CN107655655A - 一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，包括一级模型、二级模型，上支杆、下支杆、拔销，转轴，上固定钉、下固定钉，上弹簧、下弹簧；上、下弹簧分别套在上、下固定钉上，上、下固定钉沿模型质心穿过一级模型及二级模型，一端与模型上的定位盲孔配合，沿轴向固定，另一端设有通孔，拔销和上、下支杆套在转轴上，可以绕转轴旋转，安装时，拔销一端插入上、下固定钉通孔中，上、下弹簧处于压缩状态，上、下支杆顶在两级模型之间，分离时，拔销受到外力牵引，迅速拔出，两级模型被解锁，上、下支杆继续支撑一级模型和二级模型，防止两个模型相对位置突变。本发明可保证一级二级模型进行分离时能够快速有效、无干扰的进行分离。

Description

一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置

技术领域

本发明涉及风洞试验模型支撑及发射投放，尤其涉及一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，属于航空航天工程领域。

背景技术

模型自由飞风洞试验是一种常用的研究飞行器动态气动特性的研究方法，同样可用于飞行器多体干扰方面的研究。试验的基本方法是风洞流场稳定之后将模型逆气流方向高速弹出，模型短时间内会在风洞中自由飞行，检验多级飞行器分离的安全性，同时使用高速摄影通过观察窗对模型进行拍摄，可获得飞行器模型自由飞的姿态轨迹，后期经过数据处理便可得出飞行器的动态气动参数。

通常意义的级间分离包括串联级间分离和并联级间分离。串联级间分离是指一级、二级分离体位置基本延飞行器飞行方向，通俗讲飞行器进行分离时其分离体一前一后分布；并联级间分离是指一级、二级分离体相对于飞行方向呈对称分布，分离体一上一下或一左一右。串联级间分离一级二级前后分布，二者接触便可基本保证分离的安全，两级的相互接触保证了飞行器分离前质心处在模型实体的包络中，便于试验时分离机构的设计加工及安装。而并联级间分离由于头部气动力的压紧作用，二者接触时很难保证安全分离，往往需要先保持一定的距离再进行两级间分离。由于两级质量相当，两级间存在的一定距离往往导致分离前飞行器的质心位于两者的缝隙区内，没有模型实体作为支撑来设计安装分离机构，这对于并联级间分离的型号以及风洞试验都带来了很大的技术难题。一级二级模型在进行分离前需作为一个刚性整体存在，不能有相对运动的自由度存在，这就要求模型固定机构必须能牢牢固定住，而在进行分离时，模型整体处于自由状态，解锁动作需要自身完成，并且解锁动作要迅速有效，且不能对模型姿态产生影响，同时风洞试验模型往往较小，众多难题叠加在一起使得并联级间分离全自由飞风洞试验技术的实现变得更加困难。

串联级间分离全自由飞风洞试验技术较为成熟，而并联级间分离全自由飞风洞试验技术因上述难题的存在而难以实现。随着空天飞行器等一批新型号研究进程的推进，并联级间分离的总体优越性体现出来，配套的试验技术必须得到提升，因此解决这一难题变得迫在眉睫。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，既可保证一级二级分离前的相对位置及姿态固定，又可保证一级二级模型进行分离时能够快速有效、无干扰的进行分离，满足试验需求。

本发明的技术解决方案是：一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于包括一级模型、二级模型、上支杆、下支杆、拔销、转轴、上固定钉、下固定钉、上弹簧、下弹簧；上弹簧和下弹簧分别套在上固定钉及下固定钉上，上固定钉和下固定钉分别沿质心穿过一级模型及二级模型，一端通过定位凸台与二级模型和一级模型上的定位盲孔配合，沿轴向固定，另一端设有通孔，拔销、下支杆、上支杆套在转轴上，可以绕转轴旋转，安装时，拔销一端插入上固定钉和下固定钉通孔中将两者连接在一起，上弹簧和下弹簧处于压缩状态，上支杆顶在二级模型底面、下支杆顶在二级模型顶面，上支杆和下支杆分别与一级模型和二级模型质心连线形成一定夹角，用于压紧拔销，分离时，拔销受到外力牵引，迅速从上固定钉和下固定钉通孔中拔出，一级模型及二级模型被解锁，上支杆和下支杆与一级模型和二级模型质心连线平行，防止解锁时一级模型、二级模型相对位置的改变。

