CN109668712B - 一种模型发射装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模型发射装置及其应用。所述装置包括同轴设置且依次连接的套筒、三级气缸、二级气缸和一级气缸；套筒内设置有模型夹持器和受套筒限制的夹子；三级气缸内设置有具有三级活塞杆堵头的三级活塞杆和导气槽；二级气缸的一端设置有具有连通槽的二级气缸盖，二级气缸内设置有可操作地卡接在连通槽内或从连通槽内脱离的二级活塞杆；一级气缸内设置有一级堵头、一级活塞、弹簧底座和具有预紧载荷的压缩弹簧，二级活塞杆依次套设有一级堵头和一级活塞；一级堵头与一级活塞之间形成腔体，一级气缸上设置有与二级气缸连通的二级气缸进气口和与腔体连通的一级气缸进气口。本发明装置实现了高超声速风洞试验模型在均匀流场中的自由飞行。

Description

一种模型发射装置及其应用

技术领域

本发明属于高超声速风洞模型自由飞试验技术领域，尤其涉及一种模型发射装置及其应用。

背景技术

随着现代战斗机和导弹飞行包线的扩展，包括大攻角和带侧滑情况下的机动飞行，在此条件下出现的非线性流动现象会对飞行器的动稳定性产生强烈的影响。要预测飞行器的动态特性，必须建立其动力学模型并获得其动稳定导数，这是有效进行飞行器控制系统设计、飞行品质评价以及地面仿真的重要前提和基础。

飞行器的动稳定性研究目前主要依靠飞行试验和风洞模拟试验。动稳定性的风洞试验方法又可分为两大类：一类模型有约束；另一类则是模型自由飞。在模型有约束的情况下，支撑系统产生的干扰比较明显且难以消除，对试验结果具有较大影响。与之相比，模型自由飞技术则具有试验中无支架干扰、无机械阻尼的优势，更能保证风洞试验与飞行状态的动力学相似，能较为真实地再现飞行器连续运动中的动态气动特性。

风洞模型自由飞试验技术，是以某种方式把试验模型投放到风洞的均匀流场中，让其自由飞行，同时用高速摄像方法实时记录下模型姿态随时间变化的图像序列，事后对图像进行判读，获得模型姿态随时间变化的数据，即运动轨迹，进而根据模型的质量特性参数和运动轨迹数据，反算出模型的气动力，从而定量或定性的分析研究其在流场中的气动特性参数。

风洞模型自由飞试验具有的优势是：与常规风洞测力、测压试验相比，无支架干扰；与风洞测量滚转(俯仰、偏航)阻尼和马格努斯力等动态特性试验相比，无支架干扰、无机械阻尼。而在高超声速试验中，支架干扰的影响不容忽视，而且对动态测量的影响较静态测量更为严重。

风洞模型自由飞试验的结果可以为飞行器外场自由飞试验的设计提供参考依据，为制定总体方案，验证气动布局的合理性等方面工作提供重要的气动力参数，确保外场模型自由飞试验的安全可靠，为飞行器试飞奠定可靠的基础。

