[发明专利]一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺

说明书

本发明公开了一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺。该制造工艺贯穿喷管毛胚件制作、部段加工、检测、喷管装配过程，通过控制喷管产品制造残余应力消除、内型面加工精度、内型面粗糙度、喷管同轴度、喷管装配间隙与接差处理等重要环节，使喷管制造后的内型面与理论型面的偏差满足精度要求，确保喷管获得符合国军标要求的速度场品质，减少加工过程中的制造风险与加工过程的反复。该制造工艺已经在Ф0.5m量级、Ф1m量级和Ф2m量级的轴对称型面喷管制造中得到应用，喷管速度场均匀区内的最大马赫数偏差均小于1％的国军标要求。

技术领域

本发明涉及常规高超声速风洞设备制造领域，具体来说，涉及一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺。

背景技术

常规高超声速风洞是高超声速飞行器研制和空气动力学研究的地面模拟试验设备，是满足国家国防和航空航天事业长远发展战略需求，为国家重大型号气动设计、优化、验证与考核的重要基础设施。

轴对称型面喷管是高超声速风洞的一个核心部件，其速度场品质性能直接决定了风洞的流场性能，直接关系到飞行器试验数据的精度和准度，从而关系到飞行器的飞行性能和飞行安全。

常规高超声速风洞轴对称喷管速度场品质要达到国军标GJB1179和GJB4399对喷管速度场指标要求，即在均匀区内最大马赫数偏差小于等于1％，方向场流向角小于等于±0.02°。

一套完整的喷管一般长度很长，无法进行整体加工，需要对喷管进行分段设计和加工，最后组装为一整套喷管；常规高超声速风洞喷管加工有一定的难度，并且加工周期较长，一套喷管要求具有很长的使用寿命。不同生产单位的喷管制造工艺不同，经常会出现加工后的喷管速度场指标不合格，导致喷管报废，需要重新投料加工，造成很大的经费损失，并耽误风洞试验能力的形成。

为达到喷管具有速度场和方向场好的性能指标目的，轴对称型面喷管的制造要达到如下要求：喷管内表面粗糙度达到0.8μm以上；喷管内型面坐标数据加工精度偏差控制在±0.03mm以内，在每100mm内最大波动量(即在每100mm内型面数据坐标最大最小加工偏差的绝对值之和)要小于0.06mm；喷管各个部段组装连接后对接位置处无缝隙，无逆向台阶，顺向台阶小于0.05mm；喷管同轴度精度指标满足流向角在±0.02°之内；精加工后的喷管残余应力小，满足喷管长寿命使用要求等。

常规高超声速风洞喷管制造工艺和制造水平直接影响着喷管速度场的最终性能。因此，对喷管加工来说，好的制造工艺加工出好的喷管。为确保制造完成后的喷管速度场品质达到国军标相关要求，降低喷管制造不合格风险，为此，我们探索出了一种常规高超声速风洞喷管制造工艺，在喷管产品加工中对残余应力消除、内型面曲线加工精度控制、内型面粗糙度控制、整套喷管同轴度控制、喷管装配间隙控制等重要环节中发挥指导作用，使喷管制造达到好的效果。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺，包括以下步骤：

S1、残余应力消除，残余应力消除包括焊接应力消除和加工应力消除，

其中，焊接应力消除，在扩散段卷制完成后，进行锥筒纵向焊缝焊接以及与其两端法兰、加强筋、加强环组对焊接；为尽可能减少焊接应力，焊接坡口加工成U型坡口，焊接过程中采用小焊道多层叠加方式焊接，焊接完成后通过加热和保温措施对焊道进行保温，并配合应力锤锤击，消除喉道段和扩散段各个零部件焊接组对过程中产生的材料收缩、变形和残余应力；

加工应力消除，在粗加工后进行一次低温热处理，温度在200℃～400℃之间；半精加工后采用振动台或人工应力锤锤击的方式进行一次振动时效处理；