[发明专利]一种变结构高度补偿喷管实验装置

说明书

本发明公开的一种变结构高度补偿喷管实验装置，属于发动机喷管实验领域。主要由稳压仓、底板、盖板、变结构扩张段、转轴、密封条、推杆、滑块轨道、滑块、测压金属管、测压软管、驱动机构、压力传感器、位移传感器、驱动力传感器组成。稳压仓用于使来流气体降速稳压，以测量来流气体的总压。通过多段扩张段绕转轴转动调控喷管出口面积，根据扩张段与底板、盖板、转轴之间的结构特点布置密封条，保证变结构高度补偿喷管实验装置气密性，进而保障实现变结构高度补偿喷管实验实时测试，所述实时测试参数包括扩张段角度、壁面压力分布、执行机构负载。本发明只需要通过驱动机构移动推杆横向位置，便可将每个变结构扩张段角度调节到位，提高实验效率。

技术领域

本发明涉及一种可变结构喷管实验装置，属于发动机喷管实验领域。

背景技术

拉瓦尔喷管是火箭发动机的重要组成部件之一，它的作用是将燃烧室内的亚声速燃气转化为超声速射流，从而提供推力。对于常规的火箭发动机喷管，其扩张比，也就是出口面积是固定的，因此火箭在上升过程中，喷管通常经历三种工作状态——过膨胀、完全膨胀和欠膨胀，当喷管处于过膨胀或欠膨胀状态时，会出现性能损失，这种性能损失被称为非适应性损失。

为了降低喷管的非适应性损失，科研人员提出了多种形式的高度补偿喷管。变结构高度补偿喷管是其中一种，其特点是喷管出口面积可随火箭工作高度变化主动调节。本领域的技术人员致力于设计一种变结构高度补偿喷管实验装置，主要用于变结构高度补偿喷管的相关研究。实验装置的需求是可实现喷管出口面积的连续变化，并进行多种参数的实时监测，包括扩张段角度、壁面压力分布、执行机构负载。

发明内容

本发明的目的是提供一种变结构高度补偿喷管实验装置，通过多段扩张段绕转轴转动调控喷管出口面积，根据扩张段与底板、盖板、转轴之间的结构特点布置密封条，保证变结构高度补偿喷管实验装置气密性，进而保障实现变结构高度补偿喷管实验实时测试，所述实时测试参数包括扩张段角度、壁面压力分布、执行机构负载。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

本发明公开的一种变结构高度补偿喷管实验装置，主要由稳压仓、底板、盖板、变结构扩张段、转轴、密封条、推杆、滑块轨道、滑块、测压金属管、测压软管、驱动机构、压力传感器、位移传感器、驱动力传感器组成。稳压仓用于使来流气体降速稳压，稳压仓外表面开有用于安装压力传感器的孔，以测量来流气体的总压。底板上加工有用于形成喷管收敛段、喉部、固定扩张段的凹槽，底板上还加工有固定转轴的盲孔，以及用于限定推杆运动轨迹的弧形槽，根据实验需求更改弧形槽的尺寸、位置和数量。盖板上加工有用于引出测压软管的镂空结构，盖板上还加工有固定转轴的盲孔。盖板扣在底板上，盖板和底板之间为气流通道，通道入口处与稳压仓连接。变结构扩张段、固定扩张段统称扩张段，扩张段与扩张段之间通过转轴转动连接。驱动机构用于驱动滑轨横向移动，带动滑块纵向移动，滑块纵向移动带动推杆移动，推杆移动带动变结构扩张段绕转轴转动，根据实验需求更改变结构扩张段的数量和长度，通过变结构扩张段绕转轴转动调控喷管出口面积，通过调控增大喷管出口面积实现喷管性能高度补偿。位移传感器与滑轨连接，通过位移传感器实时监测滑轨的横向位移，从而得到滑块的横向位移，并能够根据滑块的横向位移量，推导出变结构扩张段的旋转角度，实现喷管出口面积高效率精准调控。滑块与驱动力传感器连接，在滑块位移的同时能够实时监测滑块受到的驱动力。固定扩张段与变结构扩张段之间、变结构扩张段与变结构扩张段之间、变结构扩张段与底板和盖板之间布置密封条，以保证喷管整体的气密性。变结构扩张段上开有测压孔，根据测压需求更改测压孔的数量和位置。测压金属管焊接在扩张段外壁面上，与测压孔对应，测压金属管另一端与测压软管连接，以用于将变结构扩张段内壁面压力引出测量。