CN115614489B - 可重复测试的瞬移气动装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可重复测试的瞬移气动装置及应用方法，涉及风洞试验领域，包括活塞、活塞缸，所述活塞缸通过伸缩杆与快速阀连接，活塞缸的下端通过伸缩杆的端面间隔得到第一腔体、第二腔体；所述活塞纵截面被配置为呈U形结构，且活塞的外周设置有间隔环；所述活塞缸内设置有环形台阶；在活塞与环形台阶之间、活塞缸与活塞之间，通过间隔环得到第三腔体、第四腔体；所述活塞缸上设置有环形槽，以在环形槽与活塞敞开端之间限定得到第五腔体；所述活塞内部为第六腔体，且第六腔体通过透气孔与第三腔体连通。本发明提供一种可重复测试的瞬移气动装置及应用方法，采用压差式活塞瞬移结构技术，解决了蓄能式加热器暂冲式风洞主阀毫秒级开启的难题。

Description

可重复测试的瞬移气动装置及应用方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及可重复使用且移动全行程可达到毫秒级，应用于对开启时间有苛刻要求的设备开关领域，具体涉及应用于高超声速风洞的可重复测试的大推力瞬移气动装置及应用方法。

背景技术

高超声速风洞作为航天领域重要的地面模拟手段，在飞行器研制中起着不可替代的重要作用，其运行特点是高温、高压、高真空，尤其是对于总压不小于100MPa的高马赫数运行状态，一次试验运行消耗能量巨大，因此，为了减少无效运行能量消耗，增大风洞有效运行时间，对风洞启闭的要求是启闭迅速、安全可靠。

高超声速风洞一般采用阀门实现***启闭，启闭时间为秒级。如何实现毫秒级启动，需要解决装置在高温、高压、高真空耦合工况下的迅速、可靠启闭难题。目前，已知公开报道有火药***式、电子脉冲式、液压拉断等启闭方式，这些方式可以实现设备毫秒级开启，但是存在操作复杂、运行效率低以及启闭时间重复性差等缺点。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可重复测试的瞬移气动装置，包括相配合的活塞、活塞缸，所述活塞缸通过伸缩杆与快速阀本体连接，所述活塞缸的下端通过伸缩杆的端面间隔得到第一腔体、第二腔体；

