CN107328547A - 内埋武器投放模型重力补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内埋武器投放模型重力补偿装置，包括金属导轨、电磁铁、电源、滑动变阻器、导电金属杆、拉杆、柔性连接件和助停装置，其中柔性连接件一端与待补偿投放模型连接，另一端与拉杆连接，导电金属杆安装在拉杆上，两端分别安装在金属导轨上，电磁铁为两个，分别布置在导电金属杆的两侧，助停装置设置在金属导轨的一端，电路闭合后导电金属杆在磁场作用下沿金属导轨作匀加速运动，为待补偿投放模型提供加速度补偿，当导电金属杆到达金属导轨的一端，在助停装置的作用下停止运动；通过调节滑动变阻器的阻值或者两个电磁铁之间的距离，为待补偿投放模型提供可调的加速度补偿，提高自由飞风洞试验的精度及准度，完善自由飞风洞试验。

Description

内埋武器投放模型重力补偿装置

技术领域

本发明涉及风洞试验模型投放及补偿外力施加装置，尤其涉及一种内埋武器投放模型重力补偿装置，属于航空航天工程领域。

技术背景

飞行器模型风洞试验在飞行器研制初期发挥着重要作用，风洞试验的一大特征是将真实飞行器的各种参数进行相似缩比，针对缩比模型进行试验，试验所得数据经相似缩比公式反向运算便可得真实飞行器的各类气动参数。风洞自由飞模型试验中，模型尺寸往往比真实飞行器小很多，实际中经常需将几米长的真实导弹缩比成圆珠笔长短粗细尺寸的试验模型。风洞模型虽满足外形相似，但由于模型各物理量具有相关性，模型缩小后要求其具有较高重力加速度。而地球表面物体所受的重力加速度是无法改变的，一个弥补措施是提高模型的质量，而受实际材料密度的限制，使用普通材料加工的模型往往达不到数学公式推导所要求的质量值。事实上，即使是使用已知密度极高的黄金都难以配出其质量、惯量特性，弥补措施也难以服众。因此试验并不能完全满足相似率要求，由此带来了一定的试验误差，试验结果精度及准度一直深受外界质疑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种内埋武器投放模型重力补偿装置，该装置通过对自由飞模型施加恒定大小的拉力，提高了模型自由运动时的竖直加速度，提高自由飞风洞试验的精度及准度，完善自由飞风洞试验。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

