CN113670138B - 一种可监测和优化颤振现象的折叠舵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，包括折叠模块、监测模块、处理分析模块以及驱动模块，通过被动监测和主动干预的方式去减轻或者消除振颤现象，具有实时性，不仅能够更加精确的分析制导武器飞行过程中折叠舵的振动情况，还能够在制导武器的折叠舵出现颤振问题时，通过主动干预的方式解决问题，避免发生结构破坏；由此可见，本发明能够实时监测制导武器飞行过程中折叠舵的振动情况，并通过计算机对数据分析和处理，主动干预去减轻或抵消折叠舵的振动，从而有效的防止颤振现象的发生，具有设计成本低、实时性高、可靠性高、安装方便且不会的对制导武器的原有结构和设备产生影响的优点。

Description

一种可监测和优化颤振现象的折叠舵

技术领域

本发明属于具有折叠舵的导弹、火箭弹等武器领域，尤其涉及一种可监测和优化颤振现象的折叠舵。

背景技术

导弹弹翼和舵翼的颤振来源于弹性结构在气流中受到空气动力、弹性力和惯性力的耦合作用，是一种振幅不衰减的自激振动。当飞行速度超过颤振临界速度时，带有升力面的弹翼和舵片，其振幅和动应力很大，可能导致结构迅速破坏，使导弹失去控制。

弹翼和舵片的弯曲刚度和扭转刚度是影响颤振的主要因素之一。尤其对于折叠舵来说，因为折叠舵不是一体式模型，在展开锁死后仍存在间隙，使折叠舵能够小幅度的振动，折叠舵的这种特性会加剧颤振现象，更容易发生破坏，因此，折叠舵的颤振问题必须解决才能保证武器能够有效的打击目标。

目前，解决颤振问题的最有效的方法是进行试验分析，但是试验需要设计、加工、组装、调试等一系列工序才能进行，特别是在试验发现未解决问题后，还需新一轮的试验。试验分析时间周期长，成本高，不合适在设计阶段应用。

除试验分析外主要方法是通过非定常气动力理论分析或者动力学有限元进行分析，两者都不能精确的模拟导弹模型和飞行环境，会存在一定的误差。

发明内容

为解决导弹在飞行过程中折叠舵颤振带来的结构破坏问题，本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，可以实时监测飞行过程中折叠舵片的颤振情况，并且可以实时的减轻和抵消颤振现象，使折叠舵片自激振动的振幅和应力不能积累。

一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，包括折叠模块、监测模块、处理分析模块以及驱动模块，其中，监测模块与驱动模块内置于折叠模块中；

所述监测模块用于通过正压电效应将折叠模块的自激振动转换为电信号，且电信号的频率和幅值与折叠模块振动的频率和幅值相关；所述处理分析模块用于根据所述电信号生成驱动信号，并通过逆压电效应使驱动模块在驱动信号的激励下产生振动，且驱动模块的振动频率与折叠模块的振动频率相同，相位相反，以减轻或抵消折叠模块的自激振动，避免颤振现象的产生。

进一步地，所述折叠模块包括折叠舵片4、两个盖板6、两个扭簧7、两个弹簧8、两个限位销9、固定舵片10；其中，固定舵片10包括一体成型的主板和主轴，且主板上开有销孔；折叠舵片4下部开有与固定舵片10形状匹配的凹槽，且固定舵片10布置于所述凹槽中，同时，折叠舵片4与主板上销孔相对的位置也设有销孔；

两个扭簧7分别套在固定舵片10的主轴两端，且各扭簧7的一端固接于折叠舵片4，另一端固接于固定舵片10，两个端盖6再分别将两个扭簧7压紧在折叠舵片4上，使得折叠舵片4能够绕固定舵片10的主轴折叠和展开；两个弹簧8放入固定舵片10的销孔中，同时将限位销9放置在弹簧8上，并将限位销9按压入固定舵片10的销孔中；

制导武器出筒前，折叠舵片4受发射筒限制处于折叠状态，且扭簧7和弹簧8均处于预紧状态；制导武器出筒后，折叠舵片4不受发射筒限制，扭簧7的预紧力使折叠舵片4逐渐展开，当折叠舵片4和固定舵片10处于同一平面时，固定舵片10的销孔和折叠舵片4的销孔对齐，弹簧8的预紧力将限位销9从固定舵片10的销孔推入折叠舵片4的销孔中，进而锁死折叠舵片4。

