CN113008506B - 一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，包括：折叠舵、舵面座、固定筒、支承台、转角传感器、同轴转接件、压杆、传感器支架和转角调节机构；其中，折叠舵的内侧缘与舵面座的外侧缘铰接；舵面座的圆柱端插设于固定筒的内部；固定筒的法兰端与支承台相连接；转角传感器设置于传感器支架的一端；同轴转接件的一端与折叠舵相连接，同轴转接件的另一端与转角传感器相连接；同轴转接件的轴线与折叠舵的舵轴轴线重合；传感器支架的另一端与支承台相连接；压杆的一端压在折叠舵的外端，用于固定折叠舵的折叠状态；压杆的另一端通过转角调节机构与支承台相连接。本发明实现了真实导弹的折叠舵在风洞展开试验。

Description

一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置。

背景技术

导弹作为一种现代的高科技战略武器，被广泛的应用于国防装备中。当前，由于新一代武器装备对作战的机动性以及本体隐身性能提出了更高的要求，越来越多的战术弹、巡航弹等使用了箱式发射。箱式发射方法适用于狭小面积的舰船或具有较大机动性的车载发射，对提高武器系统的作战效率，增加武器系统的机动性，增强武器系统的生命力都显示出巨大的优越性，并且有利于导弹的日常维护。

采用箱式发射，要求导弹弹体尺寸较小。一般采用两种办法：一是导弹采用小展弦比舵面，缩小舵面展向长度；二是采用折叠式舵面：舵面在发射箱中处于折叠状态，当导弹飞离发射箱时，舵面自动展开到正常位置。采用折叠舵可以大大缩小导弹自身所占有的空间，减小发射箱的尺寸。因此，折叠舵导弹逐渐成为一种新的设计趋势。

折叠舵虽然具有上述优点，但带来的问题是增加了折叠机构，如果导弹发射时折叠舵展开异常，则可能导致发射失败；同时又由于折叠舵面展开过程时间短，冲击大，折叠舵受力复杂。

现有的没有一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置对全尺寸大载荷折叠舵进行风洞试验，从而带来的负面效果为：风洞中需采用缩比模型来模拟真实情况，缩比后的全尺寸舵上受到的作用力和力矩较小，且缩比带来的尺寸效应、雷诺数效应使得测量结果与实际情况不能完全相符，这会为导弹发射的成功研制带来风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，实现了真实导弹的大载荷折叠舵在风洞展开试验。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，包括：折叠舵、舵面座、固定筒、支承台、转角传感器、同轴转接件、压杆、传感器支架和转角调节机构；其中，所述折叠舵的内侧缘与所述舵面座的外侧缘铰接；所述舵面座的圆柱端插设于所述固定筒的内部；所述固定筒的法兰端与所述支承台相连接；所述转角传感器设置于所述传感器支架的一端；所述同轴转接件的一端与所述折叠舵相连接，所述同轴转接件的另一端与所述转角传感器相连接；所述同轴转接件的轴线与所述折叠舵的舵轴轴线重合；所述传感器支架的另一端与所述支承台相连接；所述压杆的一端压在所述折叠舵的外端，用于固定折叠舵的折叠状态；所述压杆的另一端通过转角调节机构与支承台相连接。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述转角调节机构包括从动杆、主动杆、调节板、减速机、电机座和伺服电机；其中，所述压杆的另一端与所述从动杆的一端相连接；所述从动杆的另一端与所述主动杆的一端相连接，所述从动杆的轴线与所述主动杆的轴线垂直；所述主动杆的另一端与所述减速机输出端相连接；所述调节板的一端与所述支承台相连接；所述减速机与所述调节板的另一端相连接；所述电机座与所述减速机相连接；所述电机座与所述伺服电机相连接。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述支承台开设有若干个定位孔，所述固定筒的法兰端通过螺栓固定于定位孔内；若干个定位孔构成一个圆形，若干个定位孔绕所述圆形的圆周均匀分布。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述同轴转接件包括法兰端和轴套端；其中，所述法兰端和所述轴套端一体连接；所述折叠舵的一个侧面开设有定位槽，所述法兰端嵌设于所述定位槽内。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述转角传感器包括转角传感器本体、输入轴和螺母；其中，所述转角传感器本体与所述输入轴相连接；