内埋武器投放模型重力补偿装置，包括金属导轨、电磁铁、电源、滑动变阻器、导电金属杆、拉杆、柔性连接件和助停装置，其中柔性连接件一端与待补偿投放模型连接，另一端与拉杆连接，所述导电金属杆安装在拉杆上，且导电金属杆的两端分别安装在金属导轨上，电磁铁为两个，分别布置在导电金属杆的两侧，助停装置设置在金属导轨的一端，金属导轨、滑动变阻器与电源接通后，导电金属杆在磁场作用下沿金属导轨作匀加速运动，为待补偿投放模型提供加速度补偿，当导电金属杆到达金属导轨的一端，在助停装置的作用下停止运动；通过调节滑动变阻器的阻值或者电磁铁与导电金属杆之间的距离，为待补偿投放模型提供可调的加速度补偿。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，待补偿投放模型悬挂在载机模型上，投放模型开有缺口，缺口内部设有圆柱轴，所述圆柱轴的轴线与投放模型的轴线垂直，且过投放模型的质心；所述圆柱轴上开有环形槽，环形槽的中心与投放模型的质心重合，所述柔性连接件缠绕在环形槽内，且可绕环形槽转动。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述柔性连接件为线、绳或带状物。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述助停装置包括切断开关和两个弹簧，所述切断开关设置在其中一个金属导轨的端部，两个弹簧设置在两个金属导轨之间，所述切断开关为L形，包括两个耳片，在L形的折弯处开有通孔，与所述金属导轨相应位置开设的通孔通过连接轴连接，所述切断开关的一个耳片与金属导轨垂直，另一个耳片与金属导轨平行，两个耳片可绕所述连接轴转动。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，还包括电路开关和压紧片，所述压紧片设置在切断开关上，当金属导轨、滑动变阻器、电源、电路开关和压紧片连接，形成闭合回路，导电金属杆沿金属导轨作匀加速运动，当导电金属杆到达金属导轨一端时，与切断开关中与金属导轨垂直的耳片碰撞，使耳片绕连接轴转动，并带动压紧片断开闭合回路，同时导电金属杆与弹簧接触，防止导电金属杆脱离金属导轨。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述压紧片设置在切断开关中与金属导轨平行的耳片上，且压紧片的一端与电路开关连接，当导电金属杆与耳片碰撞时，压紧片与耳片断开。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述与金属导轨垂直的耳片的长度小于与金属导轨平行的耳片的长度；所述两个弹簧设置在靠近金属导轨端部处，弹簧的上端面低于耳片的上端面。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述拉杆为两端相接的杆状闭合结构，安装在拉杆上的导电金属杆将拉杆分为两部分，其中柔性连接件与导电金属杆一侧的拉杆连接，导电金属杆另一侧的拉杆上设有稳定块。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述拉杆为矩形框结构。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述导电金属杆沿金属导轨作匀加速运动前，柔性连接件处于拉紧状态。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，还包括整体框架，所述整体框架包括导轨框架杆、电磁铁挡块、框架板和位置调节机构，其中导轨框架杆与电磁铁挡块均安装在框架板的一个表面，位置调节机构安装在框架板的另一个表面，所述金属导轨安装在导轨框架杆上，所述电磁铁放置在若干个电磁铁挡块围成的区域内，所述位置调节机构用于调节两块电磁铁之间的距离，从而调节电磁感应强度。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述整体框架还包括弹簧框架杆，所述弹簧框架杆安装在框架板的表面，且与导轨框架杆、电磁铁挡块位于框架板的同一个表面，所述弹簧框架杆用于安装助停装置中的弹簧。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述位置调节机构包括电磁铁杆、螺母和盖块，其中电磁铁杆一端安装在电磁铁靠近框架板一侧的表面，并穿过框架板，另一端与螺母连接，电磁铁可沿电磁铁杆的轴线方向滑动，螺母外侧设有盖块，所述盖块与框架板固定连接，且盖块内端面压紧在螺母外端面上，用于限制电磁铁的运动，通过调节螺母的旋入量，可调节两块电磁铁之间的距离，从而调节电磁感应强度。

在上述内埋武器投放模型重力补偿装置中，所述盖块设有盖块通孔和两个通孔，两个螺栓分别穿过两个通孔与框架板固定连接，所述盖块通孔内径大于电磁铁杆的外径、小于螺母的最大外径，并保证盖块通过螺栓与框架板固定连接后，盖块内部的盖块盲孔端面压紧在螺母外端面上。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明针对以往自由飞风洞试验的不足，特别是内埋武器投放模型所受重力加速度不满足相似率要求的缺陷，设计了一种新型的重力加速度补偿装置，该补偿装置根据物理学中安培力的原理设计，包括金属导轨、电磁铁、导电金属杆、拉杆、柔性连接件和助停装置等，补偿装置可提供恒定的拉力，并可根据试验需求改变拉力的大小，从而为不同投放模型提供可调的加速度。

(2)、本发明补偿装置在金属导轨的末端巧妙设置助停装置，试验结束后可自动切断电路，导电金属杆不再加速，同时通过助停装置中的助停弹簧，可防止导电金属杆脱离金属导轨。

