本發(fā)明涉及飛行器熱防護領(lǐng)域，特別是涉及一種用于高超聲速溢流液膜冷卻實驗的冷卻劑注入裝置。

背景技術(shù)：

飛行器的氣動熱防護問題已成為限制飛行器發(fā)展的瓶頸，傳統(tǒng)的被動與半被動冷卻方法不能滿足熱防護需求，需要結(jié)合主動冷卻技術(shù)提高熱防護能力。主動式冷卻是指需要外加動力來提供冷卻劑的冷卻方法，已開展研究的主動冷卻方法因冷卻效果或工程實現(xiàn)難度等原因尚未在高超聲速飛行器上獲得應(yīng)用，急需發(fā)展新的主動冷卻方法。

目前提出的溢流液膜冷卻概念，核心思想是通過對冷卻劑流量的控制，保證其不噴成射流，而是以溢流的方式流出，而后在繞流氣體表面摩擦力作用下展布為液膜，覆蓋在模型表面，從而實現(xiàn)對飛行器的熱防護。溢流液膜冷卻這種防熱方式還處于探索階段，需要開展大量的實驗研究確定其冷卻機理和冷卻性能。液膜的形成和控制是開展溢流液膜冷卻實驗研究的基礎(chǔ)，而研制冷卻劑注入裝置是開展相關(guān)實驗研究面臨的首要問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于高超聲速溢流液膜冷卻實驗的冷卻劑注入裝置。

特別地，本發(fā)明提供的用于高超聲速溢流液膜冷卻實驗的冷卻劑注入裝置，包括：

儲液器，用于存儲冷卻劑；

高壓氣源，用于推動所述儲液器內(nèi)的冷卻劑輸出；

調(diào)壓單元，安裝在所述高壓氣源上，用于控制所述高壓氣源輸入至所述儲液器內(nèi)的高壓氣體壓力；

電磁閥，安裝在所述儲液器的輸液管路上，用于精確控制冷卻劑注入時間；

截止閥，安裝在輸液管路上所述電磁閥的下游，用于截止輸液管路的通斷；

控制器，用于控制所述電磁閥的開啟與關(guān)閉。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述的儲液器包括：

筒體，為兩端開口的管狀結(jié)構(gòu)，

蓋板，包括分別封閉所述筒體的兩端開口的上蓋板和下蓋板，上蓋板上設(shè)置有進氣口，下蓋板上設(shè)置有出液孔；

滑塊，安裝在所述筒體內(nèi)，在所述筒體軸向上滑動密封隔成兩個空間；

流量調(diào)節(jié)單元，包括

調(diào)節(jié)座，安裝在所述進氣口處，包括位于所述上蓋板下部的錐形孔，和位于所述上蓋板上部與錐形孔連通的圓柱形固定孔；

錐面調(diào)節(jié)塊，包括上部的連接柱和下部的錐形塊，連接柱通過螺紋安裝在固定孔內(nèi)，錐形塊的錐面角度與錐形孔的錐面角度相同，連接柱上設(shè)置有向錐形塊延伸的軸向通道，錐形塊上設(shè)置有與軸向通道連通的橫向通道。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述滑塊與所述筒體的接觸面上設(shè)置有密封槽，密封槽內(nèi)安裝有密封圈。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述蓋板與所述筒體的接觸面上設(shè)置有密封槽，密封槽內(nèi)安裝有密封圈。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述錐形孔和所述錐形塊的錐面角度為10～20°。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述上蓋板上設(shè)置有通孔，所述調(diào)節(jié)座密封固定在通孔內(nèi)。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述蓋板通過螺栓與所述筒體固定。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述滑塊的上表面和下表面與側(cè)邊的夾角為直角。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述高壓氣源的壓力為10～12mpa。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述調(diào)壓單元包括相互串聯(lián)的減壓閥和調(diào)壓閥。

本發(fā)明可以保證儲液器中的冷卻劑以溢流而不是射流方式流出，對冷卻劑流量的調(diào)節(jié)范圍廣、調(diào)節(jié)方便、響應(yīng)快、液膜建立時間短且安全可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施方式的冷卻劑注入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施方式的流量調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明一個實施方式的冷卻劑注入裝置一般性地包括如下部件：