所述输入轴插入同轴转接件的轴套端内，并用紧固螺钉固定，防止输入轴与同轴转接件之间发生相对移动；

所述传感器支架的一端开设有U形豁口，输入轴穿过U形豁口插入同轴转接件的轴套端内；

所述螺母与所述输入轴螺纹连接，将转角传感器本体固定于U形豁口的外侧面。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述压杆的一端设置有半圆球，半圆球用于固定折叠舵的折叠状态。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述从动杆的一端沿着从动杆的轴线方向开设有两个柱销孔，所述压杆的另一端插入所述从动杆的内部空腔，每个柱销穿过相对应的柱销孔使得压杆的另一端与所述从动杆的一端相连接。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述从动杆的另一端插入至所述主动杆一端开设的通孔中，并通过螺钉将从动杆固定连接到主动杆上。

上述全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置中，所述主动杆的另一端先穿过调节板的第二通孔，再插入所述减速机输出法兰端定位孔内；所述减速机的输出法兰端插入所述调节板开设的第二定位槽内；长内六角螺钉先穿过所述主动杆的圆周等分的通孔、再穿过所述调节板开设的第二通孔，安装到所述减速机的输出法兰端，将所述主动杆和所述减速机固定连接在一起。

上述全尺寸舵大载荷风洞展开试验装置中，所述减速机的高速轴端插入电机座的定位孔中，长内六角螺钉先穿过电机座开设的通孔，再穿过减速机开设的通孔，安装到调节板的开设的螺纹孔上，将电机座、减速机和调节板固定连接在一起。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明的转角传感器能够测量真实导弹的大载荷折叠舵在风洞展开过程中的各特性参数；

(2)本发明的转角传感器的输入轴插入同轴转接件的轴套内，并用紧固螺钉固定，保证了转角传感器的输入轴与折叠舵的舵轴处于同一轴线上，保障了折叠舵的展开转角与转角传感器的旋转角的高度一致，提高了折叠舵展开转角的测量精度；

(3)本发明可以通过支承台上的三个长槽孔调整调节板在支承台的位置，实现了折叠舵折叠转角的连续微调。压杆对应有多个安装位置，或者改变压杆两端的长度，实现了可以根据需要调整压杆相对于支承台的距离，拓宽了折叠舵折叠转角的测量范围，相比结构固定的普通折叠舵折叠-展开机构，使用更加灵活、方便；

(4)本发明结构简单、合理、可靠，操作维修方便，适用性强，能够实现不同类型的全尺寸大载荷舵折叠机构展开低速风洞试验。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的全尺寸舵风洞展开试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的全尺寸舵风洞展开试验装置的后视图；

图3是本发明实施例提供的折叠舵转角测量组件结构示意图；

图4是本发明实施例提供的支承台结构示意图；

图5是本发明实施例提供的同轴转接件结构示意图；

图6是本发明实施例提供的调节板结构示意图；

图7是本发明实施例提供的压杆和转角调节机构结构示意图；

图8是本发明实施例提供的图7的A-A剖面视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置的后视图。如图1和图2所示，该全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置包括：折叠舵1、舵面座2、固定筒3、支承台4、转角传感器5、同轴转接件6、压杆7、传感器支架8和转角调节机构。其中，

折叠舵1的内侧缘与舵面座2的外侧缘铰接；舵面座2的圆柱端插设于固定筒3的内部；固定筒3的法兰端与支承台4相连接；转角传感器5设置于传感器支架8的一端；同轴转接件6的一端与折叠舵1相连接，同轴转接件6的另一端与转角传感器5相连接；同轴转接件6的轴线与折叠舵1的舵轴轴线重合；传感器支架8的另一端与支承台4相连接；压杆7的一端压在折叠舵1的外端，用于固定折叠舵1的折叠状态；压杆7的另一端通过转角调节机构与支承台4相连接。

