CN112793806B - 一种固定翼飞机吃水线模型试验装置及方法 - Google Patents
一种固定翼飞机吃水线模型试验装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于航空飞行器试验技术领域，具体涉及一种固定翼飞机吃水线模型试验装置及方法。装置包括固定翼飞机吃水线试验模型(1)、发射车(2)、模型挂载机构(3)、电动葫芦(4)、电子吊秤(5)以及传感器系统(6)；通过对零速条件下、具有渗漏源和内部结构分隔的固定翼飞机模型进水下沉过程进行试验模拟，通过监测模型俯仰角、横滚角、水线与各舱门门槛之间标尺读数随时间的变化曲线，对模型的零速漂浮运动规律进行梳理。在进一步对比分析不同模型初始重量、重心位置对进水下沉运动姿态、模型进水量的影响前提下，确定飞机在破损下沉过程中的姿态角包线、进水限值及零速漂浮时间。
Description
技术领域
本发明属于航空飞行器试验技术领域，具体涉及一种固定翼飞机吃水线模型试验装置及方法。
背景技术
随着飞机跨海活动的日益增多，飞机因意外情况发生水上迫降事故的情况也时有发生，为提高民用飞机的跨海飞行安全性，世界各国都将水上迫降内容编制进军/民用飞机的适航规范。随后，伴随着航天事业的发展人们的研究领域扩展到太空，返回舱的入水耐压冲击性能和水上漂浮特性逐渐转变为水上迫降的研究重点。在对上述问题进行研究时，常用的研究方法可分为计算分析和模型试验两类，前者侧重于采用数学解析和数值模拟的方法，对飞机实体模型进行漂浮性能分析。
虽然该方法具备一定的工程实用能力，但对于下沉飞机的内部舱室划分、气密区分布、进水容积等效还不能全面、准确的考虑。涉及到机身内部水流分布、液体晃荡动态响应的漂浮特性分析技术尚不完善。相较而言，模型试验因具有全面表征实际等效模型的内部结构和气密特征，实时输出飞机进水运动过程的运动特点和进水量分布特性等技术优势，而具有广泛的应用优势。
目前，还未见现有技术公开实用的固定翼飞机吃水线模型试验装置及方法。
发明内容
本发明的目的是：本发明的目的是借助模型试验可全面表征实机等效模型的内部结构、气密特征，实时输出飞机进水运动过程的运动特点和进水量分布特性等技术优势，而设计的固定翼飞机吃水线模型试验方法。通过该方法，可对零速条件下、具有渗漏源和内部结构分隔的固定翼飞机模型进水下沉过程进行试验模拟，通过监测模型俯仰角、横滚角、水线与各舱门门槛之间标尺读数随时间的变化曲线，对模型的零速漂浮运动规律进行梳理。在进一步对比分析不同模型初始重量、重心位置对进水下沉运动姿态、模型进水量的影响前提下，确定飞机在破损下沉过程中的姿态角包线、进水限值及零速漂浮时间。为固定翼飞机漂浮时间初步评估和基于提升漂浮能力的机体结构优化设计提供指导建议。
本发明的技术方案：为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提出一种固定翼飞机吃水线模型试验装置，其特征在于，包括固定翼飞机吃水线试验模型1、发射车2、模型挂载机构3、电动葫芦4、电子吊秤5以及传感器系统6；
所述发射车2安装于预设水域的轨道上方，通过沿水平方向的运动，可实现对试验区域进行调整；所述模型挂载机构3固定连接于发射车2底端，在发射车2的牵引下，与之同时运动/停止；所述电动葫芦4顶端固定连接于所述模型挂载机构3上，其底端与电子吊秤5的顶端通过电动葫芦4挂钩连接；所述固定翼飞机吃水线试验模型1吊挂于所述电子吊秤5下端吊钩上；
所述传感器系统6包括惯性测量单元7、无线采集器8、电池9、摄录系统10和数据分析系统11；所述惯性测量单元7安装于所述固定翼飞机吃水线试验模型1重心处的水密盒子内；所述无线采集器8、电池9固定在所述固定翼飞机吃水线试验模型1仪器水密盒内，分别用于采集、记录惯性测量单元7的测试参数和对模型内部传感器供电；所述摄录系统10为可移动式跟拍设备，用于对模型进水下沉过程的运动情况进行监测；所述数据分析系统10放置于地面上，用于对采集试验数据的进行分析处理；所述惯性测量单元7、无线采集器8、摄录系统10分别与所述数据分析系统11可通信地连接，能够将试验过程中的数据实时传输至数据分析系统。