所述一定角度的范围为3～5°。

所述二级模型上设有上固定钉通孔、上弹簧盲孔，二者共轴，且轴线过一级模型和二级模型的质心，在上弹簧盲孔一端设有二级定位盲孔，用于上固定钉沿轴向限位，二级定位盲孔为矩形盲孔，穿过上弹簧盲孔轴线中心，二级定位盲孔底面与上弹簧盲孔轴向垂直。

所述上固定钉通孔靠近一级模型的一侧端部还设有锲形二级支撑盲孔，二级支撑盲孔底面与上弹簧盲孔轴向垂直、二级支撑盲孔侧面与轴向平行。

所述一级模型上设有下固定钉通孔、下弹簧盲孔，二者共轴，且轴线过一级模型和二级模型的质心，在下弹簧盲孔一端设有一级定位盲孔，用于下固定钉沿轴向限位，一级定位盲孔为矩形盲孔，穿过下弹簧盲孔轴线中心，一级定位盲孔底面与下弹簧盲孔轴向垂直。

所述下固定钉通孔靠近一级模型的一侧端部还设有锲形一级支撑盲孔，一级支撑盲孔底面与下弹簧盲孔轴向垂直、一级支撑盲孔侧面与轴向平行。

所述拔销上设有拔销圆环外圆，拔销圆环外圆中心设有拔销转轴孔，安装时拔销线孔穿过转轴中。

上支杆包括第一上支杆平面、第二上支杆平面、上支撑杆，第一上支杆平面、第二上支杆平面中心均设有上支杆转轴孔，边缘焊接在上支撑杆两侧，第一上支杆平面、第二上支杆平面相互平行，上支杆转轴孔对齐在一条轴线上。

下支杆包括第一下支杆平面、第二下支杆平面、下支撑杆，第一下支杆平面、第二下支杆平面中心均设有下支杆转轴孔，边缘焊接在下支撑杆两侧，第一下支杆平面、第二下支杆平面相互平行，下支杆转轴孔在一条轴线上。

所述拔销圆环外圆穿过转轴位于第一上支杆平面、第二上支杆平面之间，绕转轴转动；第一上支杆平面、第二上支杆平面穿过转轴，位于第一下支杆平面、第二下支杆平面之间，绕转轴转动。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过两套固定钉及弹簧、以及固定钉上的各固定面及限位面进行连接将解锁机构与模型支撑机构设计在一起，既保证一级二级模型在分离前，作为一个刚性整体在风洞流场中短暂运动，并能经受的住风洞气流载荷的作用，在需要进行一级二级分离时，一级二级模型能够快速的释放全部6个自由度，实现风洞试验与真实飞行器运动一致的效果，从而可以使用风洞自由飞试验技术研究不同初始条件对并联级间分离安全性影响。；

(2)、本发明通过上、下支杆平面与轴线呈微小夹角、调节拔销插入的深度，既可防止试验中拔销的意外拔出而导致试验失败，又可保证解锁时，一级二级的相对位置及姿态保持不变，进一步消除解锁固定装置带来的干扰，使试验效果更加真实可靠、可信度更高；保证支撑机构在模型解锁后再解除约束，防止因解锁而引起的模型姿态改变；

(3)、本发明将解锁机构与模型支撑机构设计在一起，可把保证当模型解锁时拔销和支撑装置可顺着拔销线迅速远离试验模型，防止解锁机构及支撑机构留在流场中从而干扰一级二级的自由运动；

(4)、本发明有效模型解锁机构与模型支撑机构利用此间隙可快速撤出模型流场区域，防止了解锁装置对分离运动干扰的产生，变废为宝，使一级二级模型初始分离时存在的间隙带来的不利影响变有利。

