一种畸变指数比例可调的总压畸变发生器、流场实验装置

1.本发明涉及流场测试领域，尤其涉及一种畸变指数比例可调的总压畸变发生器、流场实验装置。


背景技术：

2.随着现代战机的不断发展，进气总压畸变对发动机的稳定性影响越来越大。为了评定进气总压畸变对发动机稳定性的影响，需要设计畸变发生器以产生进气总压畸变条件。相对于飞行试验、大型风洞吹风试验等，利用进气总压畸变发生器开展试验具有较更好的安全性与经济性。
3.在飞机实际飞行过程中，稳、动态畸变指数的大小及比例会不断发生变化。现有技术中，进气总压畸变发生器无法准确模拟飞机进气道复杂的畸变环境。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种畸变指数比例可调的总压畸变发生器，以解决进气总压畸变发生器不能够有效地调节稳、动态畸变指数的比例大小的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供一种畸变指数比例可调的总压畸变发生器，用于产生稳态、动态畸变指数比例可调的进气总压畸变流场，所述畸变发生器包括管道、箱体以及用于改变所述畸变指数的扰流板，所述扰流板的长度大于所述管道的直径；
7.所述管道具有沿着所述管道的周向开设的环形开口，所述开口用于供所述扰流板设在所述管道的腔体的预设径向位置处；
8.所述畸变发生器还包括设在所述管道外的直线驱动机构，所述管道具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，所述直线驱动机构用于将所述扰流板在所述第一侧与所述第二侧之间移动；
9.所述箱体设在所述管道外周侧，所述箱体与所述管道的外壁围设出相对密闭的容置空间，所述容置空间用于容置所述直线驱动机构的至少一部分、所述扰流板的至少一部分，所述容置空间通过所述开口与所述管道的腔体连通。
10.根据本发明的至少一个实施方式，所述畸变发生器包括设在所述容置空间的第一导向部，沿着所述第一导向部的长度方向，所述扰流板的一端与所述第一导向部活动连接；
11.所述第一导向部的长度方向为：所述管道所具有的所述第一侧到所述第二侧的分布方向。
12.根据本发明的至少一个实施方式，所述畸变发生器还包括设在所述容置空间的第二导向部，所述第二导向部与所述扰流板的另一端活动连接。
13.根据本发明的至少一个实施方式，所述直线驱动机构包括直线电机、滚珠丝杆副中的一种。
14.根据本发明的至少一个实施方式，当所述直线驱动机构为直线电机，所述直线电
机与所述扰流板的一端连接，所述直线电机滑动设在所述第一导向部；或，
15.当所述直线驱动机构为滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副所具有的丝杆为所述第一导向部，所述滚珠丝杆副所具有的螺母活动设在所述丝杆上，所述扰流板的一端与所述螺母连接。
16.根据本发明的至少一个实施方式，当所述直线驱动机构为滚珠丝杆副，所述直线驱动机构还包括伺服电机、步进电机的一种，所述伺服电机或所述步进电机用于驱动所述扰流板沿着所述丝杆的长度方向移动。
17.根据本发明的至少一个实施方式，所述开口的中心轴与所述管道的中心轴重合；
18.所述开口沿着所述管道的轴向方向具有的宽度与所述扰流板的厚度相同，所述扰流板的厚度至多为20mm。
19.根据本发明的至少一个实施方式，所述箱体包括两个盖板、以及连接两个所述盖板相应的边缘段的边框，两个所述盖板分别与所述管道的外壁连接；
20.每个所述盖板与所述边框可拆卸连接；
21.每个所述盖板与所述边框的连接处还设置密封件。
22.根据本发明的至少一个实施方式，所述管道的两端分别设有法兰盘，每个所述法兰盘用于与相应的待连接管路连接。
23.相对于现有技术，本发明的畸变发生器具有以下优势：
24.本发明提供的畸变指数比例可调的总压畸变发生器，在管道上沿着周向开设有环形开口，而扰流板通过上述环形开口可以设在管道腔体的一定的径向位置处，通过改变扰流板的径向位置，可以改变低压区的位置和畸变指数。通过研究表明，扰流板的径向布局对动态畸变指数的改变并不明显，但可以明显改变稳态畸变指数。因此，通过改变扰流板的径向布局，可以调节稳、动态畸变指数比例的大小。本发明的畸变发生器还包括了驱动扰流板的直线驱动机构，直线驱动机构可以将扰流板从管道的一侧通过开口移动到管道的相对侧。而扰流板的长度大于管道的直径，可以保证扰流板通过管道的中心轴时，扰流板的两端仍能伸出管道腔体的内壁面，从而在气流遇到扰流板时产生低压区和紊流。
