[发明专利]一种带有滑动热补偿功能的高温真空风洞试验舱和扩压器整体结构及滑动热补偿方法

说明书

一种带有滑动热补偿功能的高温真空风洞试验舱和扩压器整体结构及滑动热补偿方法，克服现有技术的不足，提供一种高温风洞扩压器的热补偿方案，解决大型燃气流风洞试验舱在长时间、高温、大热流恶劣热环境下的热补偿难题。采用扩压器中段固定支撑、两端滑动的结构设计，合理分配热胀量。根据热环境的不同，在不同的位置采用不同的热补偿方式。上游：通过增加锥形套增加舱体和扩压器之间接触面积，采用多道密封解除被烧毁和密封失效的风险，同时扩压器上游端(即收集口)为自由端，因而实现了滑动热补偿。下游：采用喷水降温装置将燃气温度降低之后采用膨胀节热补偿方法，实现了滑动热补偿。

技术领域

本发明涉及一种带有滑动热补偿功能的高温真空风洞试验舱和扩压器整体结构及滑动热补偿方法，即带滑动热补偿的高温真空风洞用的结构及滑动热补偿方法，属于风洞技术领域。

背景技术

高温燃气流风洞是模拟材料和飞行器在高温气流中热性能的重要地面试验设备，其中试验舱和扩压器是风洞主要组件，试验舱主要用于安装试验模型及其测试测量装置，扩压器主要用于抬高气流的静压利于排出气流。相比与其他风洞，高温风洞具有热流大及试验时间长的特点。在燃气流风洞中，试验舱和扩压器内热环境非常恶劣，长时间处于大热流低压环境。舱内温度最高可达2000K左右，内表面热流密度最高可达900kW/m²，试验时间最长可达到1000s。扩压器的热环境更为恶劣，最高热流密度达到2000kW/m²。扩压器受热膨胀，通常在试验舱和扩压器之间用波纹管实现热补偿。在如此恶劣的热环境下，已有的波纹管热补偿措施将面临几方面的挑战：一是扩压器热胀伸长量较大，需要使用较长的波纹管才能满足要求，结构复杂；二是气流静温高，在波纹管端部气流滞止后温度更是超过了波纹管所能承受的极限；三是高温环境下在波纹管外径处易形成热应力集中导致密封失效。因此必须寻求新的高效、可靠的热补偿方法，解决上述难题。

发明内容

本发明解决的技术问题为：本发明克服现有技术不足，在国内首次将滑动热补偿方法应用于风洞试验舱和扩压器，实现了在长时间(1000s)、高温(约2000K)、大热流(最大约2000kW/m²)的恶劣热环境下的稳定工作，保证了高温燃气流超声速风洞试验的顺利进行。解决了高温真空环境下扩压器的热补偿的问题，结构更简单，对恶劣高温热环境适应性强，不存在热应力集中的问题。

本发明解决的技术方案为：一种带有滑动热补偿功能的高温真空风洞试验舱和扩压器整体结构，包括：试验舱(1)、扩压器(2)、固定支撑(8)、滑动支撑(9)和收集口滑动支撑(11)；

扩压器(2)的一端位于试验舱(1)舱体内，固定支撑(8)支撑在扩压器(2)的中部偏向试验舱(1)的一端；滑动支撑(9)分别支撑扩压器(2)的另一端与固定支撑(8)之间，滑动支撑(9)能够沿扩压器(2)的轴向滑动，收集口滑动支撑(11)上端连接扩压器(2)的一端，下端连接固定在试验舱(1)的底板上的滑动轨道(11-2)，收集口滑动支撑(11)上带有能够移动的水冷结构给扩压器(2)的一端冷却。

扩压器(2)，包括：收集口(3)、直筒段(4)、收缩段(5)、二喉道(6)、扩张段(7)；试验舱(1)，包括：舱体及锥形套(10)；

扩压器(2)的收集口(3)位于试验舱(1)舱体内，收集口(3)包括变径段(3-1)和等值段(3-2)；收集口滑动支撑(11)的支撑柱(11-1)上端连收集口，下端连滑动轨道(11-2)，滑动轨道(11-2)固定连接在试验舱(1)的底板上；变径段(3-1)的后端连接等值段(3-2)的前端，等值段(3-2)后端伸入到直筒段(4)的前端内，直筒段(4)的前端能够支撑等值段(3-2)的后端，收集口滑动支撑(11)上带有可移动的水冷结构，通过金属软管(11-3)实现给水冷结构动态供水；