一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置论文和设计-潘旭海

全文摘要

本实用新型公开一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，包括高压段、低压段、出口观察段和固定装置，所述高压段包括气瓶、减压阀、气动阀、进气管和高压罐；所述低压段包括拼接管道和传感器模块，与高压罐出气口端连接的拼接管道上设有爆破片；所述出口观察段包括可视化观察箱体和高速红外摄像机，传感器的输出端和高速红外摄像机均与示波器相连；所述固定装置包括底座、储罐固定装置和可移动固定装置。该装置中每个传感器的间隔以及相对于爆破片的位置可通过采用不同长度的拼接管道来组合，其连接方式能够保证激波管管道和传感器安装模组紧密配合，可移动固定装置保证拼接激波管在长度可变的情况下能够严格固定。

主设计要求

1.一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，其特征在于，包括高压段、低压段、出口观察段和固定装置，所述高压段包括气瓶（1）、减压阀（2）、气动阀（3）、进气管和高压罐（4），所述气瓶（1）通过进气管与高压罐（4）的上游进气口相连，所述减压阀（2）设在气瓶（1）的出气口端，所述气动阀（3）设在高压罐（4）的进气口端；所述低压段包括拼接管道（5）和传感器模块（6），与高压罐（4）出气口端连接的拼接管道（5）上设有爆破片（7），在拼接管道（5）与传感器模块（6）的连接处设有垫片（8），在传感器模块（6）的两端设有外螺纹连接管（9），传感器模块（6）与拼接管道（5）相接后以与外螺纹连接管（9）适配的螺母（10）进行互锁固定，在传感器模块（6）表面相对的位置设有传感器安装孔（11）用以安装不同的传感器；所述出口观察段包括可视化观察箱体（14）和高速红外摄像机（15），传感器的输出端和高速红外摄像机（15）均与示波器（16）相连；所述固定装置包括底座（17）、设在高压罐（4）底部的储罐固定装置（18）和设在拼接管道（5）位置的可移动固定装置（19）。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，其特征在于，所述垫片（8）为聚四氟乙烯垫片。

3.如权利要求1所述的一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，其特征在于，所述可移动固定装置（19）包括可移动滑块（20）、上固定盖（21）和螺丝（22），所述可移动滑块（20）顶部与上固定盖（21）通过螺丝（22）固定连接，在可移动滑块（20）底部的前后端分别设有一道横向的滑槽（23），低压段部分底座上与滑槽（23）对应的位置设有与其适配的滑条（24），所述滑条（24）沿底座（17）的长度方向延伸，所述可移动滑块（20）可沿滑条（24）横向移动；在可移动滑块（20）顶部和上固定盖（21）底部对应的位置上分别设有拼接管道连接弧形孔（25），两个拼接管道连接弧形孔（25）对接后形成完整的拼接管道通孔，所述拼接管道通孔的内径与拼接管道（5）的外径相适应。

4.如权利要求1所述的一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，其特征在于，所述高压罐（4）容积为1 L，高压罐（4）上游进气口内径为0.01 m，下游出口直径根据拼接管道（5）的直径进行相应调整。

5.如权利要求2所述的一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，其特征在于，所述垫片（8）连接在同心环（26）上，所述同心环（26）的外径与拼接管道（5）端部内径和传感器模块（6）端部的外螺纹连接管（9）的内径相适应。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及激波管测试设备技术领域，尤其是涉及一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置。

背景技术

气体、液体和固体介质中应力（或压强）、密度和温度在波阵面上发生突跃变化的压缩波，又称冲击波。在超声速流动、爆炸等过程中都会出现激波。激波问题广泛存在于发动机进气道设计、超声速射流、爆轰波传播等工程应用方面。

激波管是产生激波和利用激波压缩实验气体，以模拟所要求工作条件的一种装置，与传统的大型激波管相比，微型激波管的尺寸一般是毫米级别。微型激波管结构简单，能提供范围宽广的实验参量，因此得到广泛的应用。其作为一种激波和超声速流域产生的微型装置广泛地应用于航空航天、医药等工程领域，如微型航空发动机、微型燃烧机以及无针注射器等。微型激波管能在高隔膜压力比下短时间内产生超声速和高温流体。微型激波管内产生的这种极端流动条件使它成为各种工程应用装置的重要组成部分，如大功率空气动力和化学激光器、军事武器、爆炸设备和生物医学仪器。微型激波管也为许多实验测试提供一个超声速流动的工作环境，如高温热力学和化学动力学的研究、冲击波以及燃烧研究等。