(3)、本发明补偿装置可通过调节电流的大小调节导电金属杆所受磁场力的大小，或者通过调节两个电磁铁之间的距离调节导电金属杆所受磁场力的大小，使整个重力补偿装置既能调节电流I，又能调节电磁感应强度B，从而可为投放模型提供可调的加速度值，并使风洞自由飞试验完全满足相似率要求，使整套装置更能满足试验需要。

(4)、本发明为补偿装置各组成部件巧妙设计整体安装框架，使得重力补偿装置整体结构紧凑、体积小、可靠性高，并且通过设计位置调节机构，可以方便调节两个电磁铁之间的距离，为投放模型提供可调的加速度值，同时可以对电磁铁进行限位，限制电磁铁5向设备内侧运动，保证重力补偿装置的高可靠性。

(5)、本发明补偿装置为针对困惑自由飞风洞试验的一大难题提出的创新设计，解决了模型所受加速度不足引起的试验误差，本发明技术方案可以满足自由飞风洞试验的真实模拟，从而提高试验的精度及准度、提升自由飞风洞试验在航空航天研究领域内的地位。

附图说明

图1为本发明试验装置整体示意图；

图2为本发明投放模型内部连接件细节仰视示意图；

图3为本发明重力补偿装置整体示意图；

图4为本发明滑轨细节示意图(图3的局部放大图)；

图5为本发明助停装置示意图(图3的局部放大图)；

图6为本发明重力补偿装置与整体框架装配示意图；

图7为本发明整体框架局部细节示意图；

图8为本发明整体框架中盖块安装完毕示意图；

图9为本发明导电金属杆与拉杆安装组合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明试验装置整体示意图，为了方便观察，将一侧洞体进行了隐藏，载机模型2安装在风洞弯刀上。试验开始前，投放模型3挂在载机模型2上。如图2所示为本发明投放模型内部连接件细节仰视示意图；由图可知，投放模型3的质心附近开有缺口3-3，缺口3-3内部设有圆柱轴3-1，圆柱轴3-1的轴线与投放模型3自身轴线垂直，且过投放模型3的质心。圆柱轴3-1上有环形缺口(即环形槽)3-2，环形槽3-2的中心与投放模型3的质心重合。柔性连接件11缠绕在环形槽3-2内，且可绕环形槽3-2自由转动。最大程度减小丝线对投放模型3俯仰运动的影响，并且模型其他自由度的运动不受影响。其中柔性连接件11可以为线、绳或带状物，本实施例中采用丝线。

如图3所示为本发明重力补偿装置整体示意图，图6所示为本发明重力补偿装置与整体框架装配示意图，本发明重力补偿装置包括金属导轨4、电磁铁5、电源6、滑动变阻器7、导电金属杆8、拉杆9、柔性连接件11、电路开关14、压紧簧片15、助停装置和整体框架17。本实施例中柔性连接件11为连接丝线。其中连接丝线11一端与待补偿投放模型3连接，另一端与拉杆9连接，导电金属杆8安装在拉杆9上。如图9所示为本发明导电金属杆与拉杆安装组合示意图，由图可知，拉杆9为两端相接的杆状闭合结构，安装在拉杆9上的导电金属杆8将拉杆9分为两部分，其中连接丝线11与导电金属杆8一侧的拉杆9连接，导电金属杆8另一侧的拉杆9上设有稳定块10。本实施例中拉杆9为矩形框结构，且导电金属杆8安装在矩形拉杆9的中间位置，使得拉杆9关于导电金属杆8对称。本发明中导电金属杆8通过拉杆9与连接丝线11连接，使用拉杆9可避免导电金属杆8与连接丝线11直接连接引起的运动不稳定情况。为提高机构运动前的稳定性，拉杆9另一侧有稳定块10，机构运动前，连接丝线11处于拉紧状态。