模型发射技术是风洞模型自由飞试验技术的关键技术之一。然而，目前未见有能在高超声速风洞试验环境下实现模型安全投放到风洞的均匀流场中并且不干扰试验模型自由飞行的发射装置的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种模型发射装置及其应用。本发明中的模型发射装置能在高超声速风洞试验中以高压气体驱动的方式将模型安全投放到风洞的均匀流场中，并且能够使发射后的试验模型自由飞行，为建立与发展高超声速风洞模型自由飞试验技术提供了技术支撑。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种模型发射装置，包括同轴设置且依次连接的套筒、三级气缸、二级气缸和一级气缸；所述套筒内设置有模型夹持器和受所述套筒的空间限制的夹子，所述夹子通过第一销轴与所述模型夹持器连接，所述第一销轴的外周套设有扭簧，所述夹子通过所述套筒的空间限制作用压缩所述扭簧以使得所述夹子和所述模型夹持器固定住待发射模型；所述三级气缸内设置有三级活塞杆和开设在所述三级气缸上的导气槽，所述三级活塞杆靠近所述套筒的一端与所述模型夹持器连接，所述三级活塞杆靠近所述二级气缸的一端设置有三级活塞杆堵头；所述二级气缸靠近所述三级气缸的一端设置有二级气缸盖，所述二级气缸盖上开设有连通槽，所述二级气缸内设置有二级活塞杆，所述二级活塞杆的一端设置有二级活塞杆堵头，所述二级活塞杆设置有二级活塞杆堵头的一端可操作地卡接在所述连通槽内或从所述连通槽内脱离，所述二级活塞杆的另一端伸入所述一级气缸内；所述一级气缸内设置有一级堵头、一级活塞、弹簧底座和具有预紧载荷的压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别连接有所述一级活塞和所述弹簧底座，所述压缩弹簧的两端分别连接有所述一级活塞和所述压缩弹簧，所述二级活塞杆伸入所述一级气缸的一端依次套设有所述一级堵头和所述一级活塞；所述一级堵头与所述一级活塞之间形成腔体，所述一级气缸上设置有与所述二级气缸连通的二级气缸进气口和与所述腔体连通的一级气缸进气口，所述二级气缸进气口和所述一级气缸进气口分别位于所述一级堵头的两侧，所述一级堵头用于隔断所述二级气缸和所述腔体。

优选地，所述三级气缸从下至上包括三级气缸前段和三级气缸后段，紧贴所述三级气缸前段和所述三级气缸后段的内壁分别设置有三级气缸前段内套和三级气缸后段内套；所述三级气缸前段内套的内径小于所述三级气缸后段内套的内径，且所述三级气缸前段内套的内径与所述三级活塞杆的直径相匹配。

优选地，所述导气槽开设在所述三级气缸后段内套的内壁上。

优选地，所述一级活塞从下至上包括一级活塞前部和一级活塞后部，所述一级活塞前部的外径大于所述一级活塞后部的外径，所述一级活塞前部与所述一级气缸的内壁可活动连接；所述一级活塞后部上套设有紧贴所述一级活塞前部设置的推力轴承。

优选地，所述二级气缸盖的轴向方向的两侧均设置有密封垫，当所述二级活塞杆堵头卡接在所述连通槽内时，所述密封垫用于对所述二级气缸进行密封。

优选地，所述一级堵头上设置有用于对所述二级气缸和所述腔体进行密封的第一密封圈。

优选地，所述套筒套接在所述三级气缸的一端的外周；和/或所述三级气缸和所述二级气缸之间通过第二销轴轴向定位，并且所述三级气缸和所述二级气缸相连接的一端的外周设置有大螺母，所述三级气缸和所述二级气缸之间通过所述大螺母紧固。

优选地，所述一级活塞后部套设在所述压缩弹簧的内部。

优选地，所述模型发射装置还包括用于将所述模型发射装置固定在高超声速风洞的试验段内的攻角机构接口。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的模型发射装置在高超声速风洞模型自由飞试验中的应用。

本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：

(1)本发明中的模型发射装置发射速度快、模型发射速度可调、稳定性好、可靠性高、使用效率高，能保证模型(试验模型)获得足够大的发射初速度，使其飞行时间足够长，在观察区的飞行距离足够长，能获得足够多的自由飞行图像；本发明中的模型发射装置不干涉发射后模型在流场中自由飞行的过程，能够避免由于飞行轨迹的不准而影响定量或定性地分析高超声速飞行器气动特性参数的问题。

(2)本发明中的模型发射装置能够承受风洞启动的冲击；在风洞启动时，强激波会对试验段中的模型及试验装置产生强烈的冲击，而本发明中的模型发射装置能通过夹子和模型夹持器将待发射模型(试验模型)固定住，能为试验模型提供可靠的支撑，在风洞启动时，不会出现模型晃动现象，从而能保证试验的安全性、可靠性。