根据本发明的第二方面，提出一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，采用上述一种固定翼飞机吃水线模型试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据试验状态对模型重量、重心位置、飞机渗漏源参数分别进行确认；
步骤2：状态无误后，对试验装置、传感器系统的信号连接测试；
步骤3：测试通过后，启动发射车2，将固定翼飞机吃水线试验模型1运行至试验区域；
步骤4：调整电动葫芦4底端的钢丝长度，使模型以近水平状态垂直向下运动至机身底部距离水面20mm～50mm，同时打开无线采集器8、摄录系统10；
步骤5：调整电动葫芦4底端的钢丝长度将固定翼飞机吃水线试验模型1缓慢放入水中使之自由漂浮；
步骤6：利用无线采集器8、摄录系统10分别记录模型在水面进水下沉过程中的运动姿态、水线与各舱门门槛之间的相对位置；
步骤7：当固定翼飞机吃水线试验模型1处于稳定漂浮时，判定试验结束，停止无线采集器8的记录和摄录系统10的录制；
步骤8：利用电动葫芦4底端的钢丝将所述固定翼飞机吃水线试验模型1抬离出水面，记录所述固定翼飞机吃水线试验模型1出水时刻所述电动葫芦4底端钢丝连接的所述电子吊秤5的读数；
步骤9：试验数据分析处理。
在一个可能的实施例中，在所述步骤1中，通过调整电动葫芦4顶端的固定位置，确保电子吊秤5底端的挂钩能与固定翼飞机吃水线试验模型1机身上预留的连接钢索竖直连接；通过调整电动葫芦4底端的钢丝长度，确保模型被电动葫芦4起吊后能保持水平并具有一定的离水高度。
在一个可能的实施例中，在所述步骤5中，保证电动葫芦4底端的钢丝处于松弛状态，不对模型自由漂浮产生影响。
在一个可能的实施例中，在所述步骤7中，所述稳定状态是指所述固定翼飞机吃水线试验模型1的姿态角、水线位置在1min内不变化。
在一个可能的实施例中，在所述步骤9中，具体过程如下：
步骤901：试验结束后，根据无线采集器8所采集到的模型运动姿态变化参数，以时间轴为横轴、参数值为纵轴，分别绘制俯仰角、横滚角随时间的变化曲线；
步骤902：根据电子吊秤5显示的模型进水后总重，计算试验过程中的模型进水量；
步骤903：通过对比分析不同模型初始重量、重心位置对最终的稳定漂浮姿态、模型进水量的影响，进一步确定固定翼飞机吃水线试验模型1的姿态角包线、进水量限值及零速漂浮时间。
在一个可能的实施例中，在试验结束后，当电子吊秤5显示的模型重量与试验初始重量误差在0.5kg以内时，认为模型内部无额外进水，模型恢复至初始试验状态，可以继续进行后续试验。
本发明的有益效果：本发明通过开展固定翼飞机吃水线模型试验方法研究，可对零速条件下、具有渗漏源和内部结构分隔的固定翼飞机模型进水下沉过程进行试验模拟，通过监测模型俯仰角、横滚角、水线与各舱门门槛之间标尺读数随时间的变化曲线，对模型的零速漂浮运动规律进行梳理。在进一步对比分析不同模型初始重量、重心位置对进水下沉运动姿态、模型进水量的影响前提下，确定飞机在破损下沉过程中的姿态角包线、进水限值及零速漂浮时间。为固定翼飞机漂浮时间初步评估和基于提升漂浮能力的机体结构优化设计提供指导建议。
该方法实用、可行、操作简单，试验结果可靠，适用范围广。
附图说明
图1试验装置安装结构侧视图
图2试验装置安装结构正视图
其中：
1-固定翼飞机吃水线试验模型；2-发射车；3-模型挂载机构；4-电动葫芦；5-电子吊秤；6-传感器系统；7-惯性测量单元；8-无线采集器；9-电池；10-摄录系统；11-数据分析系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种固定翼飞机吃水线模型试验装置，其特征在于，包括固定翼飞机吃水线试验模型1、发射车2、模型挂载机构3、电动葫芦4、电子吊秤5以及传感器系统6；
所述发射车2安装于预设水域的轨道上方，通过沿水平方向的运动，可实现对试验区域进行调整；所述模型挂载机构3固定连接于发射车2底端，在发射车2的牵引下，与之同时运动/停止；所述电动葫芦4顶端固定连接于所述模型挂载机构3上，其底端与电子吊秤5的顶端通过电动葫芦4挂钩连接；所述固定翼飞机吃水线试验模型1吊挂于所述电子吊秤5下端吊钩上；