25.为了保证管道腔体的密闭性，在直线驱动机构以及扰流板、管道的开口外设置相对密闭的容置空间，容置空间仅通过开口与管道的腔体连通，从而使得试验结果有效、精确。
26.本发明的另一目的在于还提供一种流场实验装置，包括畸变发生器、风机，所述风机通过管路与所述畸变发生器的腔体连通。
27.相对于现有技术，本发明所述的流场实验装置具有的优势与上述畸变发生器所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
28.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
29.图1是根据本发明的实施方式畸变发生器立体结构的示意图。
30.图2是根据本发明的实施方式畸变发生器的正视示意图。
31.图3是图2的剖视结构示意图。
32.图4是根据本发明的实施方式畸变发生器的侧视示意图。
33.图5是图4的剖视结构示意图。
34.附图标记：1、管道；11、开口；2、箱体；21、盖板；22、边框；3、直线驱动机构；31、第一导向部；32、第二导向部；4、扰流板。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
37.现有的畸变发生器结构简单，例如弦月板型插板，无法有效实现稳、动态畸变指数比例的调节，存在较大的局限性，不能够有效地调节稳、动态畸变指数的比例大小，进而无法准确模拟飞机进气道复杂的畸变环境。
38.请参阅图1至图3所示，根据本发明的示例性地实施例，提供了一种畸变指数比例可调的总压畸变发生器，畸变发生器包括管道1、箱体2以及用于改变畸变指数的扰流板4，扰流板4的长度大于管道1的直径；管道1具有沿着管道1的周向开设的环形开口11，开口11用于供扰流板4设在管道1的腔体的预设径向位置处；畸变发生器还包括设在管道1外的直线驱动机构3，管道1具有第一侧以及与第一侧相对的第二侧，直线驱动机构3用于将扰流板4在第一侧与第二侧之间移动；箱体2设在管道1外周侧，箱体2与管道1的外壁围设出相对密闭的容置空间，容置空间用于容置直线驱动机构3的至少一部分、扰流板4的至少一部分，容置空间通过开口11与管道1的腔体连通。
39.实际使用时，直线驱动机构3与扰流板4的一端连接，在直线驱动机构3的驱动下，扰流板4可在环形开口11中穿过并停留在管道1所需的径向位置处，由于扰流板4的长度大于管道1的直径，当扰流板4移动到管道1的腔体的径向位置后，腔体中的气流遇扰流板4而产生低压区和紊流。而通过直线驱动机构3带动扰流板4定位在不同位置，则可以改变低压区的位置和畸变指数。通过应力混合涡模拟方法计算本发明提供的畸变指数比例可调的总压畸变发生器的流场，结果发现：改变扰流板4的径向布局，可以有效改变稳态畸变指数的大小，而对动态畸变指数的改变不大，进而调节稳、动态畸变指数的比例的大小。
40.在一些实施方式中，请参阅图2至图3所示，上述开口11贯穿整个管道，使得扰流板4的一部分在腔体中，也可以使扰流板4完全从管道1的腔体中移出，在不需要进行扰流的情况下完全设在容置空间中。也就是扰流板4设在箱体2中，扰流板4可以从管道外的第一侧移动至管道外与第一侧相对的第二侧，从而实现了扰流板4在腔体中的任何径向位置处进行试验。
41.考虑到试验结果的准确性以及腔体的密闭性，在管道1的开口11的相应位置处设置箱体2，箱体2与管道1的外壁围设出相对密闭的容置空间，仅通过开口11与腔体连通，经过计算，此时的开口11由于有箱体2的密闭，对压力测量的影响可以忽略不计。可以理解的是，上述的直线驱动机构3的至少一部分或全部设在箱体2中，上述的扰流板4的至少一部分
或全部也设在箱体2中，进而在扰流板4的移动过程中，并不妨碍腔体内流场的密闭性，进而不影响试验结果。
42.为了保证扰流板沿着直线进行移动，以确保位移精度，请参阅图3至图5所示，上述畸变发生器包括设在容置空间的第一导向部31，沿着第一导向部31的长度方向，扰流板4的一端与第一导向部31活动连接，第一导向部31的长度方向为：管道1所具有的第一侧到第二侧的分布方向。示例性地，扰流板4垂直于第一导向部31的长度方向设置，通过第一导向部31直线型导向，扰流板4沿着其长度方向滑动，扰流板4可以精确地定位在腔体的预设的径向位置处。扰流板4的另一端可不设置导向装置，由于扰流板4具有一定的刚度，其仅通过固定在第一导向部31的滑块上即可实现移动定位。