(3)本发明中的模型发射装置具有新型的密封结构，所述模型发射装置包括的压缩弹簧的预紧载荷能够作为初始密封力对储气室(二级气缸的内部容纳空间)进行初密封；当储气室进行储气时，能够实现储气室利用自身的高压气体进行自密封。

(4)本发明中的模型发射装置采用了新型的模型发射方式，其采用储能冲击方式能快速发射模型，通过调节二级气缸盖上的连通槽大小，可实现储气室被打开时的气体流量控制。

(5)本发明中的模型发射装置具有新型的减震防撞击结构，本发明在三级气缸后段内套上设置了导气槽，使得三级活塞杆运动到导气槽上时，导气槽发生作用，储气室内的高压气体通过导气槽进入到三级活塞杆的另外一端，能够有效起到减震防撞击效果。

(6)本发明中的模型发射装置通过模型夹持器上的扭簧、夹子将试验模型固定在套筒内，套筒的空间限制使得扭簧被压缩，模型安装完毕后扭簧在套筒内保持张力，当试验中发射模型过程中，模型夹持器被推出套筒的瞬间，扭簧的张力提供夹子产生张开运动的初始动力，随后气动力作用在夹子上，使得夹子能够迅速张开释放模型。

(7)本发明中的模型发射装置结构紧凑、布局合理、使用方便，能够适应于安装装置的空间大小有限的环境；本发明中的模型发射装置可满足高超声速风洞模型自由飞试验的要求，实现了高超声速风洞试验模型在均匀流场中自由飞行，建立与发展了高超声速风洞模型自由飞试验技术，能够广泛应用于风洞试验等领域。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中的尺寸不一定与实际产品一致。

图1是本发明一个具体实施方式中的模型发射装置的结构示意图。

图2是图1中A部分的放大图。

图3是图1中B部分的放大图。

图4是图1中模型发射装置中包括的扭簧的结构示意图。

图5是图4中扭簧的右视图。

图中：1：套筒；11：夹子；12：第一销轴；13：模型夹持器；14：第一圆柱销；15：扭簧；151：扭簧本体；152：支撑脚；2：三级气缸；21：三级气缸前段内套；22：三级气缸后段内套；23：三级活塞杆；231：三级活塞杆堵头；232：第二密封圈；24：导气槽；25：第二销轴；3：二级气缸；31：二级气缸盖；311：连通槽；312：第一密封垫；32：二级活塞杆；321：二级活塞杆堵头；4：一级气缸；41：二级气缸进气口；42：一级气缸进气口；43：一级活塞；431：一级活塞前部；432：一级活塞后部；44：一级堵头；441：第一密封圈；45：推力轴承；46：压缩弹簧；47：弹簧底座；48：一级气缸后部；49：腔体；5：大螺母；51：紧定螺钉孔；6：攻角机构接口；61：内六角螺钉；62：第二圆柱销。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在第一方面提供了一种模型发射装置，图1是本发明一个具体实施方式中的模型发射装置的结构示意图；图2是图1中A部分的放大图；图3是图1中B部分的放大图；图4是图1中模型发射装置中包括的扭簧的结构示意图；图5是图4中扭簧的右视图。

在本发明中，例如，如图1、图2和图3所示，所述模型发射装置包括同轴设置且依次连接(例如如图1所示的从下至上依次连接)的套筒1、三级气缸2、二级气缸3和一级气缸4；所述套筒1、所述三级气缸2、所述二级气缸3和所述一级气缸4之间例如可以螺纹连接；所述套筒1内设置有模型夹持器13和受所述套筒1的空间限制的夹子(爪子)11，所述夹子11通过第一销轴12与所述模型夹持器13连接，所述第一销轴12的外周套设有扭簧(扭簧套设在第一销轴的外部)，例如，如图1所示，所述夹子11通过两个所述第一销轴12连接在所述模型夹持器13的两侧；在本发明中，套设在每个所述第一销轴的外部的所述扭簧的数量可以为一个或者两个及两个以上，图1中未示出扭簧，图4和图5中示意了扭簧的结构。在本发明中，如图4和图5所示，所述扭簧15包括扭簧本体151和设置在所述扭簧本体151的两端的向外延伸的两个支撑脚152；在本发明中，所述扭簧本体151套设在所述第一销轴12的外周，所述扭簧15包括的一个所述支撑脚152穿设在所述夹子11中，所述扭簧15包括的另一所述支撑脚152穿设在所述模型夹持器13中；所述夹子11通过所述套筒1的空间限制作用压缩所述扭簧例如通过压缩所述扭簧包括的支撑脚以使得所述夹子11和所述模型夹持器13固定住待发射模型(图中未示出)。

