一种优化舵轴热环境的试验方法及试验设备

摘要

本发明公开了一种优化舵轴热环境的试验方法，具体为：制备舵与舵轴交接部位的试验模拟件；在试验模拟件表面加装水冷挡板和底部安装试验底板，试验底板与试验模拟件下表面形成气流缝隙；在气流缝隙中放置垫片以模拟舵轴热密封堵盖凸台的高度，向气流缝隙入射与舵轴工作时相同的外部气流，采集参考测试点和目标测试点的热流和压力，记录目标测试点较采集参考测试点的热流和压力降低幅度最大时对应的垫片数量，进而换算得到舵轴最佳热密封堵盖凸台高度。本发明通过入射高温气流模拟舵轴局部热防护结构的飞行热环境，采用水冷挡板转移舵轴干扰保护空气舵模拟件外型面，采用垫片高度设计优化舵轴热环境。

说明书

技术领域

本发明属于热性能试验技术领域，具体涉及一种优化舵轴热 环境的试验方法及试验设备。

背景技术

导弹空气舵舵轴局部热环境一般相对弹身附近无干扰区恶 劣，热流、压力状态较高，舵轴的热防护设计直接影响舵轴正常 转动能力的实现，与导弹控制能力成败息息相关，舵轴试验考核 装置作为评估舵轴热防护设计优良显得尤为重要。采用全模考核 空气舵舵轴，往往由于尺寸太大，喷嘴距离考核区较远，导致风 洞或电弧加热器的加热能力无法满足设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化舵轴热环境的试验方法及试验 设备，通过入射高温气流模拟舵轴局部热防护结构的飞行热环境， 采用水冷挡板转移舵轴干扰保护空气舵模拟件外型面，降低因空 气舵模拟件破坏导致试验失败的风险，采用垫片高度设计优化舵 轴热环境，确定密封堵盖突起物高度，指导舵轴热防护设计。

一种优化舵轴热环境的试验方法，包括以下步骤：

(1)按照实际空气舵轴的结构尺寸，制备舵与舵轴交接部位 的试验模拟件；

(2)在试验模拟件表面加装水冷挡板，以在试验时屏蔽气流 从而防止试验模拟件被烧蚀；

(3)在试验模拟件底部安装试验底板，试验底板上表面与试 验模拟件的舵下表面形成气流缝隙；

(4)在气流缝隙中放置垫片以模拟舵轴热密封堵盖凸台的高 度，在凸台前方设置参考测试点，在凸台上表面设置目标测试点；

(5)改变垫片数量以模拟舵轴热密封堵盖凸台的不同高度， 在每一凸台高度模拟时，向气流缝隙入射与舵轴工作时相同的外 部气流，采集参考测试点和目标测试点的热流和压力，记录目标 测试点较采集参考测试点的热流和压力降低幅度最大时对应的垫 片数量，据此换算得到舵轴最佳热密封堵盖凸台高度。

本发明方法的有益技术效果体现在：本发明取空气舵舵轴局 部关键热防护结构可解决尺寸大能量小的问题，入射高温气流模 拟舵轴局部热防护结构的飞行热环境，采用水冷挡板转移舵轴干 扰保护空气舵模拟件外型面，降低因空气舵模拟件破坏导致试验 失败的风险，采用垫片高度设计优化舵轴热环境，确定密封堵盖 突起物高度，指导舵轴热防护设计。

本发明还提供实现所述方法的水冷挡板，所述水冷挡板为能 包络舵轴转动角度的弧形结构；水冷挡板的内型面为多级阶梯结 构，其与试验模拟件的外表面多级阶梯结构匹配形成弯折气流通 道；水冷挡板的板内加工有水冷通道。

