CN110530601B - 风洞试验模型弹射机构 - Google Patents

Abstract

风洞试验模型弹射机构，涉及自由投放试验领域；包括n个抓紧投放装置、底板和投放物；其中，底板为水平放置的板状结构；n个抓紧投放装置排成一列固定安装在底板上；投放物设置在底板的下方；n个抓紧投放装置实现对投放物的抓紧和投放；抓紧投放装置包括中轴、滑块、驱动板、连杆、气缸杆、气缸、第二摇杆、第一摇杆、手爪和2个三连杆；中轴将第一摇杆和第二摇杆固接，并通过连杆与气缸杆相连，气缸固定在底板上，摇杆通过滑块与驱动板连接，驱动板通过三连杆与手爪连接，投放物通过两个手爪与驱动板组合实现加紧；本发明实现了分离参数的精确控制，增加投放过程的稳定性、准确性及可重复性。

Description

风洞试验模型弹射机构

技术领域

本发明涉及一种自由投放试验领域，特别是一种风洞试验模型弹射机构。

背景技术

目前世界上以研制成功的第四代先进战斗机虽然在气动布局、技战指标等方面存在较大差异，但是却一致采用了武器内埋式装载方式。内埋式装载一方面可以减小飞机的阻力，更重要是内埋式装载可以大大减小飞机表面的尖锐、突出、缝隙、边缘等外形，提升战机的隐身性能。

内埋式战机模型投放试验，可以模拟投放物从弹仓投放分离后的自由飞行轨迹，以实现对投放物分离时的安全性、干扰特性以及运动特性进行研究。为了提高模型投放试验的准确性，模型分离参数(模型投放初线速度和初角速度)必须准确，这就对模型弹射机构提出了设计要求。目前，实现投放机构所使用的动力元件主要为气缸以及弹簧。弹簧具有简单易行的特点，但弹簧准确性较差，且弹簧具有滞后效应。采用气缸作为动力源可以建立弹射速度和气源压力之间的关系，具有可重复性强和准确性高的优点，在弹射机构的设计中广泛采用。高速风洞流场建立时冲击载荷较大，弹射机构需要对投放物提供足够的夹紧力，防止投放物在冲击中掉落，保证试验的顺利进行。当投放开始时，弹射机构需要迅速解锁，使得投放物和弹射机构迅速分离，完成试验。此外，为了不对母机模型的气动外形造成破坏，弹射机构的尺寸不宜过大，应该尽可能的安置在母机模型的内部。

目前，内埋式战机模型投放试验的弹射机构的准确度一般较差，不能为投放物提供准确可靠的分离参数，而且解锁机构和锁紧机构可靠性不高，容易产生投放物在风洞开车时掉落或者在试验时不能快速解锁的情况。弹射机构的设计已经成为制约风洞投放试验发展的一个关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供风洞试验模型弹射机构，实现了分离参数的精确控制，增加投放过程的稳定性、准确性及可重复性。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

风洞试验模型弹射机构，包括n个抓紧投放装置、底板和投放物；其中，底板为水平放置的板状结构；n个抓紧投放装置排成一列固定安装在底板上；投放物设置在底板的下方；n个抓紧投放装置实现对投放物的抓紧和投放；抓紧投放装置包括中轴、滑块、驱动板、连杆、气缸杆、气缸、第二摇杆、第一摇杆、手爪和2个三连杆；气缸固定安装在底板的上表面；气缸杆水平固定安装在气缸的侧壁，且在气缸的带动下，气缸杆沿轴向往复运动；中轴水平设置在底板的上方；且中轴的轴线方向与气缸杆轴线方向垂直；第一摇杆的轴向一端与中轴的轴向一端固定连接；连杆的轴向一端与气缸杆的伸出端连接；连杆的轴向另一端与第一摇杆的轴向另一端连接；驱动板为竖直放置的板状结构；底板沿竖直方向设置有通孔；驱动板对应设置在底板的通孔位置；驱动板的顶部设置有水平滑槽；第二摇杆轴向一端与中轴的轴向另一端固定连接；滑块固定设置在第二摇杆的轴向另一端；且滑块对应设置在驱动板的水平滑槽中；2个三连杆对称设置在驱动板的两侧壁处；手爪设置在2个三连杆的下端；投放物的轴向与气缸杆的轴向平行；通过手爪实现对投放物的抓紧和投放；n为大于等于2的正整数。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述的连杆与气缸杆转动连接；连杆与第一摇杆转动连接；当气缸杆沿轴向水平运动时，推动连杆带动第一摇杆旋转，实现带动中轴旋转运动。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述的第二摇杆与滑块旋转连接；滑块实现沿驱动板的水平滑槽水平平移；当中轴旋转时，带动第二摇杆旋转，推动滑块在水平滑槽中水平移动，实现推动驱动板在底板通孔的位置竖直上升或下降。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述三连杆包括3个连接杆；3个连接杆依次连接；且相邻2个连接杆之间转动连接；三连杆与驱动板之间为转动连接；三连杆与手爪之间为转动连接。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述弹射机构抓紧投放物的工作过程为：