在本发明中，所述三级气缸2内设置有三级活塞杆23和开设在所述三级气缸2上的导气槽24，所述三级活塞杆23靠近所述套筒1的一端与所述模型夹持器13连接，所述模型夹持器13例如通过螺纹以及第一圆柱销14与三级活塞杆23连接，所述三级活塞杆23靠近所述二级气缸3的一端设置有三级活塞杆堵头231；所述二级气缸3靠近所述三级气缸2的一端设置有二级气缸盖31，所述二级气缸盖31上开设有连通槽311，所述二级气缸3内设置有二级活塞杆32，所述二级活塞杆32的一端设置有二级活塞杆堵头321，所述二级活塞杆32设置有二级活塞杆堵头321的一端可操作地卡接在所述连通槽311内或从所述连通槽311内脱离，所述二级活塞杆32的另一端伸入所述一级气缸4内；在本发明中，当所述二级活塞杆32卡接在所述连通槽311内时，所述二级活塞杆32可对所述三级气缸2和所述二级气缸3进行密封，当所述二级活塞杆32从所述连通槽311内脱离时，所述三级气缸2和所述二级气缸3通过所述连通槽311连通；所述一级气缸4内设置有一级堵头44、一级活塞43、弹簧底座47和具有预紧载荷的压缩弹簧46，所述压缩弹簧46的两端分别连接有所述一级活塞43和所述弹簧底座47，所述二级活塞杆32伸入所述一级气缸4的一端依次套设有所述一级堵头44和所述一级活塞43；在本发明中，例如，所述二级活塞杆32与所述一级活塞43通过螺纹连接，所述一级活塞后部432整体套接在所述压缩弹簧46的内部，所述压缩弹簧46的另一端套接在所述弹簧底座47上；所述一级堵头44与所述一级活塞43之间形成腔体49，例如，如图3所示；所述一级气缸4上设置有与所述二级气缸3(二级气缸的内部)连通的二级气缸进气口41和与所述腔体49连通的一级气缸进气口42，所述二级气缸进气口41和所述一级气缸进气口42分别位于所述一级堵头44的两侧，所述一级堵头44用于隔断所述二级气缸3和所述腔体49。

特别说明的是，在本发明中，所述三级活塞杆23沿所述三级气缸2的轴向设置，所述二级活塞杆32沿所述二级气缸3和所述一级气缸4的轴向设置。

在本发明中，所述三级活塞杆23和所述二级活塞杆32为内部是中空的结构，所述三级活塞杆堵头231和所述二级活塞杆堵头321分别用于封闭所述三级活塞杆23和所述二级活塞杆32，防止气体进入所述三级活塞杆23和所述二级活塞杆32的内部。

本发明中的模型发射装置(模型自由飞发射装置)采用高压气体驱动的方式来发射模型；模型以一定的攻角安装在发射装置上，模型夹持器以及夹子(爪子)固定住模型；当风洞启动、气流稳定后，控制高压气体驱动三级活塞杆向前运动，模型夹持器受力松开模型，模型以一定的初速度被发射，逆气流方向自由飞行，实现模型从观察区下游逆气流飞到上游，再顺气流往下游飞行，得到模型自由飞行的全部轨迹数据。本发明具有新型的模型夹持及释放机构，能够在风洞流场中固定模型，发射时能快速释放模型；具体地，模型(待发射模型)通过模型夹持器上的扭簧、夹子被固定在套筒内，套筒的空间限制使得扭簧被压缩，模型安装完毕后扭簧在套筒内保持张力；当试验发射模型过程中，模型夹持器将模型推出套筒的瞬间，扭簧的张力提供夹子产生张开运动的初始动力，随后气流在夹子上产生使夹子张开的气动力，这个气动力使得夹子迅速张开释放模型。