在小尺寸激波管中的可压缩流动需要更深层面地考虑耗散影响，而在大型激波管内可以忽略这种影响。在微型激波管内，由较低压力和微小尺寸产生的稀疏和粘性影响表现的尤为明显，这些影响使微型激波管内激波运动与理论结果产生一定的偏差，由于尺寸影响，激波强度在微型激波管内会产生更多的损失。目前对于小尺寸激波管内激波的传播特性研究还不够深入。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，每个传感器的间隔以及相对于爆破片的位置可通过采用不同长度的拼接管道组合来实现，其连接方式能够保证激波管管道和传感器安装模组紧密配合，同时，可保证安装装置具有足够的拉伸强度，可承受较大的紧固力；采用可移动固定装置保证拼接激波管在长度可变的情况下能够严格固定，传感器安装装置对位开孔，可以安装光电传感器，用于研究可燃气体在激波内点火燃烧以及燃烧与激波的相互作用。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，包括高压段、低压段、出口观察段和固定装置，所述高压段包括气瓶、减压阀、气动阀、进气管和高压罐，所述气瓶通过进气管与高压罐的上游进气口相连，所述减压阀设在气瓶的出气口端，所述气动阀设在高压罐的进气口端；所述低压段包括拼接管道和传感器模块，与高压罐出气口端连接的拼接管道上设有爆破片，在拼接管道与传感器模块的连接处设有垫片，在传感器模块的两端设有外螺纹连接管，传感器模块与拼接管道相接后以与外螺纹连接管适配的螺母进行互锁固定，在传感器模块表面相对的位置设有传感器安装孔用以安装不同的传感器；所述出口观察段包括可视化观察箱体和高速红外摄像机，传感器的输出端和高速红外摄像机均与示波器相连；所述固定装置包括底座、设在高压罐底部的储罐固定装置和设在拼接管道位置的可移动固定装置。

进一步地，所述垫片为聚四氟乙烯垫片。

进一步地，所述可移动固定装置包括可移动滑块、上固定盖和螺丝，所述可移动滑块顶部与上固定盖通过螺丝固定连接，在可移动滑块底部的前后端分别设有一道横向滑槽，低压段部分底座上与滑槽对应的位置设有与其适配的滑条，所述滑条沿底座的长度方向延伸，所述可移动滑块可沿滑条横向移动；在可移动滑块顶部和上固定盖底部对应的位置上分别设有拼接管道连接弧形孔，两个拼接管道连接弧形孔对接后形成完整的拼接管道通孔，所述拼接管道通孔的内径与拼接管道的外径相适应。

进一步地，所述高压罐容积为1 L，高压罐上游进气口内径为0.01 m，下游出口直径根据拼接管道的直径进行相应调整。

进一步地，所述垫片连接在同心环上，所述同心环的外径与拼接管道端部内径和传感器模块端部的外螺纹连接管的内径相适应。

本实用新型的有益效果是：

1. 建立了小尺寸可拼接激波管实验平台，通过调整拼接方式，采用不同长度的拼接管道，来研究激波在不同长度下小尺寸激波管中的形成、发展和衰减过程；

2. 相对于一体成型的管道，拼接激波管的传感器安装相对灵活，其安装装置位于两管道连接处，可通过对每段拼接管道长度的调整，可以在固定管道长度下对传感器的安装相对位置进行调整；

3. 采用VCR接头的原理来连接拼接管道和传感器安装部分，同样采用内、外螺纹互锁方式来压迫垫片以求达到密封的效果，VCR接头便于安装，具有最小拆卸间隙，可以反复拆装（拆卸后重新安装需要更换新垫片）。将金属垫片改为聚四氟乙烯垫片，便于安装和更换，并保证密封良好性；

4. 传感器安装部分采用对位开孔，可安装不同类型的传感器，既可研究激波的传播特性，也可研究可燃气体在小尺寸激波管内的点火燃烧以及燃烧与激波的相互作用；

5. 激波管固定装置采用可移动固定装置，其可以根据拼接管道的长度来改变不同支架的距离以及支架的个数。

附图说明

图1为本新型实施例1公开的一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置结构示意图；

图2为本新型实施例1公开的拼接管道及传感器模块安装示意图；

图3 为本新型实施例1公开的可移动固定装置的结构爆炸图；

图4为本新型实施例1公开的可移动固定装置的装配示意图；

图5为本新型实施例2公开的保证拼接管道同心的装置示意图。

其中，1-气瓶，2-减压阀，3-气动阀，4-高压罐，5-拼接管道，6-传感器模块，7-爆破片，8-垫片，9-外螺纹连接管，10-螺母，11-传感器安装孔，12-压力传感器，13-光电传感器，14-可视化观察箱体，15-高速红外摄像机，16-示波器，17-底座，18-储罐固定装置，19-可移动固定装置，20-可移动滑块，21-上固定盖，22-螺丝，23-滑槽，24-滑条，25-拼接管道连接弧形孔，26-同心环。

具体实施方式

下面结合附图1-5对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

参考图1-4，本新型公开一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置，包括高压段、低压段、出口观察段和固定装置，整套系统均采用316L不锈钢，最高承压可达20MPa。

所述高压段包括气瓶1、减压阀2、气动阀3、进气管和高压罐4，所述气瓶1通过进气管与高压罐4的上游进气口相连，所述减压阀2设在气瓶1的出气口端，所述气动阀3设在高压罐4的进气口端，实验中可采用惰性气体和可燃气体作为实验气体，如氮气和氢气，惰性气体危险性较小，研究激波在小尺度激波管中的传播特性时可采用；而在研究激波内点火燃烧，激波与火焰的作用时可采用可燃气体。两种气体均可采用标准工业气瓶充装，其充装压力在14 MPa左右。所述高压罐4容积为1 L，高压罐4上游进气口内径为0.01 m，下游出口直径根据拼接管道5直径进行相应调整。

