CN111504592B - 用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法。该方法根据物体特定的质心平移速度和特定的绕穿过质心轴线的旋转角速度等效于物体绕偏离质心某轴旋转的原理，利用圆弧运动的圆弧导杆推动投放模型，使投放模型获得质心平移初始速度和绕穿过质心某轴的旋转初始角速度。步骤如下：分别设计投放模型、圆弧导杆和圆弧轨道；加工投放模型、圆弧导杆、左圆弧导轨块和右圆弧导轨块并安装在高速风洞试验模型投放机构内；按照投放试验流程开展高速风洞投放模型试验。该方法只使用一套驱动机构预置投放模型平移和旋转两个初始运动参数，避免了使用两个驱动机构的控制同步问题，具有简单、可靠的优点。

Description

用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法
技术领域
本发明属于高速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法。
背景技术
高速风洞投放模型试验是模拟飞行器在飞行过程中投放所携带的载荷的风洞试验，试验时需要根据来流速压等条件和动力学相似要求，将投放模型按照特定的平移初始速度和旋转初始角速度弹射出去。投放模型初始运动预置技术是投放模型试验的关键技术。如果按照常规思路采用两个驱动机构，如两个速度不同的推杆为投放模型赋予初始运动状态，不仅会造成机构尺寸过大难以在狭小的风洞试验模型上运用，还需要解决两个驱动机构的控制同步问题，较为理想的解决方案是只使用一套驱动机构实现同时赋予投放模型平移和旋转两个初始运动参数。
当前，亟需发展一种只使用一套驱动机构的专用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法。
本发明的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法包括以下步骤：
a.设计投放模型，确定投放模型的质心O’和质量M；确定投放模型预期要达到的平移速度V和旋转角速度ω；确定投放模型穿过质心O’的旋转运动的转轴和转动惯量I，将垂直于转轴且包含质心位置的平面记为参考平面；
b.设计圆弧导杆，圆弧导杆的一端为推力输入端，圆弧导杆的中段为圆弧段，圆弧导杆的另一端为推力输出端；
c.设计圆弧轨道，圆弧导杆与圆弧轨道相配合，圆弧导杆沿圆弧轨道滑动，圆弧轨道为圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ合并后的中间通道；
d.加工投放模型、圆弧导杆、圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ；
e.将投放模型、圆弧导杆、圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ安装在高速风洞试验模型投放机构内，按照投放试验流程开展高速风洞投放模型试验。
所述的圆弧导杆竖向放置，圆弧导杆沿圆弧轨道上下滑动，圆弧导杆的上端为推力输入端，圆弧导杆的中段为圆弧段，圆弧导杆的下端为推力输出端；
圆弧导轨块Ⅰ为左圆弧导轨块，圆弧导轨块Ⅱ为右圆弧导轨块，圆弧轨道为左圆弧导轨块和右圆弧导轨块合并后的中间通道。
所述的圆弧导杆的圆弧段的圆弧运动旋转轴与参考平面的交点为参考圆心 O，内埋投放模型的质心O’与参考圆心O的距离为r，
Figure GDA0003215027900000021
圆弧导杆的推力输出端与内埋投放模型在推动过程中具有接触区域，接触区域在参考平面上的投影上的任意点到参考圆心O的最近距离为dmin、最远距离为dmax，
Figure GDA0003215027900000022
圆弧导杆的圆弧段的几何中心线的圆弧半径为
Figure GDA0003215027900000023
考虑加工误差，工程上取圆弧导杆5的圆弧段27的加工半径范围为：
Figure GDA0003215027900000024
本发明的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法根据物体特定的质心平移速度和特定的绕穿过质心轴线的旋转角速度等效于物体绕偏离质心某轴旋转的原理，利用圆弧运动的圆弧导杆推动投放模型，使投放模型获得质心平移初始速度和绕穿过质心某轴的旋转初始角速度。