所述传感器系统6包括惯性测量单元7、无线采集器8、电池9、摄录系统10和数据分析系统11；所述惯性测量单元7安装于所述固定翼飞机吃水线试验模型1重心处的水密盒子内；所述无线采集器8、电池9固定在所述固定翼飞机吃水线试验模型1仪器水密盒内，分别用于采集、记录惯性测量单元7的测试参数和对模型内部传感器供电；所述摄录系统10为可移动式跟拍设备，选用手持式摄像机，用于对模型进水下沉过程的运动情况进行监测；所述数据分析系统10放置于地面上，用于对采集试验数据的进行分析处理；所述惯性测量单元7、无线采集器8、摄录系统10分别与所述数据分析系统11可通信地连接，能够将试验过程中的数据实时传输至数据分析系统。
根据本发明的第二方面，提出一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，采用上述一种固定翼飞机吃水线模型试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据试验状态对模型重量、重心位置、飞机渗漏源参数分别进行确认；
步骤2：状态无误后，对试验装置、传感器系统的信号连接测试；
步骤3：测试通过后，启动发射车2，将固定翼飞机吃水线试验模型1运行至试验区域；
步骤4：调整电动葫芦4底端的钢丝长度，使模型以近水平状态垂直向下运动至机身底部距离水面20mm～50mm，同时打开无线采集器8、摄录系统10；
步骤5：调整电动葫芦4底端的钢丝长度将固定翼飞机吃水线试验模型1缓慢放入水中使之自由漂浮；
步骤6：利用无线采集器8、摄录系统10分别记录模型在水面进水下沉过程中的运动姿态、水线与各舱门门槛之间的相对位置；
步骤7：当固定翼飞机吃水线试验模型1处于稳定漂浮时，判定试验结束，停止无线采集器8的记录和摄录系统10的录制；
步骤8：利用电动葫芦4底端的钢丝将所述固定翼飞机吃水线试验模型1抬离出水面，记录所述固定翼飞机吃水线试验模型1出水时刻所述电动葫芦4底端钢丝连接的所述电子吊秤5的读数；
步骤9：试验数据分析处理。
在所述步骤1中，通过调整电动葫芦4顶端的固定位置，确保电子吊秤5底端的挂钩能与固定翼飞机吃水线试验模型1机身上预留的连接钢索竖直连接；通过调整电动葫芦4底端的钢丝长度，确保模型被电动葫芦4起吊后能保持水平并具有一定的离水高度；
在所述步骤5中，保证电动葫芦4底端的钢丝处于松弛状态，不对模型自由漂浮产生影响；
在所述步骤7中，所述稳定状态是指所述固定翼飞机吃水线试验模型1的姿态角、水线位置在1min内不变化；
在所述步骤9中，具体过程如下：
步骤901：试验结束后，根据无线采集器8所采集到的模型运动姿态变化参数，以时间轴为横轴、参数值为纵轴，分别绘制俯仰角、横滚角随时间的变化曲线；
步骤902：根据电子吊秤5显示的模型进水后总重，计算试验过程中的模型进水量；
步骤903：通过对比分析不同模型初始重量、重心位置对最终的稳定漂浮姿态、模型进水量的影响，进一步确定固定翼飞机吃水线试验模型1的姿态角包线、进水量限值及零速漂浮时间。
在试验结束后，当电子吊秤5显示的模型重量与试验初始重量误差在0.5kg以内时，认为模型内部无额外进水，模型恢复至初始试验状态，可以继续进行后续试验。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，采用一种固定翼飞机吃水线模型试验装置，所述试验装置包括固定翼飞机吃水线试验模型(1)、发射车(2)、模型挂载机构(3)、电动葫芦(4)、电子吊秤(5)以及传感器系统(6)；
所述发射车(2)安装于预设水域的轨道上方，通过沿水平方向的运动，可实现对试验区域进行调整；所述模型挂载机构(3)固定连接于发射车(2)底端，在发射车(2)的牵引下，与之同时运动/停止；所述电动葫芦(4)顶端固定连接于所述模型挂载机构(3)上，其底端与电子吊秤(5)的顶端通过电动葫芦(4)挂钩连接；所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)吊挂于所述电子吊秤(5)下端吊钩上；
