道內(nèi)承受的氣體壓力各不相同，目前最大要承受數(shù)千個(gè)大氣壓的壓力。進(jìn)行高超聲速氣動(dòng)力試驗(yàn)前，高超聲速炮風(fēng)洞的高壓管道、高壓夾膜機(jī)、膜腔、低壓管道、低壓夾膜機(jī)及噴管等依次部件連接好，高壓夾膜機(jī)夾緊位于膜腔內(nèi)的兩個(gè)膜片。低壓夾膜機(jī)夾緊位于噴管進(jìn)口處的膜片。試驗(yàn)時(shí)，高壓管道內(nèi)充有試驗(yàn)所需的高壓氣體，低壓管道內(nèi)充有少量低壓氣體。膜腔內(nèi)也充氣到一定壓力，確保膜腔內(nèi)的膜片不破裂。之后，快速釋放膜腔內(nèi)的氣體，高壓管道和膜腔的壓力差迅速增大，膜腔內(nèi)的膜片就會(huì)先后破裂。高壓氣體迅速進(jìn)入低壓管道，并推動(dòng)低壓管道內(nèi)的輕質(zhì)量活塞。此時(shí)，低壓管道內(nèi)的氣體不斷壓縮，氣體的壓力、溫度也不斷提高。當(dāng)?shù)蛪汗艿纼?nèi)的壓力提高到一定程度后，噴管進(jìn)口處的膜片破裂，高溫高壓氣體進(jìn)入噴管膨脹，達(dá)到所需的高超聲速氣流進(jìn)入試驗(yàn)艙。試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)艙內(nèi)即可以進(jìn)行高超聲速氣動(dòng)試驗(yàn)?，F(xiàn)有的高超聲速炮風(fēng)洞尤其是大型高超聲速炮風(fēng)洞活塞，通常采用如圖1所示的一端開(kāi)口一端封閉的圓柱體，這種結(jié)構(gòu)存在以下缺陷。①由于活塞端面為垂直的平面，當(dāng)活塞在高壓氣體的沖擊下或與噴管前端發(fā)生碰撞時(shí)，斷面承受剪力和相對(duì)應(yīng)力集中，活塞端部容易破碎，給空氣動(dòng)力試驗(yàn)帶來(lái)隱患。②為防止活塞在碰撞過(guò)程中損壞，通常加大碰撞面厚度，這樣造成活塞質(zhì)量較大， 活塞的運(yùn)動(dòng)速度難以上去，活塞前方形成不了穩(wěn)定段的正激波；③大型高超聲速炮風(fēng)洞中，大尺寸活塞不是旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，運(yùn)行很難穩(wěn)定；④如果采用高強(qiáng)度輕質(zhì)量材料如鈦合金制造，造價(jià)昂貴，加工難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種既有較輕的質(zhì)量，在高速撞擊下不易破壞， 以及在高速直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，能高速穩(wěn)定運(yùn)行的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活
O為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，包括圓筒狀的安裝部，還包括由安裝部一端徑向延伸的碰撞面及由碰撞面向安裝部?jī)?nèi)并向安裝部的另一端傾斜延伸的一壓力承受部。進(jìn)一步地，安裝部的周緣同方向設(shè)有螺旋槽。進(jìn)一步地，螺旋槽至少開(kāi)設(shè)有四個(gè)。進(jìn)一步地，螺旋槽的斷面形狀是圓弧形。
進(jìn)一步地，螺旋槽為多個(gè)，沿所述安裝部面周向等間隔分布。進(jìn)一步地，螺旋槽深度為l_3mm。進(jìn)一步地，壓力承受部的截面呈錐形或凹球形。進(jìn)一步地，壓力承受部的在安裝部?jī)?nèi)的延伸不超出安裝部的另一端的范圍。進(jìn)一步地，壓力承受部的錐形的錐頂夾角α的范圍為80° -100°。本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞上述技術(shù)方案，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可以帶來(lái)如下有益效果；1、由于活塞包括圓筒狀的安裝部，還包括由安裝部一端徑向延伸的碰撞面及由碰撞面向安裝部?jī)?nèi)并向安裝部的另一端傾斜延伸的一壓力承受部，這樣加大了活塞端面受力面積，改善了活塞壓力承受面的受力狀態(tài)，活塞的壓力承受面的壁可以加工得較薄，從而可以不改變?cè)胁馁|(zhì)的情況下，減輕活塞的質(zhì)量，提高活塞的運(yùn)行速度，獲得穩(wěn)定的正激波。2、由于其活塞安裝部周向設(shè)有同方向的螺旋槽，氣缸中高壓腔的高壓氣體推動(dòng)活塞直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)一部分高壓氣體沿安裝部周向設(shè)置的螺旋槽運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生切向分力，這些切向分力使活塞10旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；螺旋槽沿所述安裝部周向設(shè)置四條以上，等距分布的結(jié)構(gòu)可以使活塞更均勻、穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。3、由于活塞減少了質(zhì)量，相對(duì)減少了碰撞動(dòng)能，而且活塞還有一個(gè)由安裝部一端徑向延伸的碰撞面，這樣活塞不易破碎，耐沖擊性能更好。4、上述技術(shù)方案，保證了高超聲速風(fēng)洞活塞運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，避免了活塞損壞帶來(lái)的危險(xiǎn)，確保了高超聲速模型的安全及高超聲速試驗(yàn)的正常進(jìn)行。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1應(yīng)用于高超聲速炮風(fēng)洞的現(xiàn)有活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞實(shí)施例的活塞三維外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞實(shí)施例的活塞剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞實(shí)施例的活塞柱面表面受力圖示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞實(shí)施例的使用示意圖。