进一步地，所述监测模块包括监测压电片1和信号传输线11，驱动模块包括驱动压电片2和电源线3；其中，监测压电片1、信号传输线11、驱动压电片2以及电源线3均内置于折叠舵片4中，且信号传输线11与电源线3分别引出一个接线端子，同时，两个接线端子穿过固定舵片10上预留的走线孔与处理分析模块连接。

进一步地，所述监测压电片1放置在折叠舵片4梢部中间位置，信号传输线11从折叠舵片4后缘走线，驱动压电片2放置在折叠舵片4中部靠下的部位。

进一步地，所述固定舵片10的上部为半圆弧面，折叠舵片4的下部设有与所述半圆弧面半径相同的四分之一圆弧面，同时，半圆弧面与四分之一圆弧面相对接，且四分之一圆弧面能够绕两者之间的同心轴转动，当折叠舵片4和固定舵片10处于同一平面时，四分之一圆弧面抵住固定舵片10以限制折叠舵片4继续展开。

进一步地，所述驱动压电片2与折叠舵片4的面积比至少为1/2。

进一步地，所述处理分析模块为弹载计算机。

有益效果：

1、本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，通过被动监测和主动干预的方式去减轻或者消除振颤现象，具有实时性，不仅能够更加精确的分析制导武器飞行过程中折叠舵的振动情况，还能够在制导武器的折叠舵出现颤振问题时，通过主动干预的方式解决问题，避免发生结构破坏；由此可见，本发明能够实时监测制导武器飞行过程中折叠舵的振动情况，并通过计算机对数据分析和处理，主动干预去减轻或抵消折叠舵的振动，从而有效的防止颤振现象的发生，具有设计成本低、实时性高、可靠性高、安装方便且不会的对制导武器的原有结构和设备产生影响的优点。

2、本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，监测压电片放置在舵片梢部(顶部)中间位置，在舵片的自激振动中，梢部位置的振幅最大，监测模块放在梢部能够更有效的监测舵片的振动情况，信号传输线需要从舵片后缘(后部)走线，舵片后缘位置舵面法向气动力小，且舵片气动加热温度低，能够更好的保护线路；驱动压电片面积大于折叠舵片面积的一半，放置在舵面中部靠下的部位，可以通过较小的振幅去改变舵片的振动情况。

3、本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，固定舵片的上部为半圆弧面，折叠舵片的下部设有与所述半圆弧面半径相同的四分之一圆弧面，该设计使得折叠舵片和固定舵片处于同一平面时，折叠舵片受结构限制无法继续展开，有利于弹簧的预紧力将限位销从固定舵片的销孔准确的推入折叠舵片的销孔中。

附图说明

图1为本发明提供的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵的结构示意图；

图2为本发明的固定舵片结构示意图；

图3为本发明提供的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵的折叠示意图；

图4为本发明提供的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵的展开示意图

图5为本发明提供的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵的工作流程示意图；

1—监测压电片、2—驱动压电片、3—电源线、4—折叠舵片、5—螺钉、6—盖板、7—扭簧、8—弹簧、9—限位销、10—固定舵片、11—信号传输线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

针对具有折叠舵的制导武器容易发生颤振导致控制失效的问题，本发明提供一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，包括折叠模块、监测模块、处理分析模块以及驱动模块，其中，监测模块与驱动模块内置于折叠模块中；所述处理分析模块为弹载计算机。

所述监测模块用于通过正压电效应将折叠模块的自激振动转换为电信号，且电信号的频率和幅值与折叠模块振动的频率和幅值相关；所述处理分析模块用于根据所述电信号生成驱动信号，并通过逆压电效应使驱动模块在驱动信号的激励下产生振动，且驱动模块的振动频率与折叠模块的振动频率相同，相位相反，以减轻或抵消折叠模块的自激振动，避免颤振现象的产生。

