[发明专利]一种一维扩张高马赫数喷管叶片及其加工和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构紧凑的引射式叶片结构设计和加工方法，具体地说是一种无焊接点机械冷加工方法，实现具有侧向进气、横流流出高马赫数气体的高压叶片加工方法。

背景技术

一般引射器的高马赫喷嘴采用轴对称结构旋转体，这样在引射器流出高压气体在各个方向所具有压力均衡，保持喷管形状不变，而对镜像对称的一维喷管叶片而言，其叶片壁受气体压力，叶片壁需要力的支撑，否则就会使其形面发生变化，改变流出气体马赫数。所以需要设计叶片两壁面加固结构，而采用内拉筋设计是很好结构设计。而引射式叶片结构越紧凑其混合效率就越高，混合区长度越短。而采用一维阵列式引射叶片具有较好的体积效率，叶片体积小，形成高马赫数气流距离短，具有适用性广的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种一维扩张高马赫数喷管叶片结构及其加工方法，减小引射器的尺寸，提高引射器的结构紧凑性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一维扩张高马赫数喷管叶片：

其为条状体结构，以条状体的长度方向为纵向方向，条状体结构的横截面为半椭圆形，半椭圆形的外表面构成横向方向的亚音速收缩面形；

于长条体内部，从横截面的长轴端点到椭圆圆心依次纵向设置有的侧向进气腔、缓冲腔、扩张面形腔；

侧向进气腔和缓冲腔间纵向设有隔板，隔板上设有通孔，侧向进气腔和缓冲腔通过隔板上的通孔相连通，通孔作为进气孔；缓冲腔远离侧向进气腔一侧纵向设置有缝隙，形成喉道，缝隙向远离缓冲腔一侧逐渐平滑扩张，形面扩张面形腔；

在扩张面形腔远离缓冲腔侧的的上、下两个侧壁面上均延纵向方向设有相互间隔平行的扰齿，上、下两个侧壁面上的扰齿依次相对交错设置，形成不对称扰齿；

侧向进气腔的纵向方向的一端或两端为进气端。

侧向进气腔的横截面为半椭圆形，隔板侧为其短轴；一维扩张高马赫数喷管叶片的宽度为椭圆短轴。

扰齿为一端弯折的长条形，扩张面形腔上、下两个侧壁面上的扰齿弯折端相对交错设置。

不对称扰齿位于扩张面形的末端，起着增强混合效率作用，扩张面形腔上、下两个侧壁面上的扰齿间的夹角15-25度，上、下两个侧壁面上的对应扰齿末端间距离在1.5～2.5mm；

扰齿宽度在2.3～2.7mm之间，每个侧壁面上的相邻扰齿中心距为扰齿宽度的2倍。

扩张面形其线形为多义线；

如果采用氮气做工作气体，多义线各坐标点为喉道尺寸乘以表一的对照点。

所述叶片的加工方法：

1)先采用线切割方法，于条状体结构的一侧加工出横截面为半椭圆形侧向进气腔的形腔；

2)采用直接放电电极，从侧向进气腔伸入，在椭圆短轴侧的位置进行放电电火花打孔，加工出进气孔；

3)再进行线切割加工，对待加工器件精确定位，以确定侧向进气腔和进气孔位置尺寸，采用慢走丝3遍，加工气动形面，其中包括：亚音速收缩面形，缓冲腔，喉道，扩张面形腔，不对称扰齿轮廓；

4)最后采用电火花切割技术，在不对扰齿轮廓形上切除多余部分，于扩张面形腔上、下两个侧壁面上形成一个个单独扰齿，使两侧的扰齿具有平移对称性。

采用慢走丝3遍是采用丝直径0.05-0.1mm钼丝，三遍慢走丝切割方法，第一遍慢走丝要切割待加工气动面形；切割速度0.1mm/min，电流0.5-1A，电压大于55V，线速度8m/min，这样保证第一遍均匀切下，去削量单边小于0.015mm；

第二遍慢走丝修正加工气动面形：切割速度0.2mm/min，电流0.5-0.8A，电压大于55V，线速度8m/min，这样保证去削量单边在0.01mm左右；

第三遍慢走丝修正气动面形，提高精度和光洁度。切割速度0.2mm/min，电流0.5-1A(根据去前两次削量情况适当调整，以保障整体的精度)，电压大于55V，线速度8m/min，这样保证去削量单边在0.01mm左右。

为保证喉道0.15±0.01mm尺寸加工，将加工分为两个区域，一是较高光洁度的扩张面形采用三遍慢走丝，而对于光洁度要求不高的亚音速收缩面形、缓冲腔、喉道，采用第一遍慢走丝、或第一和第三遍进行加工，如果第一遍慢走丝加工满足喉道的0.15±0.01mm尺寸，就不需要第三遍的慢走丝加工，否则采用第三遍慢走丝进行修整。

所述叶片应用于引射器中，从条状体横截面的长轴端点到椭圆圆心的方向与引射器气流方向相同；沿条状体横截面的椭圆短轴方向，叶片采用阵列方式间隔排布。