如图4所示为本发明滑轨细节示意图(图3的局部放大图)，导电金属杆8两端有金属簧片8-1，金属簧片8-1卡在金属导轨4的导轨槽4-1内。使用导线将金属导轨4、电源6、滑动变阻器7、电路总开关14及压紧簧片15连接在一起。根据物理学中安培力的原理F＝I*L*B，当磁场中存在恒定电流时，磁场中的导线会作切割磁感线的匀加速运动。电磁铁5为两个，分别布置在导电金属杆8的两侧，助停装置设置在金属导轨4的一端，金属导轨4两侧磁极不同，两块电磁铁5之间形成相对均匀磁场，且保证当电路接通时，金属导轨4可快速向下作匀加速运动，并通过连接丝线11对投放模型3施加恒定的拉力，为投放模型3提供附加加速度，通过调节滑动变阻器7的阻值可调节流经导电金属杆8的电流大小，通过调节电流的大小可调节导电金属杆8所受磁场力的大小，从而可为投放模型3提供可调的加速度值，此外通过调节两个电磁铁5之间的距离，也可为待补偿投放模型3提供可调的加速度值，从而使风洞自由飞试验完全满足相似率要求。当导电金属杆8到达金属导轨4的一端，在助停装置的作用下停止运动。

如图5所示为本发明助停装置示意图(图3的局部放大图)，由图可知，助停装置包括切断开关13和两个弹簧12，其中切断开关13设置在其中一个金属导轨4的端部，两个弹簧12设置在靠近金属导轨4端部处，且位于两个金属导轨4之间。切断开关13为L形，包括两个互相垂直的耳片13-1、13-2，其中耳片13-2与金属导轨4垂直，耳片13-1与金属导轨4平行，且耳片13-2的长度小于耳片13-1的长度，两个耳片可绕连接轴转动，弹簧12的上端面低于耳片13-2的端面。在切断开关13的L形折弯处开有通孔，金属导轨4的相应位置也开设通孔，两个通孔通过连接轴连接。

压紧片15设置在切断开关13中与金属导轨4平行的耳片13-1上，且压紧片15的一端与电路开关14连接，当金属导轨4、滑动变阻器7、电源6、电路开关14和压紧片15连接，形成闭合回路，导电金属杆8沿金属导轨4作匀加速运动，当导电金属杆8到达金属导轨4一端时，会拨动较短耳片13-2绕其连接轴转动，同时带动较长耳片13-1转动，较长耳片13-1转动会使其上的压紧片15脱落，从而切断电路，同时导电金属杆8不再加速，并与弹簧12接触，防止导电金属杆8脱离金属导轨4。本发明中压紧片15可以选择压紧簧片。

如图6所示为本发明重力补偿装置与整体框架装配示意图；图7为本发明整体框架局部细节示意图；由图可知，本发明整体安装框架包括导轨框架杆17-3、电磁铁挡块17-4、弹簧框架杆17-5、框架板17-6和位置调节机构，其中导轨框架杆17-3、电磁铁挡块17-4、弹簧框架杆17-5均安装在框架板17-6的一个表面，位置调节机构安装在框架板17-6的另一个表面，金属导轨4安装在导轨框架杆17-3上，电磁铁5放置在若干个电磁铁挡块17-4围成的区域内，本实施例中电磁铁挡块17-4为四个，弹簧框架杆17-5用于安装助停装置中的弹簧12。

位置调节机构用于调节两块电磁铁5之间的距离，从而调节电磁感应强度。位置调节机构包括电磁铁杆16、螺母18、盖块19和两个螺栓20，其中电磁铁杆16一端固定连接在电磁铁5靠近框架板17-6一侧的表面，并穿过框架板17-6，另一端与螺母18连接，电磁铁5可延电磁铁杆16的轴线方向滑动，电磁铁杆16悬空端有外螺纹，且可穿过框架板17-6的通孔17-2，螺母18可拧在电磁铁杆16的外螺纹上，从而可以限制电磁铁5向设备内侧运动。

