本發(fā)明涉及風洞設備制造領域，具體提供一種風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的成型方法。

背景技術：

風洞是以人工的方式產生并且控制氣流，用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況，并可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。拐角段是風洞洞體的重要組成部分，可實現氣流流向的改變。拐角段的兩段45°斜切直筒體之間通過橢圓環(huán)殼體進行連接，橢圓環(huán)殼體內部安裝有改變氣流方向的高精度導流片，如何控制拐角段中各殼體之間的連接尺寸是保證風洞拐角段建造質量的關鍵因素。

因風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的尺寸很大，橢圓長軸尺寸達到5-15m，短軸達到3-8m，無法用整體模具進行制作，而傳統(tǒng)的風洞拐角段橢圓環(huán)殼體主要采用壓制成型的方法進行殼體不同曲率的加工，該方法中將橢圓環(huán)殼體沿其長軸方向切分為兩個分段，各分段在壓力機中以頂壓的方式同時加工成型。頂壓過程中需要工人師傅憑借經驗來調整模具的頂壓深度，加工過程繁瑣且效率低下，難以滿足風洞大型化發(fā)展的趨勢。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發(fā)明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的成型方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）近似橢圓環(huán)殼體分段輥制

根據風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的設計尺寸，利用“四心圓法”得到近似橢圓，將近似橢圓環(huán)殼體分為四個分段：分段KK₁、分段KN、分段NN₁和分段K₁N₁，其中分段KK₁與分段NN₁有相同的曲率半徑R₁，分段KN與分段K₁N₁有相同的曲率半徑R₂，根據由“四心圓法”得到的近似橢圓中各分段的長度占近似橢圓總周長的比例，將標準橢圓周長分為對應比例的四部分，將與該四部分等長度的直板分別輥制出曲率半徑為R₁的兩塊圓弧板a和圓弧板c，以及曲率半徑為R₂的兩塊圓弧板b和圓弧板d，圓弧板a、圓弧板b、圓弧板c和圓弧板d的長度之和等于標準橢圓的周長；

（2）分段殼體曲率校正

采用CAD軟件在矯形平臺上放樣得到標準橢圓輪廓線，將四塊圓弧板輥制完成后放置于輔助矯形平臺上拼接，得到的近似橢圓與標準橢圓輪廓線比較，利用夾緊裝置調整矯正各圓弧板殼體曲率；

（3）圓弧板殼體組焊

橢圓環(huán)殼體曲率矯正完成后，借助夾緊裝置夾緊固定各分段圓弧板殼體之間的對接接頭，對稱組焊橢圓環(huán)殼體的各個分段圓弧板；

（4）橢圓環(huán)殼體與外部加強筋組焊

橢圓環(huán)殼體各分段圓弧板組焊完成后，拆除橢圓環(huán)殼體外側夾緊裝置組裝橢圓環(huán)殼體外部加強筋并與橢圓環(huán)殼體外側壁焊接。

所述的夾緊裝置為若干個，分別設置在橢圓環(huán)殼體長短軸端點處、各分段對接接頭兩側、以及其他曲率待調整位置。

所述的夾緊裝置包括底部水平的固定支座，和垂直于固定支座的夾緊板，將設計好擺放位置的固定支座焊接于矯形平臺上，固定支座底部開設有凹槽，夾緊板嵌設于固定支座底部凹槽內，夾緊板可在凹槽內滑動，固定支座上設有與夾緊板共面的支架，支架與夾緊板側壁之間通過頂緊螺栓連接，通過旋轉頂緊螺栓使夾緊板在固定支座底部凹槽內前后滑動，通過調節(jié)設置于橢圓環(huán)殼體內外兩側的兩塊夾緊板的相對位置可以調整殼體曲率和各分段殼體接頭之間的相對位置。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

一種風洞拐角段橢圓環(huán)殼體成型方法可用于制作風洞拐角段的橢圓環(huán)殼體，具有方法簡單、通用性強、容易操作、精度較高等特點，解決了大型風洞拐角段橢圓環(huán)殼體精度控制的難題，與傳統(tǒng)的成型方法相比具有以下優(yōu)點：

1. 本方法中將風洞拐角段的橢圓環(huán)殼體利用近似橢圓分段方法分成4段，各分段采用輥制成型的方式進行加工，使得橢圓環(huán)殼體的曲率變化更加連續(xù)，簡化了橢圓環(huán)殼體曲率加工的難度，提高了橢圓環(huán)殼體曲率加工成型的效率。

2. 保證近似橢圓與標準橢圓總周長一致，采用CAD放樣，比對近似橢圓輪廓線與標準橢圓輪廓線之間的曲率差，通過矯形平臺對夾緊裝置對近似橢圓環(huán)殼體進行曲率調整使之成為標準橢圓。

