CN111912453A - 一种rcs测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，所述装置包括目标对接柱（3）、上球瓦（7）、下球瓦（11）、球头（9）、球脖（10）、三维力传感器（17）、倾角传感器（5）；本发明通过设置三维力传感器和倾角传感器，提高了待测目标装置RCS测试结果的全面性和精准度。

Description

一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置

技术领域

本发明属于航空微波测试技术领域，具体地说，涉及一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置。

背景技术

雷达散射截面(RCS)测试是隐身技术和目标特性研究的基础。武器装备全面隐身化，隐身性能指标成为装备最重要的战技指标之一。隐身测试评估是实现装备隐身性能不可缺少的重要环节，涉及隐身装备从方案设计验证、研制方案筛选、部件和整机隐身效果评估、使用维护检定等全生命周期。隐身性能评估测试已发展成为一项专业技术，在隐身装备研制中发挥重要作用。美国、俄罗斯以及欧洲等军事强国为促进装备隐身技术发展，建立了强大的隐身技术研究与试验体系，全面支撑了隐身装备研制发展；高度重视隐身试验测试评估技术，建立了国立雷达目标散射特性测试场，用以飞行器隐身性能测试评估。隐身性能的测试评估主要利用室内微波暗室(紧缩场)、室外静态测试场和室外动态试验设施3种试验平台，分别完成隐身武器从概念设计到装备部队的隐身性能测评工作，不同阶段需要不同的测试手段和设备来支撑，从而形成了一个完整的研制生命循环。从隐身飞行器的研究经历来看，上述3种测试手段可以较好地互相验证隐身性能的有效性，完成飞行器研制周期中的大量常规测试。通过在室内紧缩场对飞行器部件进行RCS测试，考核其达到分配的RCS指标情况是隐身飞行器研制过程中重要的质量控制手段，可以及早发现可能存在的问题，防止出现大的反复从而影响整个工程周期。此外，研究飞行器隐身性能时主要关心目标整体相对雷达运动引起的RCS变化，室外静态测试场可用于全尺寸高逼真度隐身验证模型的详细评估测试，它是飞行器隐身性能评估的关键。隐身飞行器动态RCS反映了在实际情况下飞行器的隐身性能，一般采用动态相干测试系统和外军飞机上的雷达进行测试，完成验证性评估。

上述3种测试手段在隐身飞行器的研制与隐身性能的验证中相辅相成、缺一不可，但随着隐身与反隐身技术的发展，实际飞行器产品的细节测试与验证测试需求正变得越来越迫切，如何利用地面设施(如机库、厂房等)建立经济、高效和可靠的室内散射特性测试手段用于隐身性能的出厂验收或装备部队后的维修检测显得十分必要。

随着计算机及传感器技术的飞速发展，RCS静场测试方法在目标特性领域受到越来越多的重视，该方法采用近距离变换测试与远场测试进行相对比较的方法进行产品隐身性能的出厂验收及使用维护后的检定测试，该技术效率高、成本低，逐渐成为散射特性测试领域关心的热点问题，并不断加强与关注其理论与技术的发展。在室内RCS静场测试场中，飞行器采用起落架支撑方式置于目标区，通过地面转台可旋转飞行器目标，位于场地一侧的专用仪表雷达发射并接收飞行器在不同角度下近场散射响应，利用近远场变换关系得到远场散射特性，同时为减小墙壁对目标测试的影响，在场地相应位置铺设吸波材料。

近年来，RCS测试技术已经广泛应用于微波技术领域，其研究方向已经由传统的静态测试向动态测试方向发展，从而获得被测试目标更加全面、真实的RCS测试结果。传统的静态测试方法是由人工铺设低散射泡沫工装，将被测目标的附件分批次放置于泡沫工装之上进行RCS测试，最终通过软件合成获得其RCS测试结果；其特点是：测试方式单一，测试结果不精确，测试周期长，且无法获得全面的测试结果。

发明内容

本发明针对现有静态测试方法测试方式单一，测试结果不精确，测试周期长，且无法获得全面的测试结果的问题，提出了一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，通过设置三维力传感器和倾角传感器，提高了待测目标装置RCS测试结果的全面性和精准度。

本发明的具体实现内容如下：

本发明提出了一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，与被测试目标连接，所述装置包括目标对接柱、上球瓦、下球瓦、球头、球脖、三维力传感器、倾角传感器；

所述球脖为圆锥形柱状体，且半径较小的一端与球头固定连接；所述下球瓦为圆环形结构，活动安装在球脖上位于球头下的位置，且下球瓦的内环径口的半径大于球脖与球头连接一端的半径，小于球头的最大半径；