螺母18外侧设有盖块19，盖块19设有盖块大通孔19-1，盖块大通孔19-1内径大于电磁铁杆16的外径、但小于螺母18的最大外径，并可保证两个螺栓20透过盖块两端通孔19-2拧入框架板17-6的框架螺纹孔17-1时，盖块19的盖块盲孔端面19-3可压紧在螺母18端面上，从而限制电磁铁5的运动。通过调节螺母18的旋入量，可调节两块电磁铁5之间的距离，从而可以调节电磁感应强度B，进而使整套试验设备既能调节电流I，又能调节电磁感应强度B，从而使整套设备更能满足试验需要。如图8所示为本发明整体框架中盖块安装完毕示意图。

试验开始前，除电路总开关14将各电路接通，连接丝线11连接好投放模型3及拉杆9。接通电路总开关14，投放模型3进行弹射，测量投放模型3加速度是否满足要求，若不合适调节滑动变阻器7、以及电磁感应强度B，再次进行调试。当加速度值满足要求时可进行正式风洞吹风试验。

本发明解决了模型所受加速度不足引起的试验误差，可以满足自由飞风洞试验的真实模拟，从而提高试验的精度及准度、抬升自由飞风洞试验在航空航天研究领域内的地位。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.内埋武器投放模型重力补偿装置，其特征在于：包括金属导轨(4)、电磁铁(5)、电源(6)、滑动变阻器(7)、导电金属杆(8)、拉杆(9)、柔性连接件(11)和助停装置，其中柔性连接件(11)一端与待补偿投放模型(3)连接，另一端与拉杆(9)连接，所述导电金属杆(8)安装在拉杆(9)上，且导电金属杆(8)的两端分别安装在金属导轨(4)上，电磁铁(5)为两个，分别布置在导电金属杆(8)的两侧，助停装置设置在金属导轨(4)的一端，金属导轨(4)、滑动变阻器(7)与电源(6)接通后，导电金属杆(8)在磁场作用下沿金属导轨(4)作匀加速运动，为待补偿投放模型(3)提供加速度补偿，当导电金属杆(8)到达金属导轨(4)的一端，在助停装置的作用下停止运动；通过调节滑动变阻器(7)的阻值或者电磁铁(5)与导电金属杆(8)之间的距离，为待补偿投放模型(3)提供可调的加速度补偿。

2.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于：所述待补偿投放模型(3)悬挂在载机模型(2)上，投放模型(3)开有缺口(3-3)，缺口(3-3)内部设有圆柱轴(3-1)，所述圆柱轴(3-1)的轴线与投放模型(3)的轴线垂直，且过投放模型(3)的质心；所述圆柱轴(3-1)上开有环形槽(3-2)，环形槽(3-2)的中心与投放模型(3)的质心重合，所述柔性连接件(11)缠绕在环形槽(3-2)内，且可绕环形槽(3-2)转动。

3.根据权利要求1或2所述的重力补偿装置，其特征在于：所述柔性连接件(11)为线、绳或带状物。

4.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于：所述助停装置包括切断开关(13)和两个弹簧(12)，所述切断开关(13)设置在其中一个金属导轨(4)的端部，两个弹簧(12)设置在两个金属导轨(4)之间，所述切断开关(13)为L形，包括两个耳片(13-1、13-2)，在L形的折弯处开有通孔，与所述金属导轨(4)相应位置开设的通孔通过连接轴连接，所述切断开关(13)的一个耳片与金属导轨(4)垂直，另一个耳片与金属导轨(4)平行，两个耳片(13-1、13-2)可绕所述连接轴转动。

5.根据权利要求4所述的重力补偿装置，其特征在于：还包括电路开关(14)和压紧片(15)，所述压紧片(15)设置在切断开关(13)上，当金属导轨(4)、滑动变阻器(7)、电源(6)、电路开关(14)和压紧片(15)连接，形成闭合回路，导电金属杆(8)沿金属导轨(4)作匀加速运动，当导电金属杆(8)到达金属导轨(4)一端时，与切断开关(13)中与金属导轨(4)垂直的耳片(13-2)碰撞，使耳片(13-2)绕连接轴转动，并带动压紧片(15)断开闭合回路，同时导电金属杆(8)与弹簧(12)接触，防止导电金属杆(8)脱离金属导轨(4)。