将投放物放置在手爪之间；在气缸的带动下，气缸杆沿轴向伸出，依次带动连杆、摇杆转动，实现推动中轴转动；进而带动摇杆旋转运动，摇杆轴端的滑块在沿驱动板的水平滑槽中水平平移，带动驱动板竖直向上运动；驱动板通过三连杆带动手爪竖直向上运动；直至三连杆与手爪的连接处与底板下表面接触限位；三连杆在驱动板的带动下继续竖直向上运动，手爪以手爪与三连杆连接处为轴，旋转闭合；微调投放物的放置位置，增加气缸压力，实现手爪对投放物的抓紧。

在上述的风洞试验模型弹射机构，当驱动板带动三连杆竖直向上运动时，三连杆的3个连接杆旋转至直线结构后，形成死点；呈直线结构的三连杆继续带动手爪竖直向上运动。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述弹射机构投放投放物的工作过程为：

在气缸的带动下，气缸杆沿轴向收缩，依次带动连杆、摇杆转动实现推动中轴转动；进而带动摇杆旋转运动，摇杆轴端的滑块在沿驱动板的水平滑槽中水平平移，带动驱动板竖直向下运动；驱动板推动三连杆竖直向下运动；实现手爪以手爪与三连杆连接处为轴，旋转打开；此时三连杆与手爪的连接处在底板下表面固定不动；实现对投放物的投放。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述投放投放物后，驱动板继续竖直向下运动，推动三连杆死点被破坏；3个连接杆相互旋转，折叠重合，实现收起。

在上述的风洞试验模型弹射机构，所述气缸采用高速低阻气缸，气缸为双行程气缸；气缸采用低气压作用于抓紧投放物过程；采用高气压作用于投放投放物过程。

在上述的风洞试验模型弹射机构，在额定压力下，气缸杆的水平移动速度为3m/s。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明设计的锁紧机构可以为投放物提供足够的夹紧力，夹紧过程简单且稳定；

(2)本发明设计的解锁机构利用三连杆死点位置的特性，跟随驱动板运动进行解锁，解锁过程简单稳定，不会对投放物运动产生干扰；

(3)本发明设计的驱动机构将横向的气缸杆运动转化为纵向的投放物运动，与现有的气缸纵向布置的弹射机构相比，节约了空间，更适合在内埋式弹仓模型上使用；

(4)本发明设计的弹射机构选用低阻高速气缸，可在较低的气压下提供足够的投放速度。充分利用气缸的双行程，实现投放物的锁紧、解锁及投放的功能，通过仿真可建立气缸气压和分离参数的数学关系，可以增加投放过程的稳定性、准确性及可重复性。

附图说明

图1为本发明弹射机构整体示意图；

图2为本发明驱动板与投放物连接示意图。

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：

本发明提供一种风洞试验模型弹射机构，根据内埋式弹仓模型的风洞试验要求，所设计的弹射机构尺寸较小，可以安装在飞机模型内部，为投放物提供足够的夹紧力、锁紧装置快速解锁以及为投放物提供准确的分离参数(初速度和初角速度)。弹射机构新颖可靠，可以实现分离参数的精确控制，增加投放过程的稳定性、准确性及可重复性。如果配合自动化设备进行控制，可以实现投放过程的自动化。

