[发明专利]一种可更换喉道的水冷喷管结构

说明书

本发明涉及空气动力学模型技术领域，提供一种可更换喉道的水冷喷管结构，包括外壳，外壳内沿气流方向依次设有前收缩段、喉道和后收缩段；喉道外侧设有夹水套，夹水套的前端、喉道的前端以及前收缩段的后端之间通过若干第一紧固件连接，夹水套的内壁与喉道的外壁之间形成有第一水道，外壳上设有连通第一水道的第一进水口和第一出水口；后收缩段的后端与外壳的后端连接，喉道的后端与后收缩段的前端通过孔轴配合定位，前收缩段的前端与外壳的前端通过若干第二紧固件连接。本发明无需拆装外壳即可完成喉道的更换，也保证了每次装配的一致性，而且无需在喉道外壁加工水槽结构，避免了增加加工难度以及因加工水槽而可能导致喉道报废的风险。

技术领域

本发明涉及空气动力学模型技术领域，具体而言，涉及一种可更换喉道的水冷喷管结构。

背景技术

喷管是高超音速风洞试验的核心部件，试验过程中，亚音速气体在稳定段整流后进入收缩段，之后被加速到音速，再进入到喷管的喉道，气体会被再次膨胀加速，最终在喷管的出口位置得到均匀且马赫数恒定的气流，用以满足飞行器超音速试验的需求。

喉道是喷管中最重要的组成部分，它的好坏直接关系到整个喷管的好坏。喉道的形态为两端大，中间小，喉道的截面面积与喷管出口的截面面积之比是保证高马赫数喷管的关键因素。通常，在同一个风洞试验段，喷管出口的尺寸都是固定的，要想获得高马赫数，就必须缩小喉道的面积，这给加工带来了极大的困难。同时，高马赫数的喷管在试验过程中喉道的温度可达到800℃，承受的压力可达12Mpa,因此喷管的设计和加工在考虑强度和刚度的情况下，还得考虑喉道部分的冷却问题。

传统的喷管冷却大致有两种，一种是在喷管外部进行冷却，这种方式会对给试验环境带来较大的麻烦，另一种是在喷管外部焊接一层壳，再在喷管的外壁面与壳之间形成的空腔内通高压冷却水，从而达到冷却喷管的目的，但这样的冷却方式需通过焊接进行，不仅会伤害喷管本体，还可能因为焊接不牢靠引发安全和漏水事故。

为了解决上述问题，目前现有技术(例如公开号为“CN112727860B”、公开号为“CN104406763B”等专利文献)中多通过在将喉道装配在外壳内部，喉道上加工冷却水槽，并在喉道与外壳之间装配衬块形成无焊接的装配式的水冷喷管结构，然而现有技术仍然需要对喉道加工形成冷却水槽，前面提到喉道由于自身结构特点，加工本就困难，再对喉道加工难度更大，加工过程稍有不慎就容易导致喉道报废，此外，现有技术更换喉道时需要将外壳拆卸，每次拆装外壳都会涉及到喉道定位的问题，难以保持每次装配的一致性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可更换喉道的水冷喷管结构，以解决现有技术加工难度大，而且更换喉道需要拆卸外壳导致难以保持每次装配一致性的技术问题。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种可更换喉道的水冷喷管结构，包括外壳，外壳内沿气流方向依次设有前收缩段、喉道和后收缩段；

喉道的外侧设有夹水套，夹水套的前端、喉道的前端以及前收缩段的后端之间通过若干第一紧固件连接，夹水套的内壁与喉道的外壁之间形成有第一水道，外壳上设有连通第一水道的第一进水口和第一出水口；

后收缩段的后端与外壳的后端连接，喉道的后端与后收缩段的前端通过孔轴配合定位，前收缩段的前端与外壳的前端通过若干第二紧固件连接，且拆卸第二紧固件后，前收缩段、喉道和夹水套三者能够从外壳的前端取出。

可选地，所述喉道的后端设有锥面，所述后收缩段的前端设有与锥面配合的锥孔。

可选地，所述夹水套的外侧沿轴向间隔设有若干与外壳内壁配合的支撑环。

可选地，所述第一水道的截面跟随所述喉道的外壁截面变化，所述夹水套包括第一半套和第二半套，第一半套和第二半套的两侧均通过若干第三紧固件连接。