所述上球瓦包括与下球瓦外环的形状大小对应的圆环形结构、与上球瓦的圆环形结构连接的平板结构；所述倾角传感器安装在平板结构的上表面上；

所述上球瓦的圆环形结构与下球瓦固定连接；

所述目标对接柱半径大于或等于所述上球瓦的圆环形结构的内环径口的半径，且安装在上球瓦的上表面上，与上球瓦的圆环形结构的内环径口密封固定连接；所述目标对接柱的底端内部设置球窝；所述球头大于一半的球体安装在球窝中；

所述三维力传感器与球脖的下端固定连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括聚四氟乙烯衬套；所述聚四氟乙烯衬套安装在球窝内壁中。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括传感器固定座；所述传感器固定座安装在三维力传感器下端。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括球铰支座；所述球铰支座安装在球脖的下端，所述球铰支座的下端与三维力传感器固定连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述球铰支座上设置第二装配螺钉孔，所述三维力传感器上端设置与第二装配螺钉孔对应的第二内螺纹孔。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括锁紧螺母，所述目标对接柱的上端设置与锁紧螺母对应的锁紧螺纹。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述上球瓦的圆环形结构上设置φ8内螺纹孔，所述下球瓦上设置与φ8内螺纹孔对应的φ8装配螺钉孔。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述传感器固定座上设置用于将传感器固定座固定的装配螺钉孔。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述三维力传感器为ME K3D155传感器。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)实现了实时掌握被测目标在测试过程中的实际状态，降低了被测目标倾斜掉落的意外；

(2)提高了目标RCS测试结果的全面性和精确度。

附图说明

图1为本发明装置爆炸示意图；

图2为本发明装置立体图；

图3为本发明在实际应用时的应用示意图；

图4为本发明在实际应用时的受力分析图；

图5为球头球脖连接结构局部示意图。

其中：1、锁紧螺母，2、锁紧螺纹，3、目标对接柱，4、球窝，5、倾角传感器，6、φ8内螺纹孔，7、上球瓦，8、聚四氟乙烯衬套，9、球头，10、球脖，11、下球瓦，12、φ8装配螺钉孔，13、球铰支座，14、φ10装配螺钉孔，15、φ10内螺纹孔，16、φ17装配螺钉孔，17、三维力传感器，18、传感器固定座。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本发明提出了一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，如图1、图2、图3、图4、图5所示，本装置与被测试目标连接，包括目标对接柱3、上球瓦7、下球瓦11、球头9、球脖10、三维力传感器17、倾角传感器5；

所述球脖10为圆锥形柱状体，且半径较小的一端与球头9固定连接；所述下球瓦11为圆环形结构，活动安装在球脖10上位于球头9下的位置，且下球瓦11的内环径口的半径大于球脖10与球头9连接一端的半径，小于球头9的最大半径；

所述上球瓦7包括与下球瓦11外环的形状大小对应的圆环形结构、与上球瓦7的圆环形结构连接的平板结构；所述倾角传感器5安装在平板结构的上表面上；

所述上球瓦7的圆环形结构与下球瓦11固定连接；

所述目标对接柱3半径大于或等于所述上球瓦7的圆环形结构的内环径口的半径，且安装在上球瓦7的上表面上，与上球瓦7的圆环形结构的内环径口密封固定连接；所述目标对接柱3的底端内部设置球窝4；所述球头9大于一半的球体安装在球窝4中；

所述三维力传感器17与球脖10的下端固定连接；

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括聚四氟乙烯衬套8；所述聚四氟乙烯衬套8安装在球窝4内壁中；

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括传感器固定座18；所述传感器固定座18安装在三维力传感器17下端；

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括球铰支座13；所述球铰支座13安装在球脖10的下端，所述球铰支座13的下端与三维力传感器固定连接；

为了更好地实现本发明，进一步地，所述球铰支座13上设置第二装配螺钉孔14，所述三维力传感器17上端设置与第二装配螺钉孔14对应的第二内螺纹孔15；

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括锁紧螺母1，所述目标对接柱3的上端设置与锁紧螺母1对应的锁紧螺纹2。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述锁紧螺母1、上球瓦7、下球瓦11、球铰支座13均采用高碳铬轴承钢Gcr15。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述上球瓦6的圆环形结构上设置φ8内螺纹孔6，所述下球瓦11上设置与φ8内螺纹孔6对应的φ8装配螺钉孔12。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述传感器固定座18上设置用于将传感器固定座18固定的装配螺钉孔16；