本发明的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法只使用一套驱动机构预置投放模型平移和旋转两个初始运动参数，避免了使用两个驱动机构的控制同步问题，具有简单、可靠的优点。
附图说明
图1为本发明的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法的原理图；
图2为应用本发明的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法的投放机构的主剖面图；
图3为图2的局部放大图；
图4为图2的A-A剖面图；
图5为投放机构的三维分解图；
图6为投放机构中的投放装置三维分解图；
图7为投放机构中的前下挂架立体图；
图8为投放机构中的后下挂架立体图；
图9为投放机构中的卡销立体图；
图10为投放机构的风洞安装示意图。
图中，1.模型载机 2.投放模型 3.支座 4.左圆弧导轨块 5.圆弧导杆 6.右圆弧导轨块 7.卡销 8.压紧螺钉 9.内六角螺钉 10.挂架固定座 11. 沉头螺钉Ⅰ 12.沉头螺钉Ⅱ 13.上挂架 14.前上挂架 15.前下挂架 16. 下挂架 17.后下挂架 18.后上挂架 19.销钉开口销套件 20.沉头螺钉Ⅲ 21.冲击气缸 22.支杆 23.试验段中部支架 24.压紧面25.挡边 26.推力输入端 27.圆弧段 28.推力输出端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法的原理图如图1所示，预置方法包括以下步骤：
a.设计投放模型2，确定投放模型2的质心O’和质量M；确定投放模型2 预期要达到的平移速度V和旋转角速度ω；确定投放模型2穿过质心O’的旋转运动的转轴和转动惯量I，将垂直于转轴且包含质心位置的平面记为参考平面；
b.设计圆弧导杆5，圆弧导杆5竖向放置，圆弧导杆5的上端为推力输入端 26，圆弧导杆5的中段为圆弧段27，圆弧导杆5的下端为推力输出端28；
圆弧导杆5的圆弧段27的圆弧运动旋转轴与参考平面的交点为参考圆心O，投放模型2的质心O’与参考圆心O的距离为r，
Figure GDA0003215027900000041
圆弧导杆5的推力输出端28与投放模型2在推动过程中具有一定的接触区域，接触区域在参考平面上的投影上的任意点到参考圆心O的最近距离为dmin、最远距离为dmax，
Figure GDA0003215027900000042
圆弧导杆5的圆弧段27的几何中心线的圆弧半径为
Figure GDA0003215027900000043
考虑加工误差，工程上取圆弧导杆5的圆弧段27的加工半径范围为：
Figure GDA0003215027900000044
c.设计圆弧轨道，圆弧导杆5与圆弧轨道相配合，圆弧导杆5沿圆弧轨道上下滑动，圆弧轨道为左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6合并后的中间通道；
d.加工投放模型2、圆弧导杆5、左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6；
e.将投放模型2、圆弧导杆5、左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6安装在高速风洞试验模型投放机构内，按照投放试验流程开展高速风洞投放模型试验。
如图2～4所示，本实施例的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法应用于高速风洞试验模型投放机构上，该投放机构包括撞击装置和投放装置，模型载机1的上表面开槽Ⅰ，槽Ⅰ内安装撞击装置，模型载机1的下表面开槽Ⅱ，槽Ⅱ内安装投放装置，槽Ⅰ和槽Ⅱ之间有连通的孔道；
如图2～5所示，撞击装置包括支座3、左圆弧导轨块4、圆弧导杆5、右圆弧导轨块6和压紧螺钉8；支座3通过内六角螺钉9固定在模型载机1槽Ⅰ的底部平面上，支座3内开有方形通孔，方形通孔内固定有左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6，左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6通过从支座3侧面拧紧的水平的压紧螺钉8固定成一个整体，左圆弧导轨块4和右圆弧导轨块6之间的通道为导轨；