3、本方法中將風洞拐角段的橢圓環(huán)殼體置于輔助矯形平臺之上進行組焊，通過采用相關的工裝夾具，有效控制了橢圓環(huán)殼體的焊接變形，提高了橢圓環(huán)殼體成型后的尺寸精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用“四心圓法”對橢圓環(huán)殼分段的原理圖；

圖2為本發(fā)明環(huán)殼體四個圓弧板結構示意圖；

圖3為本發(fā)明環(huán)殼體輪廓校正原理示意圖；

圖4為本發(fā)明夾持組焊狀態(tài)示意圖；

圖5為本發(fā)明中夾緊裝置結構示意圖；

圖6為本發(fā)明橢圓環(huán)殼體加強圈組裝示意圖；

其中：1-圓弧板a，2-圓弧板b，3-圓弧板c，4-圓弧板d，5-近似橢圓輪廓線，6-夾緊裝置，7-標準橢圓輪廓線，8-矯形平臺，9-焊縫，10-橢圓環(huán)殼體，11-加強筋，12-固定支座，13-夾緊板，14-頂緊螺栓。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明，如圖1-6所示的一種風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的成型方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）近似橢圓環(huán)殼體分段輥制

根據風洞拐角段橢圓環(huán)殼體的設計尺寸，橢圓長軸AB和橢圓短軸CD尺寸已知，如圖1所示，利用“四心圓法”得到近似橢圓，并對近似橢圓分段，具體步驟為首先連接A、C，以O為圓心、OA為半徑畫弧，與CD的延長線交于點E，以C為圓心、CE為半徑畫弧，與AC交于點E1；作AE1的垂直平分線，與長短軸分別交于點O₁、O₂，再作對稱點O₃、O₄；O₁、O₂、O₃、O₄即為四段圓弧的圓心；分別作圓心連線O₁O₄、O₂O₃、O₃O₄并延長；分別以O₁、O₃為圓心，O₁A或O₃B為半徑畫小圓弧K₁AK和NBN₁，分別以O₂、O₄為圓心，O₂C或O₄D為半徑畫大圓弧KCN和N₁DK₁（切點K、K₁、N₁、N分別位于相應的圓心連線上），即完成近似橢圓的作圖。

將近似橢圓分為四個分段：分段KAK₁、分段KCN、分段NBN₁和分段K₁DN₁，其中分段KAK₁與分段NBN₁有相同的曲率半徑R₁，分段KCN與分段K₁DN₁有相同的曲率半徑R₂，根據長短軸尺寸求得R₁ R₂對應數值以及近似橢圓周長，根據由四心圓法得到的近似橢圓中四個分段的長度占近似橢圓總周長的比例，將標準橢圓周長分為對應比例的四部分，將與該四部分等長度的直板分別輥制出曲率半徑為R₁的兩塊圓弧板a1和圓弧板c3，以及曲率半徑為R₂的兩塊圓弧板b2和圓弧板d4，得到如圖2所示的四塊分段環(huán)殼體，各圓弧板的厚度由橢圓環(huán)殼體設計尺寸得到；

（2）分段殼體曲率校正

采用CAD軟件繪制橢圓環(huán)殼體標準橢圓輪廓線7，將標準橢圓輪廓線7（圖3中虛線）和近似橢圓輪廓線5（圖3中實線）進行比對，在CAD軟件中求得近似橢圓與標準橢圓之間的曲率差值，然后借助輔助矯形平臺8，將四塊輥制完成后的圓弧板放置于輔助矯形平臺上拼接，得到的近似橢圓與標準橢圓輪廓線比較，利用夾緊裝置6調整矯正各圓弧板殼體曲率，夾緊裝置6中的固定支座12根據矯形平臺上標準橢圓輪廓線的位置設置后焊接于矯形平臺上，如圖5所示夾緊板13可在固定支座12下端凹槽內部隨著頂緊螺栓14的旋轉而進行移動，推動橢圓環(huán)殼體板移動以實現改變橢圓環(huán)殼體10曲率的目的；

（3）圓弧板殼體組焊

橢圓環(huán)殼體10曲率矯正完成后，如圖4所示借助夾緊裝置夾緊固定各分段圓弧板殼體之間的對接接頭，對稱組焊橢圓環(huán)殼體的各個分段圓弧板之間的焊縫9；

（4）橢圓環(huán)殼體與外部加強筋組焊

橢圓環(huán)殼體各分段圓弧板組焊完成后，拆除橢圓環(huán)殼體外側夾緊裝置，如圖6所示組裝橢圓環(huán)殼體外部加強筋11并與橢圓環(huán)殼體外側壁焊接，焊接完成后即可拆除橢圓環(huán)殼體內側夾緊裝置，進行后續(xù)組裝。

本發(fā)明的保護范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內。