转角调节机构包括从动杆10、主动杆11、调节板12、减速机13、电机座14和伺服电机15。其中，

压杆7的另一端与从动杆10的一端相连接；从动杆10的另一端与主动杆11的一端相连接，从动杆10的轴线与主动杆11的轴线垂直；主动杆11的另一端与减速机13输出端相连接；调节板12的一端与支承台4相连接；减速机13与调节板12另一端相连接；电机座14与减速机13输入端相连接；电机座14与伺服电机15相连接。

折叠舵1的内侧缘与舵面座2的外侧缘之间铰接并设有扭簧，扭簧能够驱动折叠舵快速展开。

舵面座2的圆柱端在固定筒3的圆柱筒端内滑动，并通过伺服电机制动来实现底部弹簧销弹出，机构锁死。优选的是，固定筒3的法兰端通过螺栓固定于支承台4的圆周等分的定位孔41(如图4所示)内，即定位孔41对固定筒3具有定位作用，保证了固定筒3的安装位置准确，以保证测量折叠舵转角的精度。

转角传感器5用于测量折叠舵1的展开特性，包括但不限于试验确定折叠舵1在多大出筒速度和多大攻角、侧滑角范围内折叠舵1能正常展开；采集折叠舵1每次展开过程的转角-时间数据，并检验展开和锁死机构的可靠性；得出折叠舵1每次展开过程中的角速度和角加速度。具体过程为：首先，通过采集系统获得转角α随时间t的变化曲线或函数关系式；其次，对角度随时间变化函数求一阶导数，得出角速度函数；最后，对角速度函数求导，得出角加速度。

α＝f(t)

如图3和图5所示，同轴转接件6包括法兰端61和轴套端62；其中，法兰端61和轴套端62一体连接；折叠舵1的一个侧面开设有定位槽，法兰端61嵌设于定位槽内。同轴转接件6的法兰端61通过凸台定位、螺钉连接固定在折叠舵1上，同轴转接件6的轴线与折叠舵1的舵轴轴线重合；同轴转接件6的轴套端62和转角传感器5的输入轴51连接，以将折叠舵1的旋转运动实时传递至所述转角传感器5的输入轴，保证了转角传感器5的输入轴与折叠舵1的舵轴处于同一轴线上。

压杆7材料为高强度高刚性的材料，一端压在折叠舵1的外端，用于固定折叠舵1的折叠状态，另一端通过转角调节机构固定到支承台4的另一侧，且压杆7能够在风洞中指定风速下使折叠舵1稳定折叠并在试验时快速释放折叠舵1。

优选的是，支承台4上设有四个通孔42(如图4所示)，通过螺栓或螺钉固定于一支架上面或其侧端，此支架支撑在风洞下转盘上，从而实现了本发明折叠舵1的攻角、侧滑角在其要求范围内连续可调。

优选的是，转角传感器5安装在传感器支架8一端，传感器支架8的另一端通过螺钉连接固定在支承台4的凹槽43(如图4所示)上，凹槽43对传感器支架8具有定位作用，保证了传感器支架8的安装位置精度。更优选的是，传感器支架8为“L”形且为板状结构，其下端通过螺钉固定到支承台4的凹槽43上，且与支承台4的定位孔41同侧，其上端端部设有“U”形豁口，转角传感器5的输入轴51穿过“U”形豁口、螺母52，螺母52将转角传感器5固定于“U”形豁口的外侧面。

优选的是，转角传感器5包括转角传感器本体、输入轴51和螺母52；其中，转角传感器本体与输入轴51相连接；输入轴51插入同轴转接件6的轴套端62内，并用紧固螺钉9固定，防止输入轴51与同轴转接件6之间发生相对移动；传感器支架8的一端开设有U形豁口，输入轴51穿过U形豁口插入同轴转接件6的轴套端62内；螺母52与输入轴51螺纹连接，将转角传感器本体固定于U形豁口的外侧面。

优选的是，如图7和图8所示，压杆7材料为30CrMnSiA，其一端设有半圆球71，用于固定折叠舵1的折叠状态，半圆球的作用是：为了把折叠舵1压的更紧，同时让折叠舵1对应位置处中间的部位受力更均匀，从而保证锁定-展开状态的有效传力，避免折叠舵1受到损伤。