进一步地，如图1所示，所述折叠模块包括折叠舵片4、两个盖板6、两个扭簧7、两个弹簧8、两个限位销9、固定舵片10；其中，固定舵片10包括一体成型的主板和主轴，且主板上开有销孔，如图2所示；折叠舵片4下部开有与固定舵片10形状匹配的凹槽，且固定舵片10布置于所述凹槽中，同时，折叠舵片4与主板上销孔相对的位置也设有销孔；所述监测模块包括监测压电片1和信号传输线11，驱动模块包括驱动压电片2和电源线3；其中，所述监测压电片1放置在折叠舵片4梢部中间位置，信号传输线11从折叠舵片4后缘走线，驱动压电片2放置在折叠舵片4中部靠下的部位，且信号传输线11与电源线3分别引出一个接线端子，同时，两个接线端子穿过固定舵片10上预留的走线孔与处理分析模块连接。

两个扭簧7分别套在固定舵片10的主轴两端，且各扭簧7的一端固接于折叠舵片4，另一端固接于固定舵片10，两个端盖6再分别将两个扭簧7压紧在折叠舵片4上，使得折叠舵片4能够绕固定舵片10的主轴折叠和展开；两个弹簧8放入固定舵片10的销孔中，同时将限位销9放置在弹簧8上，并将限位销9按压入固定舵片10的销孔中；

制导武器出筒前，折叠舵片4受发射筒限制处于折叠状态，且扭簧7和弹簧8均处于预紧状态；制导武器出筒后，折叠舵片4不受发射筒限制，扭簧7的预紧力使折叠舵片4逐渐展开，当折叠舵片4和固定舵片10处于同一平面时，固定舵片10的销孔和折叠舵片4的销孔对齐，弹簧8的预紧力将限位销9从固定舵片10的销孔推入折叠舵片4的销孔中，进而锁死折叠舵片4。

进一步地，如图3所示，所述固定舵片10的上部为半圆弧面，折叠舵片4的下部设有与所述半圆弧面半径相同的四分之一圆弧面，同时，半圆弧面与四分之一圆弧面相对接，且四分之一圆弧面能够绕两者之间的同心轴转动，当折叠舵片4和固定舵片10处于同一平面时，四分之一圆弧面抵住固定舵片10以限制折叠舵片4继续展开，如图4所示。

由此可见，本发明提供的一种可监测和优化颤振问题的折叠舵，主要分为折叠模块，监测模块，处理分析模块，驱动模块。折叠模块通过左右两侧的扭簧预紧力将舵片从折叠状态运动到展开状态；通过折叠舵的自身结构限制展开的位置；通过限位销将舵片在展开状态锁死；监测模块为压电片式振动传感器和信号传输线，两者内置在舵片中，舵片的振动带动压电片振动，通过正压电效应产生电信号，正压电效应指压电材料在受力变形时会产生电信号，信号传输线将信号传递给弹载计算机；通过处理分析模块对振动信号进行分析并发送主动干预信号给驱动模块；驱动模块为可振动式压电片和电源线，通过给压电片发生振荡信号，可通过逆压电效应带动压电片振动，逆压电效应指压电材料受到电信号时会发生变形。驱动模块的振动与监测模块的振动频率相同，相位相差180°，从而可以减轻或者抵消舵片的自激振动，避免产生颤振现象。

最后，本发明的工作过程和工作原理总结如下：

首先将信号传输线11和电源线3穿过固定舵片10上预留的走线孔，将扭簧7套到固定舵片10的轴上，将弹簧8放入固定舵片10的销孔中，将限位销9放置在弹簧8上。打开折叠舵片4的端盖6，将限位销9按压并全部进入销孔中，此时，弹簧8处于预紧状态，将固定舵面10与折叠舵片4装配在一起，保持一定的折叠角度，防止限位销9进入折叠舵片4的的销孔中而锁死折叠舵片。通过螺钉5将端盖6安装在折叠舵片4上，此时，折叠舵安装完成，将折叠舵片4折叠固定角度如90°后，扭簧7处于预紧状态，当舵片随制导武器一起装入发射筒中，受发射筒限制，折叠舵无法展开，准备工作完成。

进一步，当制导武器出筒，折叠舵不受外力限制，扭簧7的预紧力使折叠舵片4逐渐展开，则固定舵4片的销孔和折叠舵片的销孔对齐，弹簧8的预紧力推动限位销9进入折叠舵片4的销孔中，进而锁死折叠舵片4。