所述低压段包括数根拼接管道5和设在拼接管道间5的数个传感器模块6，拼接管道5的长度和直径根据实验的需要进行调整，与高压罐出气口端连接的拼接管道5上设有爆破片7，由于拼接管道5具有可调节性，所以传感器模块6之间的间隔以及每个传感器模块6相对于爆破片7的位置均可通过采用不同长度的拼接管道5组合来实现，通过调整拼接方式，采用不同长度的拼接管道，可研究激波在不同长度下小尺寸激波管中的形成、发展和衰减过程；

在拼接管道5与传感器模块6的连接处设有聚四氟乙烯材质的垫片8来保证密封效果，且聚四氟乙烯材质的垫片8相对于金属垫片更加方便安装和更换；在传感器模块6的两端设有外螺纹连接管9，传感器模块6与拼接管道5相接后以与外螺纹连接管9适配的螺母10锁紧，该处的连接方式采用VCR接头的原理，利用内、外螺纹互锁的方式压迫垫片8，可进一步加强密封效果，在传感器模块6表面相对的位置设有传感器安装孔11用以安装光电传感器13和压力传感器12，即可研究激波的传播特性，又可研究可燃气体在小尺寸激波管内的点火燃烧以及燃烧与激波的相互作用；

所述出口观察段包括可视化观察箱体14和高速红外摄像机15，该装置的数采系统主要包括压力采集、光电信号采集以及纹影图像采集，传感器的输出端和高速红外摄像机15均与示波器16相连，当开始泄放的时候，上游的压力传感器12首先捕捉到信号，示波器16实时记录，并输出信号控制高速红外摄像机15的启动，以达到对设备的同步控制。高速红外摄像机15放置于管道喷口，记录火焰的发展过程；

所述固定装置包括底座17、设在高压罐4底部的储罐固定装置18和设在拼接管道5位置的可移动固定装置19，所述可移动固定装置19包括可移动滑块20、上固定盖21和螺丝22，所述可移动滑块20顶部与上固定盖21通过螺丝22固定连接，在可移动滑块20底部的前后端分别设有一道横向的滑槽23，与低压段对应的底座17上与滑槽23对应的位置设有与其适配的滑条24，所述滑条24沿底座17的长度方向延伸，所述可移动滑块20可沿滑条24横向移动；在可移动滑块20顶部和上固定盖21底部对应的位置上分别设有拼接管道连接弧形孔25，两个拼接管道连接弧形孔25对接后形成完整的拼接管道通孔，所述拼接管道通孔的内径与拼接管道5的外径相适应，所述可移动固定装置19主要用于规格变化的拼接管道5的固定，保证拼接管道5在实验时能够严格固定，确保管道在实验中不会抖动，将拼接管道6与传感器模块6对应连接后，将可移动固定装置19移至适当的位置夹紧管道后以螺丝锁定连接。

实施例2

参考图5，与实施例1的不同之处在于，为了增强拼接管道5和传感器模块6连接位置的气密性，所述垫片8连接在同心环26上，所述同心环26的外径与拼接管道5端部和传感器模块6端部外螺纹连接管9的内径相适应，在连接时所述同心环26两端分别插入所述拼接管道5端部内和传感器模块6端部的外螺纹连接管9内即可保证连接同轴度，连接管道精密连接，垫片8与拼接管道5和传感器模块6精密连接的位置准确性得到进一步保障，有效防止设备泄漏，避免管道错位引起的激波反射。

该装置的具体测试流程：

由于高压气体具有较大的安全隐患，相对于一体管道，拼接管道存在泄漏的可能性，所以在实验的时要严格执行操作流程，具体测试流程如下：

（1）根据所需要的实验工况和目的，选择合适长度的管道进行拼接和安装，保证各连接部位零件不缺少，如垫片和同心环。安装传感器，每个安装装置上对位安装不同的传感器，一旦遗忘，会造成气体的泄漏。

（2）进行爆破片泄放实验时，要安装爆破片，并打开爆破片前的阀门，安装好之后，进行气密性检查，对高压罐内进行抽真空，当压力达到负压时，等待十几秒，观察压力是否会上升，以此来判定上游管路是否严格密封。

（3）对高压罐进行抽真空，对整套设备系统进行气密性检查，当确定无泄漏时，打开气动阀对高压罐进行充气，罐内压力逐步升高，当达到一定压力时爆破片发生破裂，当示波器接收到信号的时，触发高速红外摄像机和纹影仪等设备的开启，实时记录激波在管道内部的传播过程以及在管口的发展过程。

（4）当爆破片破裂，立即关闭上游气动阀；如进行可燃气体实验，及时采用氮气进行吹扫。同时关闭测量系统，并对所收集的实验数据进行保存，准备下一次实验。

上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

一种小尺寸可拼接激波管与传感器组合布置装置论文和设计

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