优选的是，压杆7的另一端插入转角调节机构上端，并设有四个柱销孔(不限于四个，可根据折叠舵处于折叠状态时的转角大小进行调整)，可选择地与转角调节机构固定连接。

优选的是，转角调节机构包括从动杆10、主动杆11、调节板12、减速机13、电机座14、伺服电机15。

优选的是，调节板12一端通过凸台配合、三个螺钉固定于支承台4的三个长槽孔44上，调节板12可以沿折叠舵展向移动，实现了折叠舵1折叠转角的连续微调。

优选的是，从动杆10的一端设有两个柱销孔，并与压杆7通过凸台配合、柱销16连接实现至少三种折叠舵1折叠转角位置的调节，同时，也可以改变压杆7两端的长度，实现了根据需要调整压杆7相对于支承台的距离，即拓宽了折叠舵折叠转角的测量范围。

优选的是，如图6和图8所示，从动杆10的另一端插入至主动杆11一端的通孔111中，并通过4个螺钉固定连接到主动杆11上，主动杆11的另一端先穿过调节板12的第二通孔121，再插入减速机13的定位孔131内，圆周等分的长内六角螺钉穿过主动杆11的圆周等分的通孔安装到减速机13的输出法兰端，将主动杆11与减速机13固定连接在一起。

优选的是，减速机13选择住友F2C系列减速机，其输出端插入到调节板12的第二定位槽123中，其高速轴端插入电机座14的定位孔中，圆周等分的长内六角螺钉先穿过电机座14圆周等分的通孔，再穿过减速机13的圆周等分的通孔，安装到调节板12的另一端螺纹孔122上，将电机座14与减速机13和调节板12固定连接在一起。

优选的是，伺服电机15用四个螺栓与电机座14固定在一起。

主动杆11与减速机13-电机座14-伺服电机15固定连接，并通过调节板12的另一端固定于支承台4的三个长槽孔44上。

实行不同类型大载荷折叠舵风洞试验时，仅需根据流动条件、舵面尺寸对压杆7进行相应尺寸调整即可，使得试验机构适应不同舵面的能力大大加强，其中舵面尺寸与压杆尺寸及风洞试验条件间按以下关系确定。

其中，S为舵面面积，H为舵面高度，V为试验中最大风速，α为舵面在风轴系下的迎角，L1为压杆的长度，L2为压杆的宽度，H1为压杆的高度，E为压杆材料的弹性模量，ρ为风洞中空气密度，ε为压杆的允许变形量，F为基于工程公式的舵面上受的力，M为舵面在压杆处的力矩。

通过上述公式使得压杆尺寸最小，压杆对舵面气动力的干扰最小，加工成本最低。

风洞试验前，伺服电机15不通电，压杆7的半圆球压住折叠舵1外端，折叠舵1处于稳定的折叠状态；风洞试验时，伺服电机15通电，当风速和舵姿态达到试验要求状态时带动压杆7滑动，从而快速释放折叠舵1。这时，转角传感器5采集折叠舵1每次展开过程的转角-时间数据等一些折叠舵在展开过程中的各特性参数。

当舵面顺利展开并锁定，舵面结构未出现异常时，称为舵面正常展开。每单次展开锁定试验后检查全尺寸大载荷舵结构状态。

本实施例能够模拟真实导弹折叠舵在发射后折叠舵展开过程的低速风洞试验，能够测量折叠舵展开转角等气动参数，可以满足战术弹型号设计对折叠舵展开过程性能参数测量的要求，并掌握导弹折叠舵能够正常展开的状态和条件，获得展开转角随时间的变化关系，并检验其展开和锁死机构的可靠性情况。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于包括：折叠舵(1)、舵面座(2)、固定筒(3)、支承台(4)、转角传感器(5)、同轴转接件(6)、压杆(7)、传感器支架(8)和转角调节机构；其中，

所述折叠舵(1)的内侧缘与所述舵面座(2)的外侧缘铰接；

所述舵面座(2)的圆柱端插设于所述固定筒(3)的内部；

所述固定筒(3)的法兰端与所述支承台(4)相连接；

所述转角传感器(5)设置于所述传感器支架(8)的一端；

所述同轴转接件(6)的一端与所述折叠舵(1)相连接，所述同轴转接件(6)的另一端与所述转角传感器(5)相连接；所述同轴转接件(6)的轴线与所述折叠舵(1)的舵轴轴线重合；