振动的检测和优化流程如图5所示，因外部环境和飞行条件导致折叠舵片4存在振幅不衰减自激振动，因折叠舵片4在锁死后仍存在部分缝隙，导致其刚度降低，更容易加剧振动。折叠舵片4的振动带动梢部的监测压电片1振动，通过正压电效应，监测压电片1可以将舵片的自激振动转换为电信号，电信号的频率和幅值能够反映舵片振动的频率和幅值，通过弹载计算机对信号进行分析和处理，生成驱动信号，通过逆压电效应使驱动压电片振动，驱动压电片振动频率与舵片的振动频率相同，相位相反，从而可以减轻或抵消舵片的自激振动，从而使舵片避免了颤振现象的产生。

由此可见，本发明的折叠舵设计成本低、可靠性高，能够有效的避免制导武器在飞行过程中因折叠舵刚度较差导致的颤振现象，使制导武器能够保持良好的操纵性，从而精确的打击目标。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，其特征在于，包括折叠模块、监测模块、处理分析模块以及驱动模块，其中，监测模块与驱动模块内置于折叠模块中；

所述监测模块用于通过正压电效应将折叠模块的自激振动转换为电信号，且电信号的频率和幅值与折叠模块振动的频率和幅值相关；所述处理分析模块用于根据所述电信号生成驱动信号，并通过逆压电效应使驱动模块在驱动信号的激励下产生振动，且驱动模块的振动频率与折叠模块的振动频率相同，相位相反，以减轻或抵消折叠模块的自激振动，避免颤振现象的产生；

所述折叠模块包括折叠舵片（4）、两个盖板（6）、两个扭簧（7）、两个弹簧（8）、两个限位销（9）、固定舵片（10）；其中，固定舵片（10）包括一体成型的主板和主轴，且主板上开有销孔；折叠舵片（4）下部开有与固定舵片（10）形状匹配的凹槽，且固定舵片（10）布置于所述凹槽中，同时，折叠舵片（4）与主板上销孔相对的位置也设有销孔；

两个扭簧（7）分别套在固定舵片（10）的主轴两端，且各扭簧（7）的一端固接于折叠舵片（4），另一端固接于固定舵片（10），两个盖板（6）再分别将两个扭簧（7）压紧在折叠舵片（4）上，使得折叠舵片（4）能够绕固定舵片（10）的主轴折叠和展开；两个弹簧（8）放入固定舵片（10）的销孔中，同时将限位销（9）放置在弹簧（8）上，并将限位销（9）按压入固定舵片（10）的销孔中；

制导武器出筒前，折叠舵片（4）受发射筒限制处于折叠状态，且扭簧（7）和弹簧（8）均处于预紧状态；制导武器出筒后，折叠舵片（4）不受发射筒限制，扭簧（7）的预紧力使折叠舵片（4）逐渐展开，当折叠舵片（4）和固定舵片（10）处于同一平面时，固定舵片（10）的销孔和折叠舵片（4）的销孔对齐，弹簧（8）的预紧力将限位销（9）从固定舵片（10）的销孔推入折叠舵片（4）的销孔中，进而锁死折叠舵片（4）；

所述监测模块包括监测压电片（1）和信号传输线（11），驱动模块包括驱动压电片（2）和电源线（3）；其中，监测压电片（1）、信号传输线（11）、驱动压电片（2）以及电源线（3）均内置于折叠舵片（4）中，且信号传输线（11）与电源线（3）分别引出一个接线端子，同时，两个接线端子穿过固定舵片（10）上预留的走线孔与处理分析模块连接；

所述监测压电片（1）放置在折叠舵片（4）梢部中间位置，信号传输线（11）从折叠舵片（4）后缘走线，驱动压电片（2）放置在折叠舵片（4）中部靠下的部位。

2.如权利要求1所述的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，其特征在于，所述固定舵片（10）的上部为半圆弧面，折叠舵片（4）的下部设有与所述半圆弧面半径相同的四分之一圆弧面，同时，半圆弧面与四分之一圆弧面相对接，且四分之一圆弧面能够绕两者之间的同心轴转动，当折叠舵片（4）和固定舵片（10）处于同一平面时，四分之一圆弧面抵住固定舵片（10）以限制折叠舵片（4）继续展开。

3.如权利要求1或2任一权利要求所述的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，其特征在于，所述驱动压电片（2）与折叠舵片（4）的面积比至少为1/2。

4.如权利要求1或2任一权利要求所述的一种可监测和优化颤振现象的折叠舵，其特征在于，所述处理分析模块为弹载计算机。