本发明设备的有益技术效果体现在：本发明将舵轴试验件安 装内套于水冷挡板中，水冷挡板前挡板可屏蔽前方入射气流，内 型面形成的弯折气流通道结构，通过弯折减小气流流速，可保护 空气舵模拟件外型面免受高温冲刷烧蚀，并通过内水冷通道降温， 在相同状态高温气流入射作用下达到考核舵轴热防护结构的目 的。

附图说明

图1为本发明的测试布局示意图。

图2为测点布置示意图。

图3(a)为本发明无水冷挡板结果示意图，图3(b)为本发 明有水冷挡板结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明的技术方案做进一步的 说明。

请参见图1，本发明优化舵轴热环境的试验方法较佳实施例， 包括以下步骤：

(1)按照实际空气舵轴的结构尺寸，制备舵与舵轴交接部位 的试验模拟件1。由于空气舵全尺寸模型较大，试验时无法提供足 够的能量满足全尺寸空气舵舵轴缝隙热环境，空气舵与舵轴交接 区域为关键的热防护部位，该区域的热环境高低直接决定了舵轴 热防护结构的工作适应能力，因此选取舵与舵轴交接部位通过比 例缩小制备试验模拟件。

(2)在试验模拟件表面加装水冷挡板2，在试验时其屏蔽气 流从而防止试验模拟件被烧蚀，降低因空气舵模拟件破坏导致试 验失败的风险。所述水冷挡板2为能包络舵轴转动角度的弧形结 构；水冷挡板的内型面为多级阶梯结构，其与试验模拟件的外表 面多级阶梯结构匹配形成弯折气流通道，通过弯折减小气流流速， 可保护空气舵模拟件外型面免受高温冲刷烧蚀；水冷挡板的板内 加工有水冷通道，通道内水快速流动带走热量。

(3)在试验模拟件底部安装试验底板3，试验底板3上表面 与试验模拟件1的舵下表面形成气流缝隙4。

(4)在气流缝隙中放置垫片4以模拟舵轴热密封堵盖凸台的 高度，在凸台前方设置参考测试点，在凸台上表面设置目标测试 点。请参见图2，本发明实施例中在在凸台前方设置了两个测试参 考点a、b，在凸台上表面设置目标测试点c，在热流和压力比较 时采用a、b点采集值平均值与c点采集值比较。实例例中，单个 凸台垫片厚度H3：单个垫片厚度为0.5mm，共N个，并保证H3 ×N<H1，即不影响舵轴转动。

(5)改变垫片4数量以模拟舵轴热密封堵盖凸台的不同高度， 在每一凸台高度模拟时，向气流缝隙入射与舵轴工作时相同的外 部气流，采集参考测试点和目标测试点的热流和压力，记录目标 测试点较采集参考测试点的热流和压力降低幅度最大时对应的垫 片数量，进而换算得到舵轴最佳热密封堵盖凸台高度。具体说明 如下：

采用自由射流设备入射一定流量的高温高压气体，以垫片前 方的测点a、b为基准(数值模拟发现凸台附近的测点干扰最严重， 热流最高)，调试出与飞行条件对应的热流Q₀、压力台阶P₀。同 时记录控制入射气流参数的弧室总压P_s、电压U、电流A。将垫 片数量逐个叠加，固定入射气流控制参数(弧室总压P_s、电压U、 电流A)，依次测量不同垫片数量时的测点c热流、压力。当测点 热c流、压力相对参考测试点达到最小时，记录垫片数量N。以 垫片厚度H3×数量N作为动密封结构热密封堵盖中部凸起高度 H2的依据。

试验证明，有无凸台效果对比：增加凸台后，热流相对降低 幅度达到46％～70％，对优化舵轴热环境效果明显。

试验证明，有无水冷保护效果对比：无水冷挡板保护条件下， 空气舵模拟件烧蚀严重，缝隙长度无法维持，热密封堵盖螺钉基 本融化，结构破坏风险很大，如3(a)所示。水冷挡板对于转移 舵轴干扰、维持舵轴缝隙形状效果明显，如图3(b)所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。