本发明中的模型发射装置的基本原理是：在开始的安装阶段，压缩弹簧具有一个安装预紧载荷，使二级气缸(即储气室)内的二级活塞杆向前顶紧，从而使储气室处于关闭状态，试验时首先通过二级气缸进气口给储气室注入一定的压力的气体(高压气体)，在高压气体与压缩弹簧的预紧载荷作用下，对储气室进行有效的密封，储气室处于关闭状态；待风洞来流稳定后，通过一级气缸进气口向一级气缸内的腔体(发射室)内充气，发射室气体压力迅速上升使得发射室内的一级活塞向后运动(如图1中箭头所述的后方)，一级气缸同时带动二级活塞杆向后移动，此时二级气缸盖的作用类似于喷嘴，二级气缸与三级气缸通过二级气缸盖上的连通槽连通，此时储气室被打开，储气室内的高压气体迅速推动三级活塞杆实现气体冲击方式发射模型。

在本发明中，所述模型发射装置工作过程具体分为准备阶段、触发阶段和发射阶段，所述模型发射装置在各个阶段的工况的状态如下：

(1)准备阶段也可称为待触发阶段：在此阶段模型发射装置以一定的攻角固定在试验段内，模型夹持器与模型安装在套筒内，模型夹持器上的夹子由于套筒的限制压缩扭簧，固定住模型，二级活塞杆与一级活塞例如通过螺纹连接，一级活塞的后部(一级活塞后部)整体套在压缩弹簧内部，压缩弹簧初始安装时有一个预紧载荷，使储气室(即为二级气缸)内的二级活塞杆向前(如图1中箭头所述的前方)顶紧二级气缸盖，从而使储气室与三级气缸隔离，处于关闭状态(预密封作用)；试验时首先给储气室注入一定的压力的气体，当二级气缸内的气体压力预充到设定值之后，关闭二级气缸进气口；在高压气体与压缩弹簧的预紧载荷共同作用下，二级活塞杆更加向前顶紧二级气缸盖，使得储气室储存高压气体不发生泄漏，处于封闭状态，这时的状态为模型准备阶段也即为待触发阶段。

(2)触发阶段过程为：待风洞来流稳定后，向发射室(一级气缸内的腔体)内充气，发射室气体压力迅速上升使得发射室内的一级活塞向后运动，一级活塞与二级活塞杆例如通过螺纹及销钉连接，一级活塞带动储气室内的二级活塞杆向后移动压缩弹簧，二级气缸盖此时的作用类似于喷嘴，储气室通过二级气缸盖上的连通槽与三级气缸连通，储气室被打开。

(3)发射阶段：储气室被打开后(储气室与三级气缸连通后)，储气室内的高压气体迅速推动三级活塞杆与模型夹持器向前(如图1中箭头所示的前方)加速运动，将模型夹持器上的夹子推出套筒，夹子在扭簧张力以及气动力作用下迅速张开，模型与夹子之间的约束关系迅速消失，模型紧贴模型夹持器随同三级活塞杆以相同的加速度向前运动；三级气缸后部内套上开有导气槽，当三级活塞杆的边缘运动到导气槽上时，导气槽发生作用，储气室内的高压气体通过导气槽会进入到三级活塞杆的另外一端，换言之，当三级活塞杆的边缘运动到导气槽上时，此时运动导气槽上的所述三级活塞杆的端部将所述三级气缸的内部空间以该三级活塞杆的端部为界分隔成三级气缸的后部空间和三级气缸的前部空间，储气室内的高压气体能通过导气槽从三级气缸的后部空间进入到三级气缸的前部空间，当三级活塞杆的边缘向前运动超过导气槽时，导气槽开始不起作用，三级活塞杆受到储气室内的高压气体的作用继续向前运动压缩另一端的气体(进入三级气缸的前部空间的气体)，压缩气体的作用能有效减少三级活塞杆的撞击力，能够有效起到减震防撞击的效果，所述模型夹持器受到阻力作减速运动，当模型夹持器和模型(待发射模型)发生分离时，模型以一定的初速度被发射到试验段，实现模型自由飞行。