如图2～6所示，投放装置包括挂架固定座10和六连杆机构，挂架固定座 10通过沉头螺钉Ⅰ11固定在槽Ⅱ的顶部平面上，前上挂架14、上挂架13、后上挂架18、后下挂架17、下挂架16和前下挂架15依次通过六组销钉开口销套件19连接组成六连杆机构，上挂架13通过沉头螺钉Ⅱ12固定在挂架固定座10 的下表面上；如图7、8所示，前下挂架15的下方伸出有前卡扣，后下挂架17 的下方伸出有与前卡扣前后对称的后卡扣，投放模型2通过前卡扣和后卡扣固定在投放装置上，投放模型2位于模型载机1的槽Ⅱ内；
圆弧导杆5的顶端正对冲击气缸21的活塞，圆弧导杆5从上至下穿过导轨、孔道和上挂架13，沉头螺钉Ⅲ20从下至上穿过下挂架16与圆弧导杆5的末端连接；圆弧导杆5的上部开有水平的通孔，卡销7从支座3的侧面水平插入圆弧导杆5的通孔中。
圆弧导杆5为T型，圆弧导杆5的顶端设置有圆盘。
如图9所示，卡销7为细长圆杆，圆杆插入圆弧导杆5的位置两侧加工有环形的槽。
前卡扣和后卡扣的压紧面24为斜面，斜面两侧有突出的挡边25。
如图10所示，该投放机构安装在高速风洞中，模型载机1的尾部连接支杆 22，支杆22连接试验段中部支架23。
安装投放模型2时，先将圆弧导杆5推至下限位，投放模型2与前下挂架15的前卡扣压紧面24、后下挂架17的后卡扣压紧面24接触，并位于前卡扣和后卡扣的挡边25内，再将圆弧导杆5拉至上限位，随后将卡销7依次穿过支座 3、圆弧导杆5，最后固定圆弧导杆5，投放模型2位于模型载机1的槽Ⅱ内。
在高速风洞投放试验时，高速风洞流场稳定后，先打开冲击气缸21，用冲击气缸21的活塞撞击圆弧导杆5，圆弧导杆5向下切断卡销7，再运动至下限位，推动下挂架16，并带动六连杆机构中的前下挂架15、后下挂架17进行旋转运动，使前下挂架15的前卡扣、后下挂架17的后卡扣与投放模型2脱离接触，投放模型2实现自由飞行。

Claims (3)

1.用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.设计投放模型(2)，确定投放模型(2)的质心O’和质量M；确定投放模型(2)预期要达到的平移速度V和旋转角速度ω；确定投放模型(2)穿过质心O’的旋转运动的转轴和转动惯量I，将垂直于转轴且包含质心位置的平面记为参考平面；
b.设计圆弧导杆(5)，圆弧导杆(5)的一端为推力输入端(26)，圆弧导杆(5)的中段为圆弧段(27)，圆弧导杆(5)的另一端为推力输出端(28)；
c.设计圆弧轨道，圆弧导杆(5)与圆弧轨道相配合，圆弧导杆(5)沿圆弧轨道滑动，圆弧轨道为圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ合并后的中间通道；
d.加工投放模型(2)、圆弧导杆(5)、圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ；
e.将投放模型(2)、圆弧导杆(5)、圆弧导轨块Ⅰ和圆弧导轨块Ⅱ安装在高速风洞试验模型投放机构内，按照投放试验流程开展高速风洞投放模型试验。
2.根据权利要求1所述的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法，其特征在于，所述的圆弧导杆(5)竖向放置，圆弧导杆(5)沿圆弧轨道上下滑动，圆弧导杆(5)的上端为推力输入端(26)，圆弧导杆(5)的中段为圆弧段(27)，圆弧导杆(5)的下端为推力输出端(28)；
圆弧导轨块Ⅰ为左圆弧导轨块(4)，圆弧导轨块Ⅱ为右圆弧导轨块(6)，圆弧轨道为左圆弧导轨块(4)和右圆弧导轨块(6)合并后的中间通道。
3.根据权利要求1所述的用于高速风洞投放模型试验的初始运动状态预置方法，其特征在于，所述的圆弧导杆(5)的圆弧段(27)的圆弧运动旋转轴与参考平面的交点为参考圆心O，内埋投放模型(2)的质心O’与参考圆心O的距离为r，
Figure FDA0003215027890000011
圆弧导杆(5)的推力输出端(28)与内埋投放模型(2)在推动过程中具有接触区域，接触区域在参考平面上的投影上的任意点到参考圆心O的最近距离为dmin、最远距离为dmax，
Figure FDA0003215027890000021
圆弧导杆(5)的圆弧段(27)的几何中心线的圆弧半径为
Figure FDA0003215027890000022
考虑加工误差，工程上取圆弧导杆(5)的圆弧段(27)的加工半径范围为：
Figure FDA0003215027890000023
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