附图说明

图1为本发明所述的一级二级分离前整体轴测图；

图2为本发明所述的一级二级分离前整体俯视图；

图3为本发明所述的一级二级分离前整体侧视图；

图4为本发明所述的一级二级固定及解锁装置示意图；

图5为本发明所述的一级二级解锁零部件示意图；

图6为本发明所述的一级二级解锁后整体侧视图；

图7为本发明所述的二级固定钉安装孔位置示意图；

图8为本发明所述的拔销细节详细示意图；

图8(a)为本发明拔销正视图；

图8(b)为本发明拔销轴测图；

图8(c)为本发明拔销俯视图；

图8(d)为本发明拔销侧视图；

图9为本发明所述的上支杆细节详细示意图；

图9(a)为本发明上支杆正视图；

图9(b)为本发明上支杆轴测图；

图9(c)为本发明上支杆俯视图；

图9(d)为本发明上支杆侧视图；

图10为本发明所述的下支杆细节详细示意图；

图10(a)为本发明下支杆正视图；

图10(b)为本发明下支杆轴测图；

图10(c)为本发明下支杆俯视图；

图10(d)为本发明下支杆侧视图；

图11为本发明实施例分离时刻各部件位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2、图3所示，所述的并联级间分离的一级模型1与二级模型2呈上下分布，并且为保证分离的安全，二者分离前上下方向保持约0.5倍二级模型长度距离，这导致二者在分离前的整体质心位于无模型实体的空隙区域。

如图4所示，包括一级模型1、二级模型2、上支杆8、下支杆9、拔销10、转轴11、上固定钉5、下固定钉6、上弹簧4、下弹簧7；上弹簧4和下弹簧7分别套在上固定钉5及下固定钉上6，上固定钉5和下固定钉6分别沿质心穿过一级模型1及二级模型2，一端通过定位凸台与二级模型2和一级模型1上的定位盲孔配合，沿轴向固定，另一端设有通孔，拔销10、下支杆9、上支杆9套在转轴11上，可以绕转轴11旋转，安装时，拔销10一端插入上固定钉5和下固定钉6通孔中将两者连接在一起，上弹簧4和下弹簧7处于压缩状态，上支杆8顶在二级模型2底面、下支杆9顶在二级模型2顶面，上支杆8和下支杆9分别与一级模型1和二级模型2质心连线形成一定夹角，用于压紧拔销10，分离时，拔销10受到外力牵引，迅速从上固定钉5和下固定钉6通孔中拔出，一级模型1及二级模型2被解锁，上支杆8和下支杆9与一级模型1和二级模型2质心连线平行，防止解锁时一级模型1、二级模型2相对位置的改变。所述一定角度的范围为3～5°。

如图5所示，上固定钉5有上固定钉定位凸台5-1可与二级定位盲孔2-1配合，上固定钉圆柱面5-2可与上弹簧盲孔2-2配合，上固定钉圆柱杆5-6与上固定钉通孔2-3配合，上固定钉凸台5-5与下固定钉凹槽6-5配合，上固定钉5与下固定钉6有通孔5-4及6-4，二者同轴，过一级二级的整体质心。同时上固定钉5有两个上固定钉圆形通孔5-3。

如图6所示，所述二级模型2上设有上固定钉通孔2-3、上弹簧盲孔2-2，二者共轴，且轴线过一级模型1和二级模型2的质心，在上弹簧盲孔2-2一端设有二级定位盲孔2-1，用于上固定钉5沿轴向限位，二级定位盲孔2-1为矩形盲孔，穿过上弹簧盲孔2-2轴线中心，二级定位盲孔2-1底面与上弹簧盲孔2-2轴向垂直。

所述上固定钉通孔2-3靠近一级模型1的一侧端部还设有锲形二级支撑盲孔2-4，二级支撑盲孔2-4底面与上弹簧盲孔2-2轴向垂直、二级支撑盲孔2-4侧面2-5与轴向平行。

如图7所示，一级模型1上有类似于二级模型2上的相似结构。所述一级模型1上设有下固定钉通孔2-3、下弹簧盲孔2-2，二者共轴，且轴线过一级模型1和二级模型2的质心，同时也肯定过二者作为一整体的质心。在下弹簧盲孔1-2一端设有一级定位盲孔1-1，用于下固定钉5沿轴向限位，一级定位盲孔1-1为矩形盲孔，穿过下弹簧盲孔1-2轴线中心，一级定位盲孔1-1底面与下弹簧盲孔1-2轴向垂直。

所述下固定钉通孔1-3靠近一级模型1的一侧端部还设有锲形一级支撑盲孔1-4，一级支撑盲孔1-4底面与下弹簧盲孔1-2轴向垂直、一级支撑盲孔1-4侧面1-5与轴向平行。

如图8所示，拔销10上有拔销圆环外圆10-1、拔销转轴孔10-2、拔销线孔10-3及拔销圆柱杆10-4。拔销圆柱杆10-4用于插入上固定钉通孔2-3和下固定钉通孔1-3中用来连接上、下固定钉5、6，拔销线孔10-3用于连接拔销线，安装时拔销线孔10-3穿过转轴11中。