儲液器10，整體為密封結(jié)構(gòu)，用于存儲冷卻劑，材質(zhì)可以為不銹鋼。

高壓氣源20，存儲高壓空氣，用于推動儲液器10內(nèi)的冷卻劑輸出，是冷卻劑注入的動力來源。高壓氣源20提供的高壓氣體具有較高的流速，驅(qū)動冷卻劑的響應(yīng)速度快，可以保證系統(tǒng)具有較短的液膜建立時間，滿足在脈沖型風洞中開展溢流液膜冷卻實驗的要求。

調(diào)壓單元30，安裝在儲液器10上，用于控制高壓氣源20輸入至儲液器10內(nèi)的氣體壓力，是實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的方式之一，可以由減壓閥31和高精密調(diào)壓閥32串聯(lián)構(gòu)成。當冷卻劑流量較大、實驗時間長時，驅(qū)動冷卻劑需要的氣體總質(zhì)量較多，采用高壓氣源20才可滿足氣量需求，本實施方式中的高壓氣源20壓力可達10～12mpa，但驅(qū)動冷卻劑并不需要如此高的壓力，因此需要通過調(diào)壓單元30調(diào)節(jié)氣體驅(qū)動壓力。減壓閥31可以降低高壓氣源20壓力至調(diào)壓閥32的承壓范圍內(nèi)。

電磁閥50，安裝在儲液器10的輸液管路上，用于精確控制冷卻劑注入實驗?zāi)Ｐ偷臅r間；由于高超聲速脈沖風洞實驗時間一般僅為幾十毫秒，為保證冷卻劑注入與風洞實驗流場同步，要求精準控制冷卻劑注入時間，因此需采用快響應(yīng)電磁閥50并根據(jù)其響應(yīng)特性設(shè)計實驗時序。

截止閥60，安裝在輸液管路上電磁閥50的下游，用于截止輸液管路的通斷，防止輸液管路另一端的操作影響儲液器10。如，在實驗前風洞試驗倉內(nèi)需要抽真空至極限壓力，采用截止閥60可以將冷卻劑注入裝置與真空環(huán)境隔離，提高系統(tǒng)使用壽命。

控制器40，用于提供電磁閥50工作的電源，并接收時序信號以控制電磁閥50的開啟與關(guān)閉。

本實施方式中，高壓氣源20、調(diào)壓單元30及儲液器10的進氣口121間通過高壓氣管相連接，儲液器10的出液口131和電磁閥50之間通過高壓輸液管路相連。

在工作時，先向儲液器10中注入定量的冷卻劑，此時，截止閥60和電磁閥50都處于關(guān)閉狀態(tài)，然后利用高壓氣源20向儲液器10中注入高壓氣體，根據(jù)實驗要求通過調(diào)壓單元30調(diào)節(jié)高壓氣體注入時的壓力，使儲液器10內(nèi)的冷卻劑承受預(yù)定的壓力，然后打開截止閥60，再由控制器40根據(jù)實驗要求控制電磁閥50開啟，使儲液器10中的冷卻劑在預(yù)定壓力下由高壓輸液管輸入至實驗?zāi)Ｐ吞?；完成實驗后，再通過控制器40關(guān)閉電磁閥50和高壓氣源20，完成實驗。

本實施方式可以保證儲液器中的冷卻劑以溢流而不是射流方式流出，冷卻劑流量的調(diào)節(jié)范圍廣、調(diào)節(jié)方便、響應(yīng)快、液膜建立時間短且安全可靠。

在本發(fā)明的一個實施方式中，具體的儲液器10可以包括一個兩端開口管狀的筒體11，和封閉筒體11兩端開口的蓋板，安裝在筒體內(nèi)的滑塊14，以及調(diào)節(jié)高壓氣體進入儲液器10時的流量調(diào)節(jié)單元15。