具體實(shí)施例方式需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。如圖2、圖3所示，本發(fā)明的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞實(shí)施例，該活塞10包括圓筒狀的安裝部11、由安裝部11的一端徑向延伸的碰撞面12及由碰撞面12向安裝部11 內(nèi)并向安裝部11另一端傾斜延伸的壓力承受部15。安裝部11滑動(dòng)安裝于低壓段管道14。 安裝部11的周緣按照同方向設(shè)有若干螺旋槽16，以使活塞在低壓段管道14中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋槽16的斷面形狀優(yōu)選是圓弧形，當(dāng)然也可以是矩形、三角形或其它形狀。螺旋槽 16沿安裝部11的周緣均勻分布，且螺旋槽16的個(gè)數(shù)為四個(gè)以上，以保證活塞旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。一般來(lái)講，螺旋槽16分布愈多，活塞旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性就愈好。螺旋槽16的深度在l-3mm 之間。在不同的實(shí)施方式中，上述螺旋槽16的個(gè)數(shù)和螺旋槽16的深度參數(shù)的與高壓段氣體壓力值、低壓段的氣體壓力值、低壓段內(nèi)徑尺寸、活塞重量、活塞的運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)，具體的優(yōu)選參數(shù)要結(jié)合高超聲速氣動(dòng)力試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)綜合決定。在本實(shí)施方式中，壓力承受部15為錐形，以此來(lái)增加活塞端面的受力面積，改善受力狀況，使得活塞10在不改變?cè)胁牧系那闆r下，壁厚比較薄，質(zhì)量輕，耐沖擊性能更好。該壓力承受部15的錐角α優(yōu)選為85° -95°，錐高小于或等于安裝部11的高度。顯然，在其他實(shí)施方式中，該壓力承受部15也可以采用其它公知形狀，例如凹球面。請(qǐng)結(jié)合參照?qǐng)D4和圖5，進(jìn)行高超聲速氣動(dòng)試驗(yàn)前，高壓段20、低壓段管道14、第一夾膜機(jī)21及膜片23、第二夾膜機(jī)沈及膜片23'、噴管27依次連接好。低壓段管道14內(nèi)滑動(dòng)安裝有活塞10，且活塞10的碰撞面12朝向噴管27。試驗(yàn)時(shí)，高壓段20和低壓段管道 14內(nèi)的氣體充至試驗(yàn)所需的壓力，通過(guò)第一夾膜機(jī)21的膜腔內(nèi)的膜片23平衡高低壓氣體壓力差。然后快速釋放膜腔氣體，第一夾膜機(jī)21的膜腔與高壓段20之間的壓力差迅速增大，使膜腔內(nèi)的膜片23瞬時(shí)破裂。此時(shí)，高壓段20內(nèi)的高壓氣體迅速進(jìn)入低壓段管道14， 高壓氣體推動(dòng)活塞10在低壓段管道14內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并在活塞10前形成正激波。正激波到達(dá)膜片23'時(shí)發(fā)生發(fā)射，再遇到前進(jìn)的活塞10。正激波反射反復(fù)進(jìn)行，對(duì)低壓段管道14內(nèi)的氣體不斷壓縮，使其壓力、溫度提高，最后膜片23 ‘破裂，高溫高壓氣體進(jìn)入噴管27膨脹，達(dá)到所需的高超聲速氣流進(jìn)入試驗(yàn)艙四，模型28在試驗(yàn)艙四即進(jìn)行高超聲速氣動(dòng)試驗(yàn)。在此過(guò)程中，一部分高壓氣體沿安裝部11周向設(shè)置的螺旋槽16運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生切向分力F，這些切向分力F使活塞10旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保證活塞穩(wěn)定運(yùn)行。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，包括圓筒狀的安裝部，其特征在于，所述高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞還包括由所述安裝部一端徑向延伸的碰撞面及由所述碰撞面向所述安裝部?jī)?nèi)并向所述安裝部的另一端傾斜延伸的一壓力承受部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述安裝部的周緣同方向設(shè)有螺旋槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述螺旋槽至少開(kāi)設(shè)有四個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述螺旋槽的斷面形狀是圓弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述螺旋槽為多個(gè)，沿所述安裝部面周向等間隔分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述螺旋槽深度為l_3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述壓力承受部的截面呈錐形或凹球形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于，所述壓力承受部的在所述安裝部?jī)?nèi)的延伸不超出所述安裝部的另一端的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于， 所述壓力承受部的錐形的錐頂夾角α的范圍為80° -100°。
全文摘要
一種高超聲速炮風(fēng)洞旋轉(zhuǎn)活塞，包括圓筒狀的安裝部，還包括由安裝部一端徑向延伸的碰撞面及由碰撞面向安裝部?jī)?nèi)并向安裝部的另一端傾斜延伸的一壓力承受部，安裝部的周緣同方向設(shè)有螺旋槽，使活塞在高速直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，具有較輕的質(zhì)量，在高速撞擊下不易破壞。
文檔編號(hào)G01M9/04GK102279088SQ20111017195
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者何霖, 周勇為, 易仕和, 田立豐 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)