如图9所示，上支杆8包括第一上支杆平面8-1、第二上支杆平面8-2、上支撑杆8-3，第一上支杆平面8-1、第二上支杆平面8-2中心均设有上支杆转轴孔8-4，边缘焊接在上支撑杆8-3两侧，第一上支杆平面8-1、第二上支杆平面8-2相互平行，上支杆转轴孔8-4对齐在一条轴线上。

如图10所示，下支杆9包括第一下支杆平面9-1、第二下支杆平面9-2、下支撑杆9-3，第一下支杆平面9-1、第二下支杆平面9-2中心均设有下支杆转轴孔9-4，边缘焊接在下支撑杆9-3两侧，第一下支杆平面9-1、第二下支杆平面9-2相互平行，下支杆转轴孔9-4在一条轴线上。

所述拔销圆环外圆10-1穿过转轴位于第一上支杆平面8-1、第二上支杆平面8-2间，绕转轴转动，拔销圆环外圆10-1半径小于夹在两个上支杆平面之间的8-1、8-2的上支撑杆端面8-5到转轴距离，这可尽量减小拔销10对上支杆8转动的影响；第一上支杆平面8-1、第二上支杆平面8-2穿过转轴，位于第一下支杆平面9-1、第二下支杆平面9-2之间，绕转轴转动。同理，上支杆圆环外圆8-3半径小于夹在两个下支杆平面之间的9-1、9-2的下支撑杆端面9-5到转轴距离，这可尽量减上支杆8对下支杆9转动的影响。

试验开始前，用转轴11将拔销10、下支杆9、上支杆8安装在一起，将拔销线3的弯钩3-1与拔销线孔10-3连接。将上下弹簧套在上固定钉5及下固定钉6上，再将上下固定钉穿过一级模型1及二级模型2使上固定钉凸台5-5与下固定钉凹槽6-5配合在一起，再将拔销圆柱杆10-4插入上、下固定钉通孔5-4及6-4中，将上支杆圆柱面8-1调节至二级支撑盲孔2-4底面与侧面2-5所形成的直角处，再将下支杆圆柱面9-1调节至一级支撑盲孔1-4底面与侧面1-5所形成的直角处，此时上弹簧4及下弹簧7处于压缩状态。同时本发明的一个重要创新点也是试验成功的一个关键点在于，装置安装到位后上支杆平面8-2及下支杆平面9-2与上固定钉通孔2-3轴线存在微小夹角，夹角大约为3～5度左右。由于此时弹簧处于压缩状态，此夹角的存在可起到压紧拔销10的作用，防止振动引起装置松动拔销10意外拔出。同时此夹角不能太大，夹角过大则需要较大的拔销力，若拔销力太小则导致拔销难以拔出，亦容易导致试验失败。同时本发明的另一发明点在于，对拔销圆柱杆10-4长度也有要求，当拔销被拔出的瞬间，刚好是上支杆平面8-2及下支杆平面9-2与上固定钉通孔2-3轴线平行的时候，这可保证一级模型1及二级模型2在被解锁的瞬间，也就是上下固定钉被弹开的瞬间，上下支杆起到固定一二级模型相对位置的作用，防止上下固定钉被弹开引起一二级相对位置的改变。

如图11所示，试验开始时，一级和二级模型作为一个整体被发射到风洞流场中，拔销线一端拴在模型拔销上，一端固定在风洞弯刀上，当模型向前运动达到拔销线的长度极限时，拔销线会给拔销施加拔销力，拔销被拔出，从而上下固定钉被弹簧弹开，一二级模型得到解锁，此时上支杆平面8-2及下支杆平面9-2与上固定钉通孔2-3轴线平行，可保证解锁时一二级相对位置、姿态不变，从而可以达到试验设计要求，解决了以往并联级间分离不能实现的困境，保证试验圆满成功。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

