风洞闭口实验段观测窗口盖板的制作方法

1.本实用新型涉及风洞实验领域，具体涉及一种风洞闭口实验段观测窗口盖板。


背景技术：

2.风洞是用于空气动力学研究的三大工具手段之一，通过设计能够人工产生和控制气体的流动，用以模拟飞行器或建筑物等周围的气流流场，并利用各种传感器测量气流对飞行器或建筑物等的作用，以及各种光学仪器观测这些气流绕流过程中产生的各种物理现象的一种管状实验设备。风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
3.风洞观察窗设置在实验段洞体上，光学仪器通过观察窗上的光学玻璃记录实验流场数据。基于对观察效果的要求，光学玻璃常采用平板式设计，但对于圆筒状的洞体结构，平板式光学玻璃内侧与洞体内侧形成了非圆滑过渡结构，破坏了设计流道的完整性，对实验气流产生了影响，而风洞实验对气流的均匀性要求苛刻，要求实验段内各截面气流的速度大小一致、方向平行，且湍流度也要控制在一定范围内。如何使观察窗的设置对气流均匀性和湍流度的影响控制在要求范围内，从而避免对实验带来不利影响是必须解决的技术问题。
4.当前，亟需发展一种风洞闭口实验段观测窗口盖板。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风洞闭口实验段观测窗口盖板。
6.本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板，其特点是，所述的观测窗口盖板包括观测窗口盖板主体和光学玻璃；观测窗口盖板主体的外边框为法兰框，法兰框固定安装在风洞筒体外侧的配合面上，观测窗口盖板主体的上表面固定有把手；观测窗口盖板主体的中心开有空腔；观测窗口盖板主体的下方固定安装有光学玻璃，光学玻璃与风洞筒体的开口相匹配，光学玻璃插入风洞筒体的开口后与风洞筒体内的限位端面密封定位，光学玻璃与风洞筒体之间的缝隙宽度小于0.05mm；
7.光学玻璃的下表面与风洞中心轴线之间的距离为h，风洞筒体的内径为r，h:r＝1.03～1.15。
8.进一步地，所述的法兰框的固定方式为螺栓连接。
9.进一步地，所述的风洞筒体的限位端面上开有密封槽，密封槽内安装有密封圈。
10.进一步地，所述的把手的固定方式为焊接。
11.进一步地，所述的光学玻璃通过无影胶加紫外线照射的方式粘合在观测窗口盖板主体上。
12.将本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板进行改造，移除光学玻璃，固定安装一块下表面与风洞筒体内壁面形状相同且光滑过渡的金属块，就改装成了非观测窗口盖板，或者直接整体加工一个非观测窗口盖板。由于非观测窗口盖板下表面的弧面与风洞筒
体内壁完全贴合，保证了内流道面顺滑过渡，不会对内部气流产生影响。
13.本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板，由于光学玻璃的存在，使得观测窗口盖板与风筒筒体内壁接触面为平面，不能进行圆滑过渡，从而会对内部气流产生一定影响，所以尽量减少观测窗口盖板的使用，如果整个风洞实验过程需要进行光学测试，则必须安装观测窗口盖板，但需要采用数值模拟的方式，尽量搞清楚观测窗口盖板对流场的影响，选择无影响或影响较小的安装方案。
14.具有观测窗口盖板和非观测窗口盖板，就能够面向风洞来流，以上方为0
°
，在沿风洞筒体周向顺时针的0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四个位置，根据实验需求分别安装非观测窗口盖板或观测窗口盖板，以适应不同工况跟位置区域的观测要求。
15.非观测窗口盖板和本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板能够分工况替换使用，既可以通过观测窗口盖板进行光学观测记录，也可以通过非观测窗口盖板在不对内部气流产生影响的前提下进行其余工况的测试，保证测试数据的权威性。非观测窗口盖板和本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板与风洞筒体连接方式均为螺栓连接，且同一开口的非观测窗口盖板和本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的尺寸完全相同，通过顶部把手可以很方便地在不同工况下对两种窗口盖板进行换型使用。风洞筒体的限位端面安装有密封圈，可以保证实验过程中风洞系统的密封性能。
16.本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板实现了实验观察、光学测量的需求，保证了风洞筒体整体内壁结构的完整性，减少了对气流的影响，使气流湍流度控制在要求的范围内。
附图说明
17.图1a为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的结构示意图(主视图)；
18.图1b为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的结构示意图(侧视图)；
19.图1c为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的结构示意图(俯视图)；
20.图2a为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的风洞安装示意图(立体图)；
21.图2b为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的风洞安装示意图(主视图)；
22.图2c为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的风洞安装示意图(侧视图)；
23.图3为本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的数值仿真结果。
24.图中，1.非观测窗口盖板2.观测窗口盖板主体3.风洞筒体4.把手5.光学玻璃6.密封圈7.无影胶。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。
26.如图1a～图1c所示，本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板包括观测窗口盖板主体1和光学玻璃5；观测窗口盖板主体1的外边框为法兰框，法兰框固定安装在风洞筒体3外侧的配合面上，观测窗口盖板主体1的上表面固定有把手4；观测窗口盖板主体1的中心开有空腔；观测窗口盖板主体1的下方固定安装有光学玻璃5，光学玻璃5与风洞筒体3的开口相匹配，光学玻璃5插入风洞筒体3的开口后与风洞筒体3内的限位端面密封定位，光学玻璃5与风洞筒体3之间的缝隙宽度小于0.05mm；
27.光学玻璃5的下表面与风洞中心轴线之间的距离为h，风洞筒体3的内径为r，h:r＝1.03～1.15。
28.进一步地，所述的法兰框的固定方式为螺栓连接。
29.进一步地，所述的风洞筒体3的限位端面上开有密封槽，密封槽内安装有密封圈6。
30.进一步地，所述的把手4的固定方式为焊接。
31.进一步地，所述的光学玻璃5通过无影胶7加紫外线照射的方式粘合在观测窗口盖板主体1上。为了减小光学玻璃5受到的应力影响，无影胶7的厚度应较厚。
32.实施例1
33.本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的应用方法如下：
34.a.在风洞筒体3的实验段上，面向风洞来流，以上方为0
°
，在沿风洞筒体3周向顺时针的0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四个位置，分别开口，每个开口配套加工一组非观测窗口盖板1和本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板；
35.b.90
°
和270
°
的位置用于人员和模型进出，日常安装非观测窗口盖板1，根据风洞实验要求，需要观察风洞实验模型动态时，将非观测窗口盖板1替换成本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板；
36.c.0
°
和180
°
的位置用于光学设备安装，日常安装非观测窗口盖板1，根据风洞实验要求，需要进行光学测量，安装光源、光学相机时，将非观测窗口盖板1替换成本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板；
37.d.风洞实验前，根据实验方案确定各开口安装非观测窗口盖板1或本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的安装方案，再通过数值模拟方法，计算本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板的数量和位置是否会对风洞流场产生干扰，如果干扰量小于风洞流场指标，则开展风洞实验，否则重新确定安装方案。
38.例如，在需要通过光学相机拍摄模型表面转捩图像时，采取如图2a～图2c所示的，在风洞筒体3的0
°
的位置安装本实用新型的风洞闭口实验段观测窗口盖板，观测窗口盖板上方安装光源和光学相机，其他位置安装非观测窗口盖板1。对于实验马赫数6，进行如图3所示的数值仿真，结果显示，观察窗口处的气流平均马赫数5.998，均匀区直径φ222.18mm，观测窗口盖板2对流场影响微小，可以忽略。本实施例的风洞闭口实验段观测窗口盖板安装方式合适。