本发明中的模型发射装置结构紧凑、布局合理、使用方便、发射速度可控、发射速度快、使用效率高、稳定性好、可靠性高，能够实现高超声速风洞模型自由飞试验过程中快速发射模型的要求。

根据一些优选的实施方式，所述模型发射装置与自动化控制系统连接，试验时，当二级气缸内的气体压力预充到设定值之后，自动化控制系统自动关闭二级气缸进气口；当所述模型发射装置收到模型发射指令时，一级气缸进气口向所述一级气缸的腔体内充气。

根据一些优选的实施方式，所述三级气缸2从下至上包括三级气缸前段和三级气缸后段，紧贴所述三级气缸前段和所述三级气缸后段的内壁分别设置有三级气缸前段内套21和三级气缸后段内套22，例如，如图1所示；所述三级气缸前段内套21的内径小于所述三级气缸后段内套22的内径，且所述三级气缸前段内套21的内径与所述三级活塞杆的直径相匹配。特别地，所述三级气缸前段的外径小于所述三级气缸后段的外径，例如，如图1所示。特别说明的是，在本发明中，“前”、“后”指示的方位或位置关系为基于附图1中箭头所示的方位或位置关系。在本发明中，所述三级气缸例如可以由所述三级气缸前段和三级气缸后段一体化成型而成。

在本发明中，优选为在所述三级气缸2的内部分别过盈装配所述三级气缸前段内套21与三级气缸后段内套22；所述三级活塞杆23在三级气缸前段内套21与三级气缸后段内套22内滑动，三级气缸前段内套21的设置为了保证三级活塞杆23在运动时能够保持运动迅速且平稳，不会出现顶碰现象，从而能够保证模型在发射时能够平稳快速以及使得所述模型受到发射装置的扰动尽可能的小。需要说明的是，在本发明中，影响三级活塞杆运动迅速与平稳的因素主要有三级活塞杆与三级气缸前段内套的摩擦力、三级活塞杆的滑动摩擦副的支撑位置以及滑动摩擦副的长度；其中三级活塞杆与三级气缸前段内套的摩擦力与滑动摩擦副长度两个因素相互制约，减少摩擦副长度可以减小摩擦力提高运动速度，但是降低了运动的平稳性，反过来增加摩擦副长度提高了运动的平稳性，同时也增加了摩擦力影响运动速度，这两个因素需要综合考虑才能保证所述三级活塞杆在三级气缸前段内套内滑动过程平稳无扰动。

根据一些优选的实施方式，所述三级活塞杆23设置有所述三级活塞杆堵头231的一端与所述三级气缸后段内套22的内壁可活动连接。

根据一些优选的实施方式，所述导气槽24开设在所述三级气缸后段内套22的内壁上。在本发明中，在三级气缸内套上设置所述导气槽24，使得本发明中的模型发射装置具有新型的减震防撞击结构，当三级活塞杆23的运动到导气槽24上时，导气槽24发生作用，储气室内的高压气体通过导气槽24进入到三级活塞杆23的另外一端，即使得高压气体从三级气缸的后部空间进入三级气缸的前部空间，能够有效起到减震防撞击效果。

根据一些优选的实施方式，所述一级活塞43从下至上包括一级活塞前部431和一级活塞后部432，例如，如图3所示，所述一级活塞前部431的外径大于所述一级活塞后部432的外径，所述一级活塞前部431与所述一级气缸4的内壁可活动连接；所述一级活塞后部432上套设有紧贴所述一级活塞前部431设置的推力轴承45。在本发明中，所述一级活塞例如可以由所述一级活塞前部和一级活塞后部一体化成型而成。