所述活塞纵截面被配置为呈U形结构，且活塞的外周在与活塞缸内侧相配合的位置设置有间隔环；

所述活塞缸内设置有对活塞的下行位置进行限定，且呈中空的环形台阶；

在活塞与环形台阶之间、活塞缸与活塞之间，通过间隔环得到第三腔体、第四腔体；

所述活塞缸在与活塞敞开端相配合的位置上设置有环形槽，以在环形槽与活塞敞开端之间限定得到第五腔体；

所述活塞内部为第六腔体，且第六腔体通过透气孔与第三腔体连通；

其中，所述第一腔体、第二腔体、第四腔体、第五腔体上分别设置有相配合的第一腔体充气口、第二腔体充气口、第四腔体充气口、第五腔体充气口；

所述第五腔体上连接有阻尼缸，第四腔体上设置有第一电磁泄放阀，第一腔体通过第二电磁泄放阀与蓄能罐连通；

所述活塞在第三腔体上的泄放面积大于第二腔体的泄放面积。

优选的是，所述活塞与第三腔体相配合的位置被配置为呈斜面结构。

一种可重复测试的瞬移气动装置的应用方法，在活塞缸通过伸缩杆与快速阀连接后，瞬移气动装置的开阀方式被配置为包括：

在活塞缸通过伸缩杆与快速阀连接后，瞬移气动装置的开阀方式被配置为包括：

S1，开阀前的设置；

S2，执行S1后的开阀操作；

瞬移气动装置的关阀方式被配置为与开阀方式中S1的设置一致；

其中，在S1中，开阀前的设置被配置为包括：

S10，依次关闭第五腔体充气口、第一电磁泄放阀、打开第四腔体充气口至设计压力，以推动活塞至关闭位置；

S11，关闭第二电磁泄放阀，打开第一腔体充气口，通过第二腔体充气口升至设计压力使伸缩杆推动快速阀的主阀杆、快速阀的阀瓣下行，并贴紧快速阀本体完成密封；

在S2中，所述开阀操作被配置为包括：

S20，同时打开第二电磁泄放阀、第一电磁泄放阀使蓄能罐内设定压力气体进入第一腔体，进而与快速阀阀瓣下方蓄能加热器压力形成同向开启推力；

S21，当第一电磁泄放阀泄压至第四腔体与第二腔体平衡时，伸缩杆开始向上移动，受限于活塞在第三腔体上的泄放面积大于第二腔体的泄放面积，则第二腔体内的压缩空气能迅速地释放，进而达到毫秒级移动的效果。

本发明至少包括以下有益效果：本发明解决了之前火药***式、电子脉冲式、液压拉断等驱动方式的应用效率低，可重复使用性能差等缺陷，实现了可多次重复使用的特点，启闭时间重复精度高，且无易损件；本发明采用压差式活塞瞬移结构技术，解决了蓄能式加热器暂冲式风洞主阀毫秒级开启的难题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中可重复测试的瞬移气动装置的结构示意图；

其中，1-快速阀本体，2-阀瓣，3-主阀杆，4-阀杆连接器，5-伸缩杆，6-第一腔体，7-第一腔体充气口，8-第二腔体，9-第三腔体，10-活塞，11-第四腔体，12-第一电磁泄放阀，13-阻尼缸，14-第五腔体，15-第六腔体，16-第五腔体充气口，17-第四腔体充气口，18-第二腔体充气口，19-蓄能罐，20-第二电磁泄放阀，21-间隔环，22-环形台阶，23-透气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种可重复测试的瞬移气动装置，包括相配合的活塞10、活塞缸，所述活塞缸通过伸缩杆5与快速阀本体1连接，所述活塞缸的下端通过伸缩杆的端面间隔得到第一腔体6、第二腔体8；

所述活塞纵截面被配置为呈U形结构，且活塞的外周在与活塞缸内侧相配合的位置设置有间隔环21；

所述活塞缸内设置有对活塞的下行位置进行限定，且呈中空的环形台阶22；

在活塞与环形台阶之间、活塞缸与活塞之间，通过间隔环得到第三腔体9、第四腔体11；

所述活塞缸在与活塞敞开端相配合的位置上设置有环形槽，以在环形槽与活塞敞开端之间限定得到第五腔体14；

所述活塞内部为第六腔体15，且第六腔体通过透气孔23与第三腔体9连通；

其中，所述第一腔体、第二腔体、第四腔体、第五腔体上分别设置有相配合的第一腔体充气口7、第二腔体充气口18、第四腔体充气口17、第五腔体充气口16；

所述第五腔体上连接有阻尼缸13，第四腔体上设置有第一电磁泄放阀12，第一腔体通过第二电磁泄放阀20与蓄能罐19连通；

所述活塞在第三腔体上的泄放面积大于第二腔体的泄放面积；

所述活塞与第三腔体相配合的位置被配置为呈斜面结构。

开阀方式：

开阀前，首先依次关闭第五腔体充气口16、第一电磁泄放阀12、打开第四腔体充气口17至设计压力，推动活塞10至关闭位置，关闭第二电磁泄放阀20，打开第一腔体充气口7，通过第二腔体充气口18升至设计压力使伸缩杆5推动阀杆连接器4、快速阀的主阀杆3，进而使设置在主阀杆3一端的阀瓣2贴紧快速阀本体1形成密封效果；

开阀时，同时打开第二电磁泄放阀20、第一电磁泄放阀12使蓄能罐19内设定压力气体进入第一腔体6进而与阀瓣2下方蓄能加热器压力形成同向开启推力，当第一电磁泄放阀12泄压至第四腔体11与第二腔体平衡时，伸缩杆5开始向上移动，由于活塞10在第三腔体9上的泄放面积大于第二腔体8的泄放面积，因此可以迅速地释放第二腔体8内的压缩空气，进而达到毫秒级移动的效果。