如图1所示为弹射机构整体示意图，如图2所示为驱动板与投放物连接示意图，由图可知，风洞试验模型弹射机构，包括n个抓紧投放装置、底板7和投放物12；其中，底板7为水平放置的板状结构；n个抓紧投放装置排成一列固定安装在底板7上；投放物12设置在底板7的下方；n个抓紧投放装置实现对投放物12的抓紧和投放；抓紧投放装置包括中轴1、滑块2、驱动板3、连杆4、气缸杆5、气缸6、第二摇杆8、第一摇杆9、手爪10和2个三连杆11；气缸6固定安装在底板7的上表面；气缸杆5水平固定安装在气缸6的侧壁，且在气缸6的带动下，气缸杆5沿轴向往复运动；中轴1水平设置在底板7的上方；且中轴1的轴线方向与气缸杆5轴线方向垂直；第一摇杆9的轴向一端与中轴1的轴向一端固定连接；连杆4的轴向一端与气缸杆5的伸出端连接；连杆4的轴向另一端与第一摇杆9的轴向另一端连接；驱动板3为竖直放置的板状结构；底板7沿竖直方向设置有通孔；驱动板3对应设置在底板7的通孔位置；驱动板3的顶部设置有水平滑槽；第二摇杆8轴向一端与中轴1的轴向另一端固定连接；滑块2固定设置在第二摇杆8的轴向另一端；且滑块2对应设置在驱动板3的水平滑槽中；2个三连杆11对称设置在驱动板3的两侧壁处；手爪10设置在2个三连杆11的下端；投放物12的轴向与气缸杆5的轴向平行；通过手爪10实现对投放物12的抓紧和投放；n为大于等于2的正整数。气缸6采用高速低阻气缸，气缸6为双行程气缸；气缸6采用低气压作用于抓紧投放物12过程；采用高气压作用于投放投放物12过程。额定压力下，气缸杆5的水平移动速度为3m/s。

其中，连杆4与气缸杆5转动连接；连杆4与第一摇杆9转动连接；当气缸杆5沿轴向水平运动时，推动连杆4带动第一摇杆9旋转，实现带动中轴1旋转运动。第二摇杆8与滑块2旋转连接；滑块2实现沿驱动板3的水平滑槽水平平移；当中轴1旋转时，带动第二摇杆8旋转，推动滑块2在水平滑槽中水平移动，实现推动驱动板3在底板7通孔的位置竖直上升或下降。三连杆11包括3个连接杆；3个连接杆依次连接；且相邻2个连接杆之间转动连接；三连杆11与驱动板3之间为转动连接；三连杆11与手爪10之间为转动连接。

弹射机构抓紧投放物12的工作过程为：

将投放物12放置在手爪10之间；在气缸6的带动下，气缸杆5沿轴向伸出，依次带动连杆4、摇杆9转动，实现推动中轴1转动；进而带动摇杆9旋转运动，摇杆9轴端的滑块2在沿驱动板3的水平滑槽中水平平移，带动驱动板3竖直向上运动；驱动板3通过三连杆11带动手爪10竖直向上运动；当驱动板3带动三连杆11竖直向上运动时，三连杆11的3个连接杆旋转至直线结构后，形成死点；呈直线结构的三连杆11继续带动手爪10竖直向上运动。直至三连杆11与手爪10的连接处与底板7下表面接触限位；三连杆11在驱动板3的带动下继续竖直向上运动，手爪10以手爪10与三连杆11连接处为轴，旋转闭合；装载过程中，气缸6伸出所给压力较低，手爪10无需加紧；此时可以微调投放物12在手爪10中的位置；调整好位置后，增加气缸6压力，实现手爪10对投放物12的抓紧。

弹射机构投放投放物12的工作过程为：

在气缸6的带动下，气缸杆5沿轴向收缩，依次带动连杆4、摇杆9转动实现推动中轴1转动；进而带动摇杆9旋转运动，摇杆9轴端的滑块2在沿驱动板3的水平滑槽中水平平移，带动驱动板3竖直向下运动；驱动板3推动三连杆11竖直向下运动；实现手爪10以手爪10与三连杆11连接处为轴，旋转打开；此时三连杆11与手爪10的连接处在底板7下表面固定不动；实现对投放物12的投放。投放物12与驱动板3分离，投放物12以此时的速度与角速度继续向下运动。投放投放物12后，驱动板3继续竖直向下运动，推动三连杆11死点被破坏；3个连接杆相互旋转，折叠重合，实现收起，避免将驱动板3和手爪10卡死。

