[發明專利]一種面向大口徑風洞應用的快速開關閥門裝置及開關方法

有效

• 申請號: 202011558579.5
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112762220B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 吳杰;趙家權;張臻;薛濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16K31/122
• 分類號: F16K31/122;F16K1/00;F16K1/38;G01M9/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種面向大口徑風洞應用的快速開關閥門裝置及開關方法，屬于風洞實驗技術領域，包括電氣控制組件、氣體管路、單向閥、多個電磁閥、閥心底座、支撐肋板、彈簧和可動錐臺閥心，閥心底座通過支撐肋板固定安裝于風洞入口處，閥心底座設置圓環凹腔，圓環凹腔與風洞同軸布置，通過在支撐肋板開有一通氣孔，通氣孔將驅動管路組件與圓環凹腔連通，氣動執行組件內部設置可動錐臺閥心，可動錐臺閥心通過彈簧與圓環凹腔底部連接并沿圓環凹腔軸線往復水平運動，可動錐臺閥心端面在風洞關閉時與漸縮段嚙合密封并且開啟時與所述閥心底座尖錐部分端面平齊。本發明提出的開關閥門裝置可以減少高超聲速暫充式大口徑風洞與閥塞的損傷，提高使用壽命。

技術領域

本發明屬于風洞實驗技術領域，更具體地，涉及一種面向大口徑風洞應用的快速開關閥門裝置及開關方法。

背景技術

在航空航天領域內的研究，一種新的原理或設計往往需要實驗。實驗一般有三種方法：數值模擬、風洞試驗以及飛行試驗。數值模擬耗資少、但模擬時所需的邊界條件的設置往往不夠準確導致無法模擬真實情況下的流動。飛行試驗雖然能真實模擬現實的飛行情況但是耗資巨大，并且只能布置有限較少的傳感器采集數據。相比前兩種方法，風洞試驗耗資居中。相較飛行試驗，風洞試驗可多次試驗測量任意位置參數情況；相較數值模擬，風洞試驗又能模擬更真實的情況。但在普通風洞中來流噪聲較大，使試驗不夠準確，因此發展靜風洞顯得尤為重要。

靜風洞試驗一個重要的環節就是啟動過程，目前主要的方式有破膜式啟動與閥門開啟式啟動。前者啟動方式是在風洞噴管進口或出口處布置一張塑料薄膜，當風洞充氣壓力大于薄膜破裂壓力值時，薄膜突然破裂而啟動靜風洞，后者啟動方式是在噴管進口或出口處布置一閥門，通過閥芯的快速開閉來啟停靜風洞。采用破膜啟動方式啟動將無法終止啟動后的靜風洞直至儲氣罐內的高壓氣體全部排空，使得試驗能量消耗大、效率低，不適合大量型號試驗需求。采用閥門啟動方式啟動會因啟動過程緩慢使儲氣段內波系傳播結構過于偏離激波管理論解，造成試驗流場品質下降。

現有部分快開閥門已解決此問題，但此類快開閥門適用于小口徑靜風洞。如果將此應用于大口徑靜風洞，閥塞部門尺寸將呈幾何式增長，質量也相應的增大。啟停時，閥門閥塞碰撞在支撐裝置或風洞收縮段壁面時會有較大損傷。隨模型的復雜程度的增大，模型尺寸也在相應的增大，目前對大口徑靜風洞的需要與日俱增。因此，亟需解決大口徑靜風洞快開閥門質量較大的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種面向大口徑風洞應用的快速開關閥門裝置及開關方法，由此解決現有技術中應用于大口徑風洞的快開閥門結構復雜的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種面向大口徑風洞應用的快速開關閥門裝置，該裝置包括：氣動執行組件、驅動管路組件和電氣控制組件；其中，

所述氣動執行組件同軸安裝于風洞入口處，并通過支撐肋板固定于所述風洞的風洞管壁內表面，所述氣動執行組件包括閥心底座、可動錐臺閥心和若干彈性連接件；所述閥心底座將所述風洞分為儲氣段和漸縮段，所述閥心底座設有圓環柱凹腔，所述圓環柱凹腔與所述風洞管壁之間形成環形氣流通道；所述可動錐臺閥心設置于圓環柱凹腔內并通過所述彈性連接件連接于所述閥心底座；

所述驅動管路組件包括儲氣罐和若干氣體管路，若干氣體管路分別將所述儲氣罐與所述儲氣段、所述圓環柱凹腔連通；

所述電氣控制組件設置于所述氣體管路上，其用于控制所述氣體管路的開通或閉合從而改變所述可動錐臺閥心左右兩側的氣壓差以使所述可動錐臺閥心貼合所述圓環柱凹腔內壁并沿所述風洞軸線方向水平往復運動，以實現閥門的打開或關閉。

優選地，所述可動錐臺閥心的密封端面為導流曲面，且所述導流曲面形狀與所述漸縮段處曲面形狀相反布置，以使當所述閥門裝置關閉時，所述可動錐臺閥心的密封端面嚙合于所述漸縮段的內表面。

優選地，所述閥心底座自左而右延伸形成尖錐部，當閥門裝置打開時，所述可動錐臺閥心的密封端面與所述尖錐部的端面齊平。