关阀：重复开发方式中开阀前的内容。

瞬移气动装置应用于某风洞阀门装置，试验介质为氮气，通道直径为15mm，工作压力为120MPa，可以实现阀门50ms以内开启，各次时间开启误差为5ms以内。瞬移气动装置实现了风洞在高总压工况下的精确快速启闭控制。

本发明解决了之前火药***式、电子脉冲式、液压拉断等驱动方式的应用效率低，可重复使用性能差等缺陷，实现了可多次重复使用、精确控制开启时间的特点，且无易损件；

本发明采用压差式活塞瞬移结构技术，解决了蓄能式加热器暂冲式风洞主阀毫秒级开启的难题；

本发明在快速阀的阀瓣2底部通过蓄能加热器的介质压力和蓄能罐19双重作用推动阀瓣2、快速阀的主阀杆3进行快速移动，进而加快推动第二腔体8内的气体介质快速排放，达到毫秒级开启快速阀的目的。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种可重复测试的瞬移气动装置，包括相配合的活塞、活塞缸，所述活塞缸通过伸缩杆与快速阀本体连接，其特征在于，所述活塞缸的下端通过伸缩杆的端面间隔得到第一腔体、第二腔体；

所述活塞纵截面被配置为呈U形结构，且活塞的外周在与活塞缸内侧相配合的位置设置有间隔环；

所述活塞缸内设置有对活塞的下行位置进行限定，且呈中空的环形台阶，所述第一腔体、第二腔体均位于环形台阶下端；

在活塞与环形台阶之间、活塞缸与活塞之间，通过间隔环得到第三腔体、第四腔体，所述第三腔体通过活塞外侧壁、间隔环下端面、环形台阶内侧壁三者在空间上呈围合得到，所述第四腔体通过活塞外侧壁、间隔环上端面、活塞缸内侧壁三者在空间上呈围合得到；

所述活塞缸在与活塞敞开端相配合的位置上设置有环形槽，以在环形槽与活塞敞开端之间限定得到第五腔体；

所述活塞内部为第六腔体，且第六腔体通过透气孔与第三腔体连通；

其中，所述第一腔体、第二腔体、第四腔体、第五腔体上分别设置有相配合的第一腔体充气口、第二腔体充气口、第四腔体充气口、第五腔体充气口；

所述第五腔体上连接有阻尼缸，第四腔体上设置有第一电磁泄放阀，第一腔体通过第二电磁泄放阀与蓄能罐连通；

所述活塞在第三腔体上的泄放面积大于第二腔体的泄放面积。

2.如权利要求1所述的可重复测试的瞬移气动装置，其特征在于，所述活塞与第三腔体相配合的位置被配置为呈斜面结构。

3.一种如权利要求1-2任一项所述可重复测试的瞬移气动装置的应用方法，其特征在于，在活塞缸通过伸缩杆与快速阀连接后，瞬移气动装置的开阀方式被配置为包括：

S1，开阀前的设置；

S2，执行S1后的开阀操作；

瞬移气动装置的关阀方式被配置为与开阀方式中S1的设置一致；

其中，在S1中，开阀前的设置被配置为包括：

S10，依次关闭第五腔体充气口、第一电磁泄放阀、打开第四腔体充气口至设计压力，以推动活塞至关闭位置；

S11，关闭第二电磁泄放阀，打开第一腔体充气口，通过第二腔体充气口升至设计压力使伸缩杆推动快速阀的主阀杆、快速阀的阀瓣下行，并贴紧快速阀本体完成密封；

在S2中，所述开阀操作被配置为包括：

S20，同时打开第二电磁泄放阀、第一电磁泄放阀使蓄能罐内设定压力气体进入第一腔体，进而与快速阀阀瓣下方蓄能加热器压力形成同向开启推力；

S21，当第一电磁泄放阀泄压至第四腔体与第二腔体平衡时，伸缩杆开始向上移动，受限于活塞在第三腔体上的泄放面积大于第二腔体的泄放面积，则第二腔体内的压缩空气能迅速地释放，进而达到毫秒级移动的效果。

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