6.根据权利要求5所述的重力补偿装置，其特征在于：所述压紧片(15)设置在切断开关(13)中与金属导轨(4)平行的耳片(13-1)上，且压紧片(15)的一端与电路开关(14)连接，当导电金属杆(8)与耳片(13-2)碰撞时，压紧片(15)与耳片(13-1)断开。

7.根据权利要求4～6之一所述的重力补偿装置，其特征在于：所述与金属导轨(4)垂直的耳片(13-2)的长度小于与金属导轨(4)平行的耳片(13-1)的长度；所述两个弹簧(12)设置在靠近金属导轨(4)端部处，弹簧(12)的上端面低于耳片(13-2)的上端面。

8.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于：所述拉杆(9)为两端相接的杆状闭合结构，安装在拉杆(9)上的导电金属杆(8)将拉杆(9)分为两部分，其中柔性连接件(11)与导电金属杆(8)一侧的拉杆(9)连接，导电金属杆(8)另一侧的拉杆(9)上设有稳定块(10)。

9.根据权利要求8所述的重力补偿装置，其特征在于：所述拉杆(9)为矩形框结构。

10.根据权利要求1、8或9之一所述的重力补偿装置，其特征在于：所述导电金属杆(8)沿金属导轨(4)作匀加速运动前，柔性连接件(11)处于拉紧状态。

11.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于：还包括整体框架(17)，所述整体框架(17)包括导轨框架杆(17-3)、电磁铁挡块(17-4)、框架板(17-6)和位置调节机构，其中导轨框架杆(17-3)与电磁铁挡块(17-4)均安装在框架板(17-6)的一个表面，位置调节机构安装在框架板(17-6)的另一个表面，所述金属导轨(4)安装在导轨框架杆(17-3)上，所述电磁铁(5)放置在若干个电磁铁挡块(17-4)围成的区域内，所述位置调节机构用于调节两块电磁铁(5)之间的距离，从而调节电磁感应强度。

12.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于：所述整体框架(17)还包括弹簧框架杆(17-5)，所述弹簧框架杆(17-5)安装在框架板(17-6)的表面，且与导轨框架杆(17-3)、电磁铁挡块(17-4)位于框架板(17-6)的同一个表面，所述弹簧框架杆(17-5)用于安装助停装置中的弹簧(12)。

13.根据权利要求11或12所述的重力补偿装置，其特征在于：所述位置调节机构包括电磁铁杆(16)、螺母(18)和盖块(19)，其中电磁铁杆(16)一端安装在电磁铁(5)靠近框架板(17-6)一侧的表面，并穿过框架板(17-6)，另一端与螺母(18)连接，电磁铁(5)可沿电磁铁杆(16)的轴线方向滑动，螺母(18)外侧设有盖块(19)，所述盖块(19)与框架板(17-6)固定连接，且盖块(19)内端面压紧在螺母(18)外端面上，用于限制电磁铁(5)的运动，通过调节螺母(18)的旋入量，可调节两块电磁铁(5)之间的距离，从而调节电磁感应强度。

14.根据权利要求14所述的重力补偿装置，其特征在于：所述盖块(19)设有盖块通孔(19-1)和两个通孔(19-2)，两个螺栓(20)分别穿过两个通孔(19-2)与框架板(17-6)固定连接，所述盖块通孔(19-1)内径大于电磁铁杆(16)的外径、小于螺母(18)的最大外径，并保证盖块(19)通过螺栓(20)与框架板(17-6)固定连接后，盖块(19)内部的盖块盲孔端面(19-3)压紧在螺母(18)外端面上。