43.在一可选的实施方式中，请参阅图3至图5所示，上述畸变发生器包括设在容置空间的第二导向部32，第二导向部32与扰流板4的另一端活动连接。也即第二导向部32设在管道1外侧，且其与第一导向部31相对设置，第二导向部32与第一导向部31平行，进一步确保了扰流板4精确地定位在腔体的预设的径向位置处。以第一导向部31设置在管道1的上侧、第二导向部32设置在管道1的下侧为例，第二导向部32还可以承受扰流板4的力，减轻第一导向部31的受力，从而可以使得扰流板4顺畅地移动，保证扰流板4的位移精度。
44.实现扰流板直线运动的方式多种多样，本发明实施例示例性地，直线驱动机构3包括直线电机、滚珠丝杆中的一种。
45.举例来说，直线驱动机构3为直线电机(图中未示出)，第一导向部31为滑轨，而直线电机则滑动设置在滑轨上，直线电机与扰流板4的一端固定连接，当直线电机沿着滑轨的长度方向进行滑动时，会带动扰流板4沿着滑轨的长度方向进行直线运动。可以理解的是，上述直线电机以及滑轨均设置在箱体2中，可以最大化地保证容置空间的气密性。
46.示例性地，直线驱动机构3为滚珠丝杆副，滚珠丝杆副所具有的丝杆为第一导向部31，滚珠丝杆副所具有的螺母活动设在丝杆上，扰流板4的一端与螺母连接。作为成熟的一款直线运动机构，滚珠丝杆副通过将丝杆的旋转转化为套设在丝杆上螺母的直线运动，通过将扰流板4的一端固定在螺母上，螺母带动扰流板4沿着丝杆的长度方向移动。可以理解的是，上述直线驱动机构3为滚珠丝杆副，直线驱动机构3还包括伺服电机、步进电机的一种，伺服电机或步进电机用于驱动扰流板4沿着丝杆的长度方向移动。采用伺服电机或步进电机的控制方式，可以控制扰流板4的位移精度。
47.一些实施方式中，请参阅图1、图5所示，开口11的中心轴与管道1的中心轴重合；开口11沿着管道1的轴向方向具有的宽度与扰流板4的厚度相同，扰流板4的厚度至多为20mm。开口11由于为环形的开口，因此其具有中心轴，而开口11的中心轴与管道1的中心轴重合也即扰流板4的运动方向垂直于管道1的轴向方向。示例性地，开口11的宽度则以使扰流板4顺畅通过为准，例如扰流板4的厚度为20mm时，开口11的宽度也应为20mm或者略大于20mm也可。可以理解的是，在保证扰流板4满足强度和刚度的基础上，上述扰流板4的厚度也可以小于20mm，选用的材料一般为钢材。本发明中示例性地扰流板4的尺寸为1150mm
×
90.5mm
×
20mm，而管道1的内径为905mm。
48.上述开口11的宽度为20mm时，已有的计算数据表明对压力测量的影响可以忽略不计。
49.在一些实施方式中，请参阅图1、图4、图5所示，箱体2包括两个盖板21、以及连接两
个盖板21相应的边缘段的边框22，两个盖板21分别与管道1的外壁连接；每个盖板21与边框22可拆卸连接；每个盖板21与边框22的连接处还设置密封件。以箱体2的外轮廓为立方体为例，两个盖板21相对应的边缘段通过边框22密封连接，共4个边框22进行密封连接，而两个盖板21均具有供管道1通过的通孔，从而两个盖板21、4个边框22以及管道1的外壁面共同围设出相对密闭的容置空间。可选地，两个盖板21焊接在管道1的外壁面上，两个盖板21与边框22通过螺钉进行连接，在需要不同的管道内径时，可以拆除管道及焊接在管道1的外壁面上的盖板21，从而方便更换不同内径的管道1。
50.为了保证盖板21与边框22形成箱体2的气密性，在盖板21与边框22的各个连接处设置密封圈，保证气密性和传递轴向力。
51.考虑到管道1需要与其它管道连接来共同组成完整的进气道总压畸变发生器试验系统，示例性地，在管道1的两端分别设有法兰盘，每个法兰盘用于与相应的待连接管路连接。请参阅图1所示，法兰盘设置在管道1的两个端部，不论在管道1的哪端进行待连接管道的连接均方便，待连接管路也应有相应的法兰盘与管道1的法兰盘配合，方便拆装连接。
52.根据本发明的另一目的，本发明还提供了一种流场实验装置，包括上述的畸变指数比例可调的总压畸变发生器以及风机，风机通过管路与畸变发生器的腔体连通。风机设置在管道1的后方，通过调整变频器的输出功率以改变电机转速，改变风机风扇的转动频率，进而调节试验的来流马赫数工况。
53.上述的流场实验装置可以一定程度上实现稳、动态畸变指数比例的调节。通过应力混合涡模拟方法对畸变发生器进行计算，得到稳、动态畸变指数，并与试验结果进行对照，计算结果与试验结果相符。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。