蓋板具體可以包括分別封閉筒體11兩端開口的上蓋板12和下蓋板13，使整個筒體11變成一個密封體。上蓋板12上設(shè)置有供高壓氣源20的高壓氣體進入的進氣口121，下蓋板13上設(shè)置有使儲液器10內(nèi)部冷卻劑流出的出液孔131。上蓋板12和下蓋板131可以通過螺栓16與筒體11固定。此外，在其它的實施方式中，上蓋板12或是下蓋板13也可以直接作為筒體11的一部分，而只采用一個活動蓋板。

滑塊14安裝在筒體11內(nèi)，在軸向上將筒體11滑動密封隔成兩個空間?；瑝K14的材料可以為尼龍，在滑塊14與筒體11內(nèi)側(cè)面的周向上設(shè)計有密封槽141，在密封槽141內(nèi)安裝有與筒體11內(nèi)壁面形成密封的密封圈142。此外，滑塊14在加工時其上下表面與側(cè)邊的邊緣夾角需保持直角，以避免滑塊14移動過程中出現(xiàn)卡滯。

如圖2所示，流量調(diào)節(jié)單元15安裝在進氣口121內(nèi)，包括調(diào)節(jié)座151和配套的錐面調(diào)節(jié)塊152，調(diào)節(jié)座151可以是一個安裝在上蓋板12的進氣口121內(nèi)的獨立部件，此時的進風孔121可以是一個貫穿上蓋板12的通孔，而調(diào)節(jié)座151密封安裝在該通孔內(nèi)。在其它的實施方式中，調(diào)節(jié)座151也可以直接由進氣口121形成，即進氣口121直接形成與錐面調(diào)節(jié)塊152配合的形狀。具體的調(diào)節(jié)座151包括位于上蓋板12下部內(nèi)凹的錐形孔1511，和位于上蓋板12上部與錐形孔1511連通的圓柱形固定孔1512。

錐面調(diào)節(jié)塊152包括上部的連接柱1522和下部的錐形塊1521，連接柱1522通過螺紋安裝在固定孔1512內(nèi)，錐形塊1522的錐面角度與錐形孔1511的錐面角度相同，連接柱1522上設(shè)置有向錐形塊延伸的軸向通道1523，錐形塊1521上設(shè)置有與軸向通道1523連通的橫向通道1524。

本實施方式中，儲液器10由滑塊14隔成的上部空間可以作為高壓氣體的容納空間，而下部空間可以作為冷卻劑的儲存空間，滑塊14隔離高壓氣體和冷卻劑，其在高壓氣體的壓力下擠壓另一側(cè)的冷卻劑，不但可以避免高壓氣體進入筒體11時沖擊冷卻劑引起的振蕩，還可以避免高壓氣體擠占冷卻劑回路影響流量。

流量調(diào)節(jié)單元15通過錐面調(diào)節(jié)塊152與調(diào)節(jié)座151的配合，來調(diào)節(jié)高壓氣體通路的截面積，從而實現(xiàn)對高壓氣體流量的控制，高壓氣體由軸向通道1523進入錐面調(diào)節(jié)塊152，再由橫向通道1524從錐面調(diào)節(jié)塊152和錐形座151之間的空隙進入筒體11內(nèi)。錐面調(diào)節(jié)塊152的材質(zhì)可以為黃銅，連接柱1522上可以設(shè)置外螺紋，而固定孔1512內(nèi)可以設(shè)置相配合的內(nèi)螺紋，順時針旋轉(zhuǎn)時，錐面調(diào)節(jié)塊152向上移動，其與調(diào)節(jié)座151之間距離逐漸接近，減小了高壓氣體的通路截面，相應(yīng)減小了高壓氣體的流量；當錐面調(diào)節(jié)塊152旋至頂部時，錐面調(diào)節(jié)塊152完全與調(diào)節(jié)座151接觸，可截止氣流通路。逆時針旋轉(zhuǎn)錐面調(diào)節(jié)塊152時，其效果與順時針旋轉(zhuǎn)的效果相反。

本實施方式中，調(diào)節(jié)座151和錐面調(diào)節(jié)塊152的錐面角度可以在10～20°之間，如本實施方式采用的錐面角度為15°。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。