根据一些优选的实施方式，所述二级气缸盖31的轴向方向的两侧均设置有第一密封垫312，例如，如图2所示，当所述二级活塞杆堵头321卡接在所述连通槽311内时，所述第一密封垫312用于对所述二级气缸3进行密封，所述第一密封垫312用于对所述二级气缸3内的气体密封。

根据一些优选的实施方式，所述一级堵头44上设置有用于对所述二级气缸3和所述腔体49进行密封的第一密封圈441，例如，如图3所示；在本发明中，一级堵头44上第一密封圈441的设置可以有效将腔体49(发射室)与二级气缸3内部的容纳空间形成的储气室隔离开，防止串气。

根据一些优选的实施方式，所述套筒1套接(例如通过螺纹连接的方式)在所述三级气缸2的一端的外周。

根据一些优选的实施方式，所述三级气缸2和所述二级气缸3之间通过第二销轴25轴向定位，并且所述三级气缸2和所述二级气缸3相连接的一端的外周设置有大螺母5，所述三级气缸2和所述二级气缸3之间通过所述大螺母5紧固；在本发明中，所述三级气缸的一端和所述二级气缸的一端(两者相连接的一端)均套接在所述大螺母5内，所述大螺母5与二级气缸3通过螺纹拧紧，大螺母5将三级气缸2顶向所述二级气缸3，实现三级气缸2与二级气缸3的紧固连接。

根据一些优选的实施方式，所述大螺母5上开设有紧定螺钉孔51，用于供紧定螺钉穿过，如此能进一步保证所述三级气缸2和所述二级气缸3之间的紧固连接。

根据一些优选的实施方式，所述一级活塞后部432套设在所述压缩弹簧46的内部。

根据一些优选的实施方式，所述一级气缸4从下至上包括一级气缸前部和一级气缸后部48；所述一级气缸后部48例如可以通过螺纹和销钉与所述一级气缸前部连接；在本发明中，所述弹簧底座47例如可以安装在所述一级气缸后部48的内壁上，例如，如图1所示。在本发明中，所述一级气缸后部48与一级气缸前部安装完毕后，压缩弹簧46能始终保持一个预紧载荷，这个预紧载荷通过一级活塞43传递到二级活塞杆32上，使二级活塞杆32向前顶紧二级气缸盖31一侧的第一密封垫312，达到预密封的目的。

根据一些优选的实施方式，所述模型发射装置还包括用于将所述模型发射装置固定在高超声速风洞的试验段内的攻角机构接口6。在本发明中，所述模型发射装置通过所述攻角机构接口以一定的攻角固定在高超声速风洞的试验段内。

根据一些优选的实施方式，所述攻角机构接口6设置在所述二级气缸3上；和/或所述攻角机构接口6上设置有用于与高超声速风洞的试验段连接的内六角螺钉61和第二圆柱销62。

在本发明中，例如可以在所述模型发射装置包括的各个需要密封的部件的连接处设置密封圈和/或密封垫，以保证各个部件的密封性以及防止各个部件间的相互串气。

根据一些优选的实施方式，所述三级活塞杆23和所述三级活塞杆堵头231之间通过第二密封圈232密封，例如，如图2所示。

根据一些优选的实施方式，所述二级活塞杆32和所述二级活塞杆堵头321之间通过第二密封垫密封，例如，如图2所示。

根据一些优选的实施方式，所述二级气缸3的一端套接(例如通过螺纹连接的方式)在所述一级气缸4的外周，所述二级气缸3和所述一级气缸4之间通过第三密封圈密封，例如，如图1所示。

在本发明中，可以将“第一密封垫”、“第二密封垫”等统称为“密封垫”，可以将“第一密封圈”、“第二密封圈”、“第三密封圈”等统称为“密封圈”。在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的模型发射装置在高超声速风洞模型自由飞试验中的应用。

