一种基于半圆轴承的变马赫数旋转机构的制作方法

本发明属于一种风洞试验或航空发动机高空台气动试验的试验设备设计技术，具体涉及一种基于半圆轴承的变马赫数旋转机构。

背景技术：

传统闭口式超声速射流风洞其超声速喷管出口与实验段平直，换而言之，超声速喷管出口需与实验段保持水平相切，以避免喷管出口处的次级激波。对于闭口式刚性喷管因为需要保持出口水平，故一般在喷管出口附近设置绕转动中心，通过凹凸型圆弧与试验段进行平滑连接。

而对于开口式自由射流高空模拟试验，开口式喷管出口为宽广的试验舱空间，即喷管出口截面为无干扰的气动流场，也就是说，绕喷管出口的旋转中心不能突出到喷管出口截面之外包括喷管出口的左右侧面，以免影响气流膨胀和试验核心区气流品质。

为了解决这一问题，传统开口式柔性喷管是直接将喷管出口固定，旋转中心水平前移，其设计原理是保证柔性板起转点斜率直线与出口切线相交点，以确保气动型面的连续性。如果采用旋转中心在喷管出口附近的设计方案，喷管出口型面的端点位置，必然因为型面旋转而发生改变，即喷管出口高度发生变化，众所周知，喷管马赫数控制是通过调节喷管喉道和喷管出口的面积之比来实现的，如果两者在试验过程中均发生变化，虽然也可得到一个马赫数，但该马赫数与目标马赫数的控制精确很难保证，同时，根据喷管出口水平状态设计的固定型面，在出口角度改变后，其气流品质和气流角度将发生较大偏差。也就是说采用旋转中心在喷管出口附近的方案，必须牺牲一定的调节精度和流场品质忽略一定的调节误差。对于刚性型面的超声速可变马赫数喷管，刚性喷管旋转机构的工程设计十分关键，旋转中心必须严格的设置在喷管出口型面的端面边线处。如采用整圆轴的方式设计喷管出口端点的旋转中心，势必在喷管出口截面侧壁突出一部分，这是气动流场自由膨胀不允许的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：

设计简单、可靠的开口式刚性喷管马赫数可连续调节机构，同时通过固定型面末端半圆轴旋转设计，确保开口式喷管出口面积恒定以及马赫数调节精度，当喷管马赫数连续调节时，实现喷管出口气流流场均匀、规则。提高其使用效率与实用性。

本发明的技术方案：

一种基于半圆轴承的变马赫数旋转机构，包括左侧壁(1)、上型面机构(2)、下型面机构(3)、上支撑板(4)、下支撑板(5)、上右半圆轴承(6)、上左半圆轴承(7)、下右半圆轴承(8)、下左半圆轴承(9)、右侧壁(10)，上支撑板(4)位于上型面机构(2)上方，左侧壁(1)与右侧壁(10)之间，下支撑板(5)位于下型面机构(4)下方，左侧壁(1)与右侧壁(10)之间，

所述上型面机构(2)包括上型面板(2-1)、上驱动架(2-2)、上密封支板(2-3)、上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)；所述下型面机构(3)包括下型面板(3-1、下驱动架(3-2)、下密封支板(3-3)、下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)；

上型面机构(2)中的上型面板(2-1)与上驱动架(2-2)、上密封支板(2-3)、上右半圆轴耳(2-4)、上左半圆轴耳(2-5)均为固定连接，所述上右半圆轴耳(2-4)通过上右半圆轴承(6)连接在右侧壁(10)的右上旋转腔内，旋转轴为上型面板(2-1)出口端面靠近内腔的O轴，右侧壁(10)对上型面板(2-1)起轴向限位作用，所述上左半圆轴耳(2-5)通过上左半圆轴承(7)连接在左侧壁(1)的左上旋转腔内，旋转轴为上型面板(2-1)出口端面靠近内腔的O轴，左侧壁(1)对上型面板(2-1)起轴向限位作用；

下型面机构(3)的下型面板(3-1)与下驱动架(3-2)、下密封支板(3-3)、下右半圆轴耳(3-4)、下左半圆轴耳(3-5)均为固定连接，所述下右半圆轴耳(3-4)通过下右半圆轴承(6)连接在右侧壁(10)的右下旋转腔内，旋转轴为下型面板(3-1)出口端面靠近内腔的N轴，右侧壁(10)对下型面板(3-1)起轴向限位作用，所述下左半圆轴耳(3-5)通过下左半圆轴承(7)连接在左侧壁(1)的左下旋转腔内，旋转轴为下型面板(3-1)出口端面靠近内腔的N轴，左侧壁(1)对下型面板(3-1)起轴向限位作用；

上支撑板(4)在进气端方向的端面为圆弧面，所述圆弧面旋转轴为O轴，上密封支板(2-3)与上支撑板(4)的圆弧面刚性接触在喷管轴向起限位作用，所述密封支板(2-3)可沿所述上支撑板(4)的圆弧面滑动；

下支撑板(5)在进气端方向的端面为圆弧面，所述圆弧面旋转轴为N轴，下密封支板(3-3)与下支撑板(5)的圆弧面刚性接触在喷管轴向起限位作用，所述密封支板(3-3)可沿所述下支撑板(5)的圆弧面滑动。

所述的一种基于半圆轴承的变马赫数旋转机构，所述上型面机构(2)通过上驱动架(2-2)与上驱动机构(11)固定连接，下型面机构(3)通过下驱动架(3-2)与下驱动机构(12)固定连接。

本发明的有益效果：

优点：

a)半圆轴设计解决了开口式刚性喷管马赫数连续调节对其出口气流品质限制的影响。

b)固定型面驱动端采用圆弧导轨模式，有效弥补了半圆轴承不能锁紧的缺陷。

效果：

该一种基于半圆轴承的变马赫数旋转机构设计方法合理。刚性型面末端半圆轴设计，确保开口式喷管出口面积恒定，并实现喷管出口气流流场均匀、规则。在喷管出口处能够得到一个明显的均匀试验区域，满足试验要求，在高空台吹风试验中效果良好。

附图说明

图1为机构安装局部三维视图；

图2为上下刚性型面机构正视图；

图3为基于半圆轴承的变马赫数旋转机构原理图。

具体实施方式

所述喷管的工作流程为：通过密封支板和支撑板、半圆轴耳与侧壁的正反方向限位后，型面驱动机构驱动旋转支板进行运动；带动整个型面机构在半圆轴承、支撑板圆弧的作用下的沿着转动中心O转动；从而实现型面机构的喉道高度调节，型面出口位置保持O轴不变，进而实现喷管出口马赫数的精确调节。