[发明专利]一种水冷支杆及其加工方法

说明书

本发明公开了一种水冷支杆及其加工方法，连接后的水冷套和支杆沿着轴向分别具有设置在水冷套与支杆表面之间，且互不连通的第一水路和第六水路，设置在水冷套内相互平行的第二水路、第三水路、第四水路和第五水路，所述所有的水路为相互独立的结构，依次连接为完整的水路结构；本发明利用传统加工方法和3D打印技术组合加工方法设计加工全水冷支杆，提高水冷效率、减少支杆温度梯度，抑制支杆在风洞试验中因温度变化引起的变形，提高高超声速风洞测力试验精准度。

技术领域

本发明属于航空航天测力试验气动力测量技术领域，具体涉及到针对高超声速风洞试验过程中由于流场温度急剧升高造成的支杆变形问题，而提出的一种水冷支杆及其加工方法。

背景技术

在高超声速风洞测力试验过程中，风洞启动后几分钟内流场温度急剧升高至800K 左右（Ma=8 时），试验模型、天平、支杆、风洞支撑机构等都受到流场温度影响产生不同的温度变化，试验证明，由于支杆直接暴露在流场中，其温度变化远比在模型内部的天平剧烈，且支杆上下表面存在明显的温度梯度，直接影响到模型姿态，使得风洞试验数据可信度降低。目前对支杆进行隔热防护的方法以水冷为主，主要有两种：一种是在支杆外增加一层独立的水冷层，水冷层后端固定在支杆扩张段上，前端深入到模型内部悬空，将整个支杆覆盖住，与支杆等直段保持一定的间隙。该方法能够有效降低支杆温度，具有一定通用性，但为了保证水冷层和支杆之间间隙以及水冷层自身的结构，增加水冷层后总直径比原支杆增大至少16mm，对模型底部形面破坏更大，对气动力的干扰也更大。

另一种方法是直接在支杆表面加工水槽，通过在支杆外表面焊接环形盖板形成密封水路。该方法增加水冷结构的同时没有过多的增加支杆直径，存在一定优势，但由于支杆仍然直接暴露在流场中，支杆中没有水流覆盖的地方仍然会传递一定热量形成温度梯度，对水冷效果有一定影响。采用传统加工方法和3D 打印技术组合加工的方法可以摆脱传统加工方法对支杆水冷结构设计的制约，能够实现一些结构更为复杂但效果更好的水冷结构，可在支杆外表面直接加工不同种材料的水冷结构，使得设计人员拥有更多的设计自由。

发明内容

本发明的目的是针对目前的支杆结构，提出一种结合传统加工工艺和3D打印工艺的制造工艺，设计一种全新的具有独特的水路结构的水冷支杆，解决目前支杆存在的因受热不均匀引起的模型姿态变化的缺陷。

为了满足上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水冷支杆，该支杆用于风洞试验中支撑天平，包括支杆和覆盖设置在支杆表面的水冷套，其特征在于：

所述支杆轴向为中空结构，支杆外壳体沿着轴向设置有凸出部，所述凸出部沿着支杆圆周直径外凸，所述水冷套的内壳体沿着轴向设置有内凹的凹槽，所述凹槽与支杆的凸出部相互契合；

连接后的水冷套和支杆沿着轴向分别具有：

设置在水冷套与支杆表面之间，且互不连通的第一水路和第六水路，

设置在水冷套内相互平行的第二水路、第三水路、第四水路和第五水路，所述所有的水路为相互独立的结构，水路之间的连通顺序为：

第一水路的一端为进水口、第一水路的另一端分别与相邻的第二水路与第三水路连通，第二水路的另一端与第四水路的一端连通、第三水路的另一端与第五水路的一端连通，第四水路与第五水路的另一端与相邻的第六水路的一端连通，第六水路的另一端为出水口。

在上述技术方案中，所述支杆表面设置有两个凸出部，两个凸出部沿着支杆中心对称分布在支杆表面两侧，水冷套内与凸出部相对应位置设置有凹槽。

在上述技术方案中，第一水路与第六水路各自分布在两个凸出部的两侧，第二水路、第三水路与第四水路、第五水路各自分布在两个凸出部的两侧。

在上述技术方案中，所述第一水路与第六水路在支杆的圆周方向上呈中心对称分布，第二水路、第三水路、第四水路和第五水路在支杆的圆周方向上呈轴对称分布。