特别说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模型发射装置，其特征在于：

包括同轴设置且从下至上依次连接的套筒、三级气缸、二级气缸和一级气缸；

所述套筒内设置有模型夹持器和受所述套筒的空间限制的夹子，所述夹子通过第一销轴与所述模型夹持器连接，所述第一销轴的外周套设有扭簧，所述夹子通过所述套筒的空间限制作用压缩所述扭簧以使得所述夹子和所述模型夹持器固定住待发射模型；

所述三级气缸内设置有三级活塞杆和开设在所述三级气缸上的导气槽，所述三级活塞杆靠近所述套筒的一端与所述模型夹持器连接，所述三级活塞杆靠近所述二级气缸的一端设置有三级活塞杆堵头；

所述二级气缸靠近所述三级气缸的一端设置有二级气缸盖，所述二级气缸盖上开设有连通槽，所述二级气缸内设置有二级活塞杆，所述二级活塞杆的一端设置有二级活塞杆堵头，所述二级活塞杆设置有二级活塞杆堵头的一端可操作地卡接在所述连通槽内或从所述连通槽内脱离，所述二级活塞杆的另一端伸入所述一级气缸内；

所述一级气缸内设置有一级堵头、一级活塞、弹簧底座和具有预紧载荷的压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别连接有所述一级活塞和所述弹簧底座，所述二级活塞杆伸入所述一级气缸的一端依次套设有所述一级堵头和所述一级活塞；

所述一级堵头与所述一级活塞之间形成腔体，所述一级气缸上设置有与所述二级气缸连通的二级气缸进气口和与所述腔体连通的一级气缸进气口，所述二级气缸进气口和所述一级气缸进气口分别位于所述一级堵头的两侧，所述一级堵头用于隔断所述二级气缸和所述腔体。

2.根据权利要求1所述的模型发射装置，其特征在于：

所述三级气缸从下至上包括三级气缸前段和三级气缸后段，紧贴所述三级气缸前段和所述三级气缸后段的内壁分别设置有三级气缸前段内套和三级气缸后段内套；

所述三级气缸前段内套的内径小于所述三级气缸后段内套的内径，且所述三级气缸前段内套的内径与所述三级活塞杆的直径相匹配。

3.根据权利要求2所述的模型发射装置，其特征在于：

所述导气槽开设在所述三级气缸后段内套的内壁上。

4.根据权利要求1所述的模型发射装置，其特征在于：

所述一级活塞从下至上包括一级活塞前部和一级活塞后部，所述一级活塞前部的外径大于所述一级活塞后部的外径，所述一级活塞前部与所述一级气缸的内壁可活动连接；

所述一级活塞后部上套设有紧贴所述一级活塞前部设置的推力轴承。

5.根据权利要求1所述的模型发射装置，其特征在于：

所述二级气缸盖的轴向方向的两侧均设置有第一密封垫，当所述二级活塞杆堵头卡接在所述连通槽内时，所述第一密封垫用于对所述二级气缸进行密封。

6.根据权利要求1所述的模型发射装置，其特征在于：

所述一级堵头上设置有用于对所述二级气缸和所述腔体进行密封的第一密封圈。

7.根据权利要求1至6任一项所述的模型发射装置，其特征在于：

所述套筒套接在所述三级气缸的一端的外周；和/或

所述三级气缸和所述二级气缸之间通过第二销轴轴向定位，并且所述三级气缸和所述二级气缸相连接的一端的外周设置有大螺母，所述三级气缸和所述二级气缸之间通过所述大螺母紧固。

8.根据权利要求4所述的模型发射装置，其特征在于：

所述一级活塞后部套设在所述压缩弹簧的内部。

9.根据权利要求1至6任一项所述的模型发射装置，其特征在于：

所述模型发射装置还包括用于将所述模型发射装置固定在高超声速风洞的试验段内的攻角机构接口。

10.根据权利要求1至9任一项所述的模型发射装置在高超声速风洞模型自由飞试验中的应用。

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