所述传感器支架(8)的另一端与所述支承台(4)相连接；

所述压杆(7)的一端压在所述折叠舵(1)的外端，用于固定折叠舵(1)的折叠状态；所述压杆(7)的另一端通过转角调节机构与支承台(4)相连接；

所述转角调节机构包括从动杆(10)、主动杆(11)、调节板(12)、减速机(13)、电机座(14)和伺服电机(15)；其中，

所述压杆(7)的另一端与所述从动杆(10)的一端相连接；

所述从动杆(10)的另一端与所述主动杆(11)的一端相连接，所述从动杆(10)的轴线与所述主动杆(11)的轴线垂直；

所述主动杆(11)的另一端与所述减速机(13)的输出端相连接；

所述调节板(12)的一端与所述支承台(4)相连接；

所述减速机(13)与所述调节板(12)的另一端相连接；

所述电机座(14)与所述减速机(13)的输入端相连接；

所述电机座(14)与所述伺服电机(15)相连接；

舵面尺寸与压杆尺寸及风洞试验条件间按以下关系确定：

其中，S为舵面面积，H为舵面高度，V为试验中最大风速，α为舵面在风轴系下的迎角，L1为压杆的长度，L2为压杆的宽度，H1为压杆的高度，E为压杆材料的弹性模量，ρ为风洞中空气密度，ε为压杆的允许变形量，F为基于工程公式的舵面上受的力，M为舵面在压杆处的力矩。

2.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述支承台(4)开设有若干个定位孔(41)，所述固定筒(3)的法兰端通过螺栓固定于定位孔(41)内；

若干个定位孔(41)构成一个圆形，若干个定位孔(41)绕所述圆形的圆周均匀分布。

3.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述同轴转接件(6)包括法兰端(61)和轴套端(62)；其中，

所述法兰端(61)和所述轴套端(62)一体连接；

所述折叠舵(1)的一个侧面开设有定位槽，所述法兰端(61)嵌设于所述定位槽内。

4.根据权利要求3所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述转角传感器(5)包括转角传感器本体、输入轴(51)和螺母(52)；其中，

所述转角传感器本体与所述输入轴(51)相连接；

所述输入轴(51)插入同轴转接件(6)的轴套端(62)内，并用紧固螺钉(9)固定，防止输入轴(51)与同轴转接件(6)之间发生相对移动；

所述传感器支架(8)的一端开设有U形豁口，输入轴(51)穿过U形豁口插入同轴转接件(6)的轴套端(62)内；

所述螺母(52)与所述输入轴(51)螺纹连接，将转角传感器本体固定于U形豁口的外侧面。

5.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述压杆(7)的一端设置有半圆球(71)，半圆球(71)用于固定折叠舵(1)的折叠状态。

6.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述从动杆(10)的一端沿着从动杆的轴线方向开设有两个柱销孔，所述压杆(7)的另一端插入所述从动杆(10)的内部空腔，柱销(16)穿过相对应的柱销孔使得压杆(7)的另一端与所述从动杆(10)的一端相连接。

7.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述从动杆(10)的另一端插入至所述主动杆(11)一端开设的通孔(111)中，并通过螺钉将从动杆(10)固定连接到主动杆(11)上。

8.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述主动杆(11)的另一端先穿过调节板(12)的第二通孔(121)，再插入所述减速机(13)的定位孔内；所述减速机(13)的输出法兰端插入所述调节板(12)开设的第二定位槽(123)内；长内六角螺钉先穿过所述主动杆(11)的圆周等分的通孔、再穿过所述调节板(12)开设的第二通孔(121)，安装到所述减速机(13)的输出法兰端，将所述主动杆(11)和所述减速机(13)固定连接在一起。

9.根据权利要求1所述的全尺寸大载荷舵风洞展开试验装置，其特征在于：所述减速机(13)的高速轴端插入电机座(14)的定位孔中，长内六角螺钉先穿过电机座(14)开设的通孔，再穿过减速机(13)开设的通孔，安装到调节板(12)的开设的螺纹孔(122)上，将电机座(14)、减速机(13)和调节板(12)固定连接在一起。

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