[发明专利]高超声速炮风洞旋转活塞

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞，具体涉及一种高超声速炮风洞旋转活塞。

背景技术

高超声速炮风洞广泛应用于飞行器、人造卫星、航天飞机、空天飞机的模型试验中，是航空航天领域内非常重要的空气动力地面试验设备。为了在试验舱产生高超声速气流，试验舱上游的高压管道内充满了高压气体。根据不同试验要求，高压管道内承受的气体压力各不相同，目前最大要承受数千个大气压的压力。

进行高超声速气动力试验前，高超声速炮风洞的高压管道、高压夹膜机、膜腔、低压管道、低压夹膜机及喷管等依次部件连接好，高压夹膜机夹紧位于膜腔内的两个膜片。低压夹膜机夹紧位于喷管进口处的膜片。试验时，高压管道内充有试验所需的高压气体，低压管道内充有少量低压气体。膜腔内也充气到一定压力，确保膜腔内的膜片不破裂。之后，快速释放膜腔内的气体，高压管道和膜腔的压力差迅速增大，膜腔内的膜片就会先后破裂。高压气体迅速进入低压管道，并推动低压管道内的轻质量活塞。此时，低压管道内的气体不断压缩，气体的压力、温度也不断提高。当低压管道内的压力提高到一定程度后，喷管进口处的膜片破裂，高温高压气体进入喷管膨胀，达到所需的高超声速气流进入试验舱。试验模型在试验舱内即可以进行高超声速气动试验。

现有的高超声速炮风洞尤其是大型高超声速炮风洞活塞，通常采用如图1所示的一端开口一端封闭的圆柱体，这种结构存在以下缺陷。

①由于活塞端面为垂直的平面，当活塞在高压气体的冲击下或与喷管前端发生碰撞时，断面承受剪力和相对应力集中，活塞端部容易破碎，给空气动力试验带来隐患。

②为防止活塞在碰撞过程中损坏，通常加大碰撞面厚度，这样造成活塞质量较大，活塞的运动速度难以上去，活塞前方形成不了稳定段的正激波；

③大型高超声速炮风洞中，大尺寸活塞不是旋转运行，运行很难稳定；

④如果采用高强度轻质量材料如钛合金制造，造价昂贵，加工难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既有较轻的质量，在高速撞击下不易破坏，以及在高速直线运动同时产生旋转运动，能高速稳定运行的一种高超声速炮风洞旋转活塞。

为解决上述技术问题，本发明的一种高超声速炮风洞旋转活塞，包括圆筒状的安装部，还包括由安装部一端径向延伸的碰撞面及由碰撞面向安装部内并向安装部的另一端倾斜延伸的一压力承受部。

进一步地，安装部的周缘同方向设有螺旋槽。

进一步地，螺旋槽至少开设有四个。

进一步地，螺旋槽的断面形状是圆弧形。

进一步地，螺旋槽为多个，沿所述安装部面周向等间隔分布。

进一步地，螺旋槽深度为1-3mm。

进一步地，压力承受部的截面呈锥形或凹球形。

进一步地，压力承受部的在安装部内的延伸不超出安装部的另一端的范围。

进一步地，压力承受部的锥形的锥顶夹角α的范围为80°-100°。

本发明的一种高超声速炮风洞旋转活塞上述技术方案，相对于现有技术可以带来如下有益效果；

1、由于活塞包括圆筒状的安装部，还包括由安装部一端径向延伸的碰撞面及由碰撞面向安装部内并向安装部的另一端倾斜延伸的一压力承受部，这样加大了活塞端面受力面积，改善了活塞压力承受面的受力状态，活塞的压力承受面的壁可以加工得较薄，从而可以不改变原有材质的情况下，减轻活塞的质量，提高活塞的运行速度，获得稳定的正激波。

2、由于其活塞安装部周向设有同方向的螺旋槽，气缸中高压腔的高压气体推动活塞直线运动的同时一部分高压气体沿安装部周向设置的螺旋槽运动并产生切向分力，这些切向分力使活塞10旋转运动；螺旋槽沿所述安装部周向设置四条以上，等距分布的结构可以使活塞更均匀、稳定的旋转。

3、由于活塞减少了质量，相对减少了碰撞动能，而且活塞还有一个由安装部一端径向延伸的碰撞面，这样活塞不易破碎，耐冲击性能更好。

4、上述技术方案，保证了高超声速风洞活塞运行的安全性和稳定性，避免了活塞损坏带来的危险，确保了高超声速模型的安全及高超声速试验的正常进行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1应用于高超声速炮风洞的现有活塞的结构示意图；

图2是根据本发明的一种高超声速炮风洞旋转活塞实施例的活塞三维外形结构示意图；