CN104648691A - 气动力的电磁模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气动力的电磁模拟试验装置，其包括通电螺线管、模型固定装置、加载卡环、电源开关和程控电源，通电螺线管为空心圆筒形，用于产生轴向均匀的磁感线方向一致的磁场，模型固定装置配置在通电螺线管的一端，用于将试验模型固定在通电螺线管的空心范围内，加载卡环包括卡环和导线，卡环为利用不导电材料制成的能够从下方卡装在试验模型上的凹形槽，凹形槽内平行地铺设有多条导线，导线方向与通电螺线管产生的磁感线方向垂直，每条导线都分为平铺于凹形槽底面的横向导线段和沿着凹形槽壁铺设的竖向导线段，这些导线经过并联后借助电源开关与程控电源连接。本发明利用安培力实现飞行器静动态气动载荷的真实模拟。

Description

气动力的电磁模拟试验装置

技术领域

本发明涉及气动力的地面模拟，尤其涉及气动力的电磁模拟试验装置，属于航天航空工程领域。

背景技术

一般来说，对于飞行器试验的研究都会采风洞试验的形式。而对于大柔性飞行器，其机翼结构通常具有大尺度、重量轻、频率低、变形大等特点。飞行器的这些结构特点通常要求试验模型特别是机翼模型与原型形状相似，又需要有相似的刚度和质量分布，这使试验模型设计工作变得格外费力。另一方面风洞试验高额的试验费用也让重复试验变得困难，风洞试验的雷诺数，边界条件也很难与真实飞行状况完全一致。

因此，国内外研究人员大量使用地面试验来代替风洞试验。主要的地面加载试验有采用作动器，沙袋，激振器等方式进行加载(如图1)。

但是，现有的一般的地面加载试验装置存在着以下不足：

(1)无法模拟模型阻力，无法附加模型偏航力矩。

(2)加载振幅较小，无法实现大振幅振动的情况。

(3)加载装置与试验模型相互接触，会干扰试验数据的准确性。

(4)一般很难实现对动态气动力的模拟。

发明内容：

本发明旨在建立一套非接触电磁加载装置，利用安培力实现飞行器静动态气动载荷的真实模拟，利用地面试验来代替风洞试验，对大展弦比机翼进行加载试验，为大柔性飞行器的研制提供可靠的试验技术支撑。

本发明的气动力的电磁模拟试验装置包括：通电螺线管、模型固定装置、加载卡环、电源开关和程控电源，所述通电螺线管为空心圆筒形，用于产生轴向均匀的磁感线方向一致的磁场，所述模型固定装置配置在所述通电螺线管的一端，用于将试验模型固定在所述通电螺线管的空心范围内，所述加载卡环包括卡环和导线，所述卡环为利用不导电材料制成的能够从下方卡装在所述试验模型上的凹形槽，所述凹形槽内平行地铺设有多条所述导线，所述导线方向与所述通电螺线管产生的磁感线方向垂直，每条所述导线都分为平铺于底面的横向导线段和沿着所述凹形槽壁铺设的竖向导线段，这些所述导线经过并联后借助所述电源开关与所述程控电源连接。