所述传感器系统(6)包括惯性测量单元(7)、无线采集器(8)、电池(9)、摄录系统(10)和数据分析系统(11)；所述惯性测量单元(7)安装于所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)重心处的水密盒子内；所述无线采集器(8)、电池(9)固定在所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)仪器水密盒内，分别用于采集、记录惯性测量单元(7)的测试参数和对模型内部传感器供电；所述摄录系统(10)为可移动式跟拍设备，用于对模型进水下沉过程的运动情况进行监测；所述数据分析系统(11)放置于地面上，用于对采集试验数据的进行分析处理；所述惯性测量单元(7)、无线采集器(8)、摄录系统(10)分别与所述数据分析系统(11)可通信地连接，能够将试验过程中的数据实时传输至数据分析系统；所述试验方法包括如下步骤：
步骤1：根据试验状态对模型重量、重心位置、飞机渗漏源参数分别进行确认；
步骤2：状态无误后，对试验装置、传感器系统的信号连接测试；
步骤3：测试通过后，启动发射车(2)，将固定翼飞机吃水线试验模型(1)运行至试验区域；
步骤4：调整电动葫芦(4)底端的钢丝长度，使模型以近水平状态垂直向下运动至机身底部距离水面20mm～50mm，同时打开无线采集器(8)、摄录系统(10)；
步骤5：调整电动葫芦(4)底端的钢丝长度将固定翼飞机吃水线试验模型(1)缓慢放入水中使之自由漂浮；
步骤6：利用无线采集器(8)、摄录系统(10)分别记录模型在水面进水下沉过程中的运动姿态、水线与各舱门门槛之间的相对位置；
步骤7：当固定翼飞机吃水线试验模型(1)处于稳定漂浮时，判定试验结束，停止无线采集器(8)的记录和摄录系统(10)的录制；
步骤8：利用电动葫芦(4)底端的钢丝将所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)抬离出水面，记录所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)出水时刻所述电动葫芦(4)底端钢丝连接的所述电子吊秤(5)的读数；
步骤9：试验数据分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，在所述步骤1中，通过调整电动葫芦(4)顶端的固定位置，确保电子吊秤(5)底端的挂钩能与固定翼飞机吃水线试验模型(1)机身上预留的连接钢索竖直连接；通过调整电动葫芦(4)底端的钢丝长度，确保模型被电动葫芦(4)起吊后能保持水平并具有一定的离水高度。
3.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，在所述步骤5中，保证电动葫芦(4)底端的钢丝处于松弛状态，不对模型自由漂浮产生影响。
4.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，在所述步骤7中，所述稳定漂浮状态是指所述固定翼飞机吃水线试验模型(1)的姿态角、水线位置在1min内不变化。
5.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，在所述步骤9中，具体过程如下：
步骤901：试验结束后，根据无线采集器(8)所采集到的模型运动姿态变化参数，以时间轴为横轴、参数值为纵轴，分别绘制俯仰角、横滚角随时间的变化曲线；
步骤902：根据电子吊秤(5)显示的模型进水后总重，计算试验过程中的模型进水量；
步骤903：通过对比分析不同模型初始重量、重心位置对最终的稳定漂浮姿态、模型进水量的影响，进一步确定固定翼飞机吃水线试验模型(1)的姿态角包线、进水量限值及零速漂浮时间。
6.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，在试验结束后，当电子吊秤(5)显示的模型重量与试验初始重量误差在0.5kg以内时，认为模型内部无额外进水，模型恢复至初始试验状态，可以继续进行后续试验。
7.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机吃水线模型试验方法，其特征在于，所述摄录系统(10)采用手持式摄像机。
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