本发明说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于包括一级模型(1)、二级模型(2)、上支杆(8)、下支杆(9)、拔销(10)、转轴(11)、上固定钉(5)、下固定钉(6)、上弹簧(4)、下弹簧(7)；上弹簧(4)和下弹簧(7)分别套在上固定钉(5)及下固定钉上(6)，上固定钉(5)和下固定钉(6)分别沿质心穿过一级模型(1)及二级模型(2)，一端通过定位凸台与二级模型(2)和一级模型(1)上的定位盲孔配合，沿轴向固定，另一端设有通孔，拔销(10)、下支杆(9)、上支杆(9)套在转轴(11)上，可以绕转轴(11)旋转，安装时，拔销(10)一端插入上固定钉(5)和下固定钉(6)通孔中将两者连接在一起，上弹簧(4)和下弹簧(7)处于压缩状态，上支杆(8)顶在二级模型(2)底面、下支杆(9)顶在二级模型(2)顶面，上支杆(8)和下支杆(9)分别与一级模型(1)和二级模型(2)质心连线形成一定夹角，用于压紧拔销(10)，分离时，拔销(10)受到外力牵引，迅速从上固定钉(5)和下固定钉(6)通孔中拔出，一级模型(1)及二级模型(2)被解锁，上支杆(8)和下支杆(9)与一级模型(1)和二级模型(2)质心连线平行，防止解锁时一级模型(1)、二级模型(2)相对位置的改变。

2.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述一定角度的范围为3～5°。

3.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述二级模型(2)上设有上固定钉通孔(2-3)、上弹簧盲孔(2-2)，二者共轴，且轴线过一级模型(1)和二级模型(2)的质心，在上弹簧盲孔(2-2)一端设有二级定位盲孔(2-1)，用于上固定钉(5)沿轴向限位，二级定位盲孔(2-1)为矩形盲孔，穿过上弹簧盲孔(2-2)轴线中心，二级定位盲孔(2-1)底面与上弹簧盲孔(2-2)轴向垂直。

4.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述上固定钉通孔(2-3)靠近一级模型(1)的一侧端部还设有锲形二级支撑盲孔(2-4)，二级支撑盲孔(2-4)底面与上弹簧盲孔(2-2)轴向垂直、二级支撑盲孔(2-4)侧面(2-5)与轴向平行。

5.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述一级模型(1)上设有下固定钉通孔(2-3)、下弹簧盲孔(2-2)，二者共轴，且轴线过一级模型(1)和二级模型(2)的质心，在下弹簧盲孔(1-2)一端设有一级定位盲孔(1-1)，用于下固定钉(5)沿轴向限位，一级定位盲孔(1-1)为矩形盲孔，穿过下弹簧盲孔(1-2)轴线中心，一级定位盲孔(1-1)底面与下弹簧盲孔(1-2)轴向垂直。

6.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述下固定钉通孔(1-3)靠近一级模型(1)的一侧端部还设有锲形一级支撑盲孔(1-4)，一级支撑盲孔(1-4)底面与下弹簧盲孔(1-2)轴向垂直、一级支撑盲孔(1-4)侧面(1-5)与轴向平行。

7.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于拔销(10)上设有拔销圆环外圆(10-1)，拔销圆环外圆(10-1)中心设有拔销转轴孔(10-2)，安装时拔销线孔(10-3)穿过转轴(11)中。

8.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于上支杆(8)包括第一上支杆平面(8-1)、第二上支杆平面(8-2)、上支撑杆(8-3)，第一上支杆平面(8-1)、第二上支杆平面(8-2)中心均设有上支杆转轴孔(8-4)，边缘焊接在上支撑杆(8-3)两侧，第一上支杆平面(8-1)、第二上支杆平面(8-2)相互平行，上支杆转轴孔(8-4)对齐在一条轴线上。

9.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于下支杆(9)包括第一下支杆平面(9-1)、第二下支杆平面(9-2)、下支撑杆(9-3)，第一下支杆平面(9-1)、第二下支杆平面(9-2)中心均设有下支杆转轴孔(9-4)，边缘焊接在下支撑杆(9-3)两侧，第一下支杆平面(9-1)、第二下支杆平面(9-2)相互平行，下支杆转轴孔(9-4)在一条轴线上。

10.根据权利要求1所述的一种并联级间分离全自由飞风洞试验装置，其特征在于所述拔销圆环外圆(10-1)穿过转轴位于第一上支杆平面(8-1)、第二上支杆平面(8-2)之间，绕转轴转动；第一上支杆平面(8-1)、第二上支杆平面(8-2)穿过转轴，位于第一下支杆平面(9-1)、第二下支杆平面(9-2)之间，绕转轴转动。