当适配不同种投放物时，可以重新设计驱动板和手爪，达到适配的目的，机构主体无需更换。n套相同的机构固定在底板上，分别控制投放物前后各点的投放速度，通过速度差来实现投放的初角速度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.风洞试验模型弹射机构，其特征在于：包括n个抓紧投放装置、底板(7)和投放物(12)；其中，底板(7)为水平放置的板状结构；n个抓紧投放装置排成一列固定安装在底板(7)上；投放物(12)设置在底板(7)的下方；n个抓紧投放装置实现对投放物(12)的抓紧和投放；抓紧投放装置包括中轴(1)、滑块(2)、驱动板(3)、连杆(4)、气缸杆(5)、气缸(6)、第二摇杆(8)、第一摇杆(9)、手爪(10)和2个三连杆(11)；气缸(6)固定安装在底板(7)的上表面；气缸杆(5)水平固定安装在气缸(6)的侧壁，且在气缸(6)的带动下，气缸杆(5)沿轴向往复运动；中轴(1)水平设置在底板(7)的上方；且中轴(1)的轴线方向与气缸杆(5)轴线方向垂直；第一摇杆(9)的轴向一端与中轴(1)的轴向一端固定连接；连杆(4)的轴向一端与气缸杆(5)的伸出端连接；连杆(4)的轴向另一端与第一摇杆(9)的轴向另一端连接；驱动板(3)为竖直放置的板状结构；底板(7)沿竖直方向设置有通孔；驱动板(3)对应设置在底板(7)的通孔位置；驱动板(3)的顶部设置有水平滑槽；第二摇杆(8)轴向一端与中轴(1)的轴向另一端固定连接；滑块(2)固定设置在第二摇杆(8)的轴向另一端；且滑块(2)对应设置在驱动板(3)的水平滑槽中；2个三连杆(11)对称设置在驱动板(3)的两侧壁处；手爪(10)设置在2个三连杆(11)的下端；投放物(12)的轴向与气缸杆(5)的轴向平行；通过手爪(10)实现对投放物(12)的抓紧和投放；n为大于等于2的正整数；

所述的连杆(4)与气缸杆(5)转动连接；连杆(4)与第一摇杆(9)转动连接；当气缸杆(5)沿轴向水平运动时，推动连杆(4)带动第一摇杆(9)旋转，实现带动中轴(1)旋转运动；

所述的第二摇杆(8)与滑块(2)旋转连接；滑块(2)实现沿驱动板(3)的水平滑槽水平平移；当中轴(1)旋转时，带动第二摇杆(8)旋转，推动滑块(2)在水平滑槽中水平移动，实现推动驱动板(3)在底板(7)通孔的位置竖直上升或下降；

所述三连杆(11)包括3个连接杆；3个连接杆依次连接；且相邻2个连接杆之间转动连接；三连杆(11)与驱动板(3)之间为转动连接；三连杆(11)与手爪(10)之间为转动连接；

所述弹射机构抓紧投放物(12)的工作过程为：

将投放物(12)放置在手爪(10)之间；在气缸(6)的带动下，气缸杆(5)沿轴向伸出，依次带动连杆(4)、摇杆(9)转动，实现推动中轴(1)转动；进而带动摇杆(9)旋转运动，摇杆(9)轴端的滑块(2)在沿驱动板(3)的水平滑槽中水平平移，带动驱动板(3)竖直向上运动；驱动板(3)通过三连杆(11)带动手爪(10)竖直向上运动；直至三连杆(11)与手爪(10)的连接处与底板(7)下表面接触限位；三连杆(11)在驱动板(3)的带动下继续竖直向上运动，手爪(10)以手爪(10)与三连杆(11)连接处为轴，旋转闭合；微调投放物(12)的放置位置，增加气缸(6)压力，实现手爪(10)对投放物(12)的抓紧；

当驱动板(3)带动三连杆(11)竖直向上运动时，三连杆(11)的3个连接杆旋转至直线结构后，形成死点；呈直线结构的三连杆(11)继续带动手爪(10)竖直向上运动。

2.根据权利要求1所述的风洞试验模型弹射机构，其特征在于：所述弹射机构投放投放物(12)的工作过程为：

在气缸(6)的带动下，气缸杆(5)沿轴向收缩，依次带动连杆(4)、摇杆(9)转动实现推动中轴(1)转动；进而带动摇杆(9)旋转运动，摇杆(9)轴端的滑块(2)在沿驱动板(3)的水平滑槽中水平平移，带动驱动板(3)竖直向下运动；驱动板(3)推动三连杆(11)竖直向下运动；实现手爪(10)以手爪(10)与三连杆(11)连接处为轴，旋转打开；此时三连杆(11)与手爪(10)的连接处在底板(7)下表面固定不动；实现对投放物(12)的投放。

3.根据权利要求2所述的风洞试验模型弹射机构，其特征在于：所述投放投放物(12)后，驱动板(3)继续竖直向下运动，推动三连杆(11)死点被破坏；3个连接杆相互旋转，折叠重合，实现收起。

4.根据权利要求3所述的风洞试验模型弹射机构，其特征在于：所述气缸(6)采用高速低阻气缸，气缸(6)为双行程气缸；气缸(6)采用低气压作用于抓紧投放物(12)过程；采用高气压作用于投放投放物(12)过程。

5.根据权利要求4所述的风洞试验模型弹射机构，其特征在于：在额定压力下，气缸杆(5)的水平移动速度为3m/s。

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