优选在所述试验模型上卡装多个所述加载卡环。

优选所述通电螺线管的磁感应强度大于0.4T。

优选所述程控电源的信号频率不低于150Hz。

优选所述加载卡环与所述开关、所述程控电源构成的闭合电路的许用最大电流不低于6A。

优选所述加载卡环为轻质硬塑材料所制。

本发明的有益效果：

(1)可以通过调节竖向导线中的电流强度实现飞行器阻力的模拟，从而模拟模型的偏转力矩。可以通过改变横向导线与竖向导线的长度关系来模拟升阻比的变化。

(2)相对于一般地面试验，此方法加载范围较大，可以结构实现大振幅振动情况下的加载。

(3)相比于以往的集中加载，利用加载卡环进行模型加载类似于片条原理对载荷进行模拟。可以更均匀、更有效的模拟气动力。

可以通过计算机控制，程控电源调节电流大小，可以实现对机动载荷、突风载荷等动态气动力的模拟。

附图说明

图1为现有地面试验示意图。

图2为本发明的气动力电磁模拟试验装置等轴视图。

图3为本发明的气动力电磁模拟试验装置加载卡环局部视图。

图4为加载卡环的导线布局的示意图。

图5本发明控制电路示意图。

图中主要标号说明：

1试验模型、2加载沙袋、3通电螺线管、4导线、5加载卡环、6电源开关、7程控电源、8模型固定装置

具体实施方式

如图2、图3、图4所示，本发明包括试验模型1、通电螺线管3、导线4、加载卡环5、电源开关6、程控电源7和模型固定装置8。

通电螺线管3为空心圆筒形，能够在内部产生轴向均匀的磁感线方向一致的磁场。模型固定装置8配置在通电螺线管3的一端，将试验模型1固定在通电螺线管3的空心范围内，加载卡环5包括卡环和导线，卡环为轻质硬塑或者复合材料所制，卡环本身不导电。卡环是配合试验模型1的形状的凹形槽，能够从下方卡装在试验模型1上，能够将试验模型包裹一半。卡环的凹形槽内平行地铺设有多条导线4，导线4的方向与通电螺线管3产生的磁感线方向垂直。每条导线4都具有平铺于凹形槽内底面的横向导线段和沿着凹形槽壁铺设的两个竖向导线段，所有的导线4经过并联后借助电源开关6与程控电源7连接，构成闭合电路。通过对导线4通过电流，而在导线4的横向导线段产生提升模型的升力，并且在竖向导线段产生对试验模型的阻力。由此，能够通过计算机控制程控电源，利用安培力对飞行器的气动力进行模拟。

在设计时，可以通过铺设的导线的数量和竖向导线段的长度来对应试验所需。在试验过程中可以通过控制电流的强度，对所产生的安培力的大小进行调节。

根据片条原理，可以在试验模型上卡装多个加载卡环5。本实施例中安装有三个加载卡环5。通电螺线管3的磁感应强度大于0.4T。程控电源7的信号频率不低于150Hz。加载卡环5与电源开关6、程控电源7构成的闭合电路的许用最大电流不低于6A。

具体的控制方式为：

在需要对模型进行加载时，闭合开关，需要控制程控电源改变产生的电流强度，通过导线向加载卡环上传递变化的电流信号，由于电流方向与磁铁产生的磁感应强度方向相互垂直，按照安培力左手定则原理，就会产生变化的加载力信号。横向导线段产生的安培力可以用来飞行器的升力，竖向导线段产生的安培力可以用来模拟飞行器的阻力。可以通过调节竖向导线段的长度来改变阻力的大小。通过调节横向导线段与竖向导线段长度的比例来改变升阻比的大小，利用竖向导线上施加不同电流来施加偏航力矩。加载卡环与机翼翼型紧密接触，可以通过粘贴、捆绑等方式进行固定，可以沿机翼翼展方向前后移动，用来按照片条法施加气动力载荷。可以用较多的加载卡环，使得机翼的结构加载更加准确。可以增密加载卡环上导线的数目，从而获得更大的安培力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于，包括：通电螺线管、模型固定装置、加载卡环、电源开关和程控电源，所述通电螺线管为空心圆筒形，用于产生轴向均匀的磁感线方向一致的磁场，所述模型固定装置配置在所述通电螺线管的一端，用于将试验模型固定在所述通电螺线管的空心范围内，所述加载卡环包括卡环和导线，所述卡环为利用不导电材料制成的能够从下方卡装在所述试验模型上的凹形槽，所述凹形槽内平行地铺设有多条所述导线，所述导线方向与所述通电螺线管产生的磁感线方向垂直，每条所述导线都分为平铺于凹形槽底面的横向导线段和沿着所述凹形槽壁铺设的竖向导线段，这些所述导线经过并联后借助所述电源开关与所述程控电源连接。

2.根据权利要求1所述的气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于：在所述试验模型上卡装多个所述加载卡环。

3.根据权利要求1所述的气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于：所述通电螺线管的磁感应强度大于0.4T。

4.根据权利要求1所述的气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于：所述程控电源的信号频率不低于150Hz。

5.根据权利要求1所述的气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于：所述加载卡环与所述开关、所述程控电源构成的闭合电路的许用最大电流不低于6A。

6.根据权利要求1所述的气动力的电磁模拟试验装置，其特征在于：所述加载卡环为轻质硬塑材料所制。