所述三维力传感器17为ME K3D155传感器。

工作原理：该装置完全固定可靠后，需与相应的吊挂机构配合使用，其中将被测试目标一端与吊挂机构可靠连接，另外一端与所述装置的目标对接柱3进行对接，且通过锁紧螺母1、锁紧螺纹2将目标与目标对接柱3完全锁紧。当操作人员完成上述准备工作后，上位机能够根据操作人员的设置自动控制吊挂机构进行起升或下降运动，所述装置采用了三维力传感器17和倾角传感器5，能够实时监控并向上位机反馈被测目标在测试过程中对其固定支座X、Y、Z方向的力矩变化情况以及目标的实际俯仰角度，从而实时获得被测目标不同方位角度的状态，以此基础通过专用测试设备获得不同角度状态下目标的RCS测试结果。而聚四氟乙烯衬套8是用小螺钉固定在球窝4内，以此降低球窝4与球头9之间的刚性摩擦，提高之间的贴合程度，从而使三维力传感器18和倾角传感器5的精确度。所述装置采用了的三维力传感器17和倾角传感器5均可通过上位机设置X、Y、Z方向以及俯仰角度方面的最大受力保护范围，如出现力矩、角度超过设置值，则上位机立即发出停止工作指令，保证被测目标的安全可靠性，使被测目标处于相对安全的测试环境中。如图3、图4所示，吊挂系统将测试目标吊挂起来，本发明装置安装在测试目标的底部，通过固定底座进行固定；测试目标所受重力G垂直向下，作用点位于重心位置，同时受到支吊系统拉力F1和支撑装置支撑力F2，其平衡关系如下：

G＝F₁+F₂,

GL₁＝F₂L.

此时通过三维力传感器和倾角传感器即可得到测试时的测试目标三维力矩和角度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，与被测试目标连接，其特征在于，包括目标对接柱（3）、上球瓦（7）、下球瓦（11）、球头（9）、球脖（10）、三维力传感器（17）、倾角传感器（5）；

所述球脖（10）为圆锥形柱状体，且半径较小的一端与球头（9）固定连接；所述下球瓦（11）为圆环形结构，活动安装在球脖（10）上位于球头（9）下的位置，所述下球瓦（11）的内环径口的半径大于球脖（10）与球头（9）连接一端的半径，且小于球头（9）的最大半径；

所述上球瓦（7）包括与下球瓦（11）外环的形状大小对应的圆环形结构、与上球瓦（7）的圆环形结构连接的平板结构；所述倾角传感器（5）安装在平板结构的上表面上；

所述上球瓦（7）的圆环形结构与下球瓦（11）固定连接；

所述目标对接柱（3）半径大于或等于所述上球瓦（7）的圆环形结构的内环径口的半径，且安装在上球瓦（7）的上表面上，与上球瓦（7）的圆环形结构的内环径口密封固定连接；所述目标对接柱（3）的底端内部设置球窝（4）；所述球头（9）大于一半的球体安装在球窝（4）中；

所述三维力传感器（17）与球脖（10）的下端固定连接。

2.如权利要求1所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，还包括聚四氟乙烯衬套（8）；所述聚四氟乙烯衬套（8）安装在球窝（4）内壁中。

3.如权利要求1所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，还包括传感器固定座（18）；所述传感器固定座（18）安装在三维力传感器（17）下端。

4.如权利要求3所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，所述传感器固定座（18）上设置用于将传感器固定座（18）固定的装配螺钉孔（16）。

5.如权利要求1所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，还包括球铰支座（13）；所述球铰支座（13）安装在球脖（10）的下端，所述球铰支座（13）的下端与三维力传感器（17）固定连接。

6.如权利要求5所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，所述球铰支座（13）上设置第二装配螺钉孔（14），所述三维力传感器（17）上端设置与第二装配螺钉孔（14）对应的第二内螺纹孔（15）。

7.如权利要求1所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，还包括锁紧螺母（1），所述目标对接柱（3）的上端设置与锁紧螺母（1）对应的锁紧螺纹（2）。

8.如权利要求7所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，所述锁紧螺母（1）、上球瓦（7）、下球瓦（11）采用高碳铬轴承钢Gcr15。

9.如权利要求1所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，所述上球瓦（6）的圆环形结构上设置φ8内螺纹孔（6），所述下球瓦（11）上设置与φ8内螺纹孔（6）对应的φ8装配螺钉孔（12）。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种RCS测试用同时获得目标三维力矩和角度的装置，其特征在于，所述三维力传感器（17）为ME K3D155传感器。

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