[发明专利]一种面向风洞应用的快速开关阀门装置及其开启方法

说明书

本发明公开了一种面向风洞应用的快速开关阀门装置及其开启方法，属于风洞实验技术领域。本发明即在超声速静风洞储气段和喷管入口处同轴安装一气动控制锥阀，使可动锥心在阀心底座和喷管入口渐缩段之间，并在超声速静风洞外部设置一个气动执行器，气动执行器与气动控制锥阀通过静止空心阀杆连接，静止空心阀杆内设置有链条传动结构，将气动执行器中执行元件的快速平移运动转换为气动控制锥阀中可动锥心的往复运动，实现超声速静风洞的快速开停车操作。本发明装置保证了阀门开启关闭的速度，且结构简单，造价低，对不同口径风洞具有很好的适应性。

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，更具体地，涉及一种面向风洞应用的快速开关阀门装置及其开启方法。

背景技术

边界层转捩是一个十分复杂的动力学过程，虽然长时间来这方面研究受到广泛关注，但深入的理解还很不够，其初步成果线性稳定性理论只能局限于小扰动环境，离自主控制和有效利用的目标还有很大的距离。当前，对于型号研制，我们能做的是利用飞行试验、数值计算和风洞试验相结合的方法提出一些数据作为飞行器设计的初步依据。而其中最重要的一环风洞实验所面临的最大困难是来流不可避免存在噪声辐射干扰，使普通风洞的转捩点总是比理论值靠前。因此，针对超声速流动特点发展静风洞是十分必要的。

静风洞试验过程中的一个重要的环节是风洞的启动过程，目前主要的启动方式有破膜式启动和阀门开启启动。前者启动方式是在风洞喷管进口或出口处布置一张塑料薄膜，当风洞充气压力大于薄膜破裂压力值时，薄膜突然破裂而启动静风洞，后者启动方式是在喷管进口或出口处布置一阀门，通过阀芯的快速开闭来开停静风洞。显然，破膜启动方式启动静风洞后储气罐内高压气体全部排空前无法终止，使得试验能量耗损大，试验效率底，不适用于大量型号试验要求。阀门开启方式虽可随时关闭阀门而终止试验，但其启动方式严重依赖机械传动装置引导阀芯的运动，相对静风洞总的实验时间(一般为几十毫秒量级)而言，这种开启方式开启过程缓慢，使储气段内波系传播结构过于偏离激波管理论解，造成试验流场品质下降。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向风洞应用的快速开关阀门装置及其开启方法，其目的在于采用气动驱动形式，采用电磁开关阀驱动阀门开关操作，由此解决高超声速静风洞试验启动过程中相对总体实验时间而言阀门开启响应速度慢、风洞不能重复开闭等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种面向风洞应用的快速开关阀门装置，所述装置包括气动控制锥阀、气动执行器和驱动管路装置，其中：

所述气动控制锥阀同轴安装在静风洞的入口处，通过静止空心阀杆和所述气动执行器连接固定，所述气动控制锥阀包括阀心底座、可动阀心和喷管渐缩段；所述阀心底座固定在气动控制锥阀内并与喷管渐缩段(21)同轴安装，所述可动阀心位于阀心底座和喷管渐缩段之间，所述可动阀心曲率凸面和喷管渐缩段曲率凹面相对布置，所述可动阀心通过静止空心阀杆内的齿轮链条传动结构和所述气动执行器内执行元件连接；

所述气动执行器设置有进气孔和排气孔，内部装有执行元件，所述执行元件将气动执行器内腔体分为气动执行器左侧腔体和气动执行器右侧腔体，所述执行元件通过齿轮链条传动结构和所述可动阀心连接；所述进气孔用于气动执行器腔体内引入高压气；所述排气孔用于气动执行器腔体排放高压气；

所述驱动管路装置包括气体管路和储气瓶，所述储气瓶存储高压气并通过气体管路与所述气动执行器的进气孔连接；所述执行器的排气孔通过气体管路连接大气。

进一步地，所述链条传动结构上端通过执行元件齿轮与所述气动执行器内的执行元件齿槽连接，在执行元件齿轮的左右驱动下将所述执行元件的平移运动传递给所述可动阀心；

所述的链条传动结构下端通过可动阀心齿轮与气动控制锥阀内的可动阀心齿槽连接，通过链条传动结构的顺时针或逆时针运动反馈作用于可动阀心，保证气动控制锥阀开启关闭的速度。

进一步地，所述气体管路具体包括：