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

背景技術(shù)：

飛行器的氣動(dòng)熱防護(hù)問題已成為限制飛行器發(fā)展的瓶頸，傳統(tǒng)的被動(dòng)與半被動(dòng)冷卻方法不能滿足熱防護(hù)需求，需要結(jié)合主動(dòng)冷卻技術(shù)提高熱防護(hù)能力。主動(dòng)式冷卻是指需要外加動(dòng)力來提供冷卻劑的冷卻方法，已開展研究的主動(dòng)冷卻方法因冷卻效果或工程實(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的熱防護(hù)。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(shí)驗(yàn)研究確定其冷卻機(jī)理和冷卻性能。液膜的形成和控制是開展溢流液膜冷卻實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)，而研制冷卻劑注入裝置是開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究面臨的首要問題。

技術(shù)實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的冷卻劑注入裝置，包括：

儲(chǔ)液器，用于存儲(chǔ)冷卻劑；

高壓氣源，用于推動(dòng)所述儲(chǔ)液器內(nèi)的冷卻劑輸出；

調(diào)壓?jiǎn)卧?，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(chǔ)液器內(nèi)的高壓氣體壓力；

電磁閥，安裝在所述儲(chǔ)液器的輸液管路上，用于精確控制冷卻劑注入時(shí)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(gè)實(shí)施方式中，所述的儲(chǔ)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(jìn)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(dòng)密封隔成兩個(gè)空間；

流量調(diào)節(jié)單元，包括

調(diào)節(jié)座，安裝在所述進(jìn)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，所述高壓氣源的壓力為10～12mpa。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述調(diào)壓?jiǎn)卧ㄏ嗷ゴ?lián)的減壓閥和調(diào)壓閥。

本發(fā)明可以保證儲(chǔ)液器中的冷卻劑以溢流而不是射流方式流出，對(duì)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(shí)間短且安全可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式的流量調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

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

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

高壓氣源20，存儲(chǔ)高壓空氣，用于推動(dòng)儲(chǔ)液器10內(nèi)的冷卻劑輸出，是冷卻劑注入的動(dòng)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(dòng)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(shí)間，滿足在脈沖型風(fēng)洞中開展溢流液膜冷卻實(shí)驗(yàn)的要求。

調(diào)壓?jiǎn)卧?0，安裝在儲(chǔ)液器10上，用于控制高壓氣源20輸入至儲(chǔ)液器10內(nèi)的氣體壓力，是實(shí)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(dāng)冷卻劑流量較大、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)施方式中的高壓氣源20壓力可達(dá)10～12mpa，但驅(qū)動(dòng)冷卻劑并不需要如此高的壓力，因此需要通過調(diào)壓?jiǎn)卧?0調(diào)節(jié)氣體驅(qū)動(dòng)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(chǔ)液器10的輸液管路上，用于精確控制冷卻劑注入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臅r(shí)間；由于高超聲速脈沖風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)間一般僅為幾十毫秒，為保證冷卻劑注入與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)同步，要求精準(zhǔn)控制冷卻劑注入時(shí)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(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(chǔ)液器10。如，在實(shí)驗(yàn)前風(fēng)洞試驗(yàn)倉(cāng)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(shí)序信號(hào)以控制電磁閥50的開啟與關(guān)閉。

本實(shí)施方式中，高壓氣源20、調(diào)壓?jiǎn)卧?0及儲(chǔ)液器10的進(jìn)氣口121間通過高壓氣管相連接，儲(chǔ)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(shí)，先向儲(chǔ)液器10中注入定量的冷卻劑，此時(shí)，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(chǔ)液器10中注入高壓氣體，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求通過調(diào)壓?jiǎn)卧?0調(diào)節(jié)高壓氣體注入時(shí)的壓力，使儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)要求控制電磁閥50開啟，使儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞?；完成?shí)驗(yàn)后，再通過控制器40關(guān)閉電磁閥50和高壓氣源20，完成實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)施方式可以保證儲(chǔ)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(shí)間短且安全可靠。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的儲(chǔ)液器10可以包括一個(gè)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(jìn)入儲(chǔ)液器10時(shí)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(gè)筒體11變成一個(gè)密封體。上蓋板12上設(shè)置有供高壓氣源20的高壓氣體進(jìn)入的進(jìn)氣口121，下蓋板13上設(shè)置有使儲(chǔ)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(shí)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(gè)活動(dòng)蓋板。

滑塊14安裝在筒體11內(nèi)，在軸向上將筒體11滑動(dòng)密封隔成兩個(gè)空間。滑塊14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(jì)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(shí)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(dòng)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(jìn)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(gè)安裝在上蓋板12的進(jìn)氣口121內(nèi)的獨(dú)立部件，此時(shí)的進(jìn)風(fēng)孔121可以是一個(gè)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(shí)施方式中，調(diào)節(jié)座151也可以直接由進(jìn)氣口121形成，即進(jìn)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?jī)?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(shí)施方式中，儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)入筒體11時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)高壓氣體流量的控制，高壓氣體由軸向通道1523進(jìn)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(jìn)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(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，錐面調(diào)節(jié)塊152向上移動(dòng)，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(dāng)錐面調(diào)節(jié)塊152旋至頂部時(shí)，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(shí)針旋轉(zhuǎn)錐面調(diào)節(jié)塊152時(shí)，其效果與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的效果相反。

本實(shí)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(shí)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(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)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(dǎo)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(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。