CN113933018B - 一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统及方法，解决飞行器进行地面风洞试验时，现有力矩测量设备不能承受除扭转外的其它外力载荷，造成力矩测量设备损坏或测量数据错误，进而无法评判飞行器飞行状态的问题。该系统包括固定支架、支撑轴、轴承对、扭矩传感器、联动装置和测量单元；固定支架位于飞行器尾部外侧并与支撑轴尾端连接；支撑轴通过轴承对同轴设置在飞行器弹体内；支撑轴前端通过扭矩传感器与设置在飞行器弹体内的联动装置同轴固连；联动装置与飞行器弹体同轴固连；测量单元采集扭矩传感器的测量数据。

Description

一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统及方法
技术领域
本发明属于风洞试验领域，具体涉及一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统及方法。
背景技术
空气舵是飞行器飞行过程调整飞行姿态、运动轨迹，维持飞行器稳定飞行的关键设备，飞行器飞行过程中，在空气舵展开时，因空气舵展开过程同步性较差或受气动影响，会引起飞行器自身产生额外力矩，过大的额外力矩会致使飞行器失稳，飞行失败。
飞行器飞行过程的稳定性受气动力、空气舵展开和调整的各类因素影响，只进行单纯的空气舵展开试验是不能完全模拟飞行器的实际飞行状态，需使飞行器在风洞试验中模拟实际的飞行状态(包含其飞行过程的气动参数)。
因此，在飞行器进行地面风洞试验时，需要测量空气舵展开过程中飞行器自身产生的额外力矩，通过额外力矩的大小评判飞行器是否会因失稳造成飞行失败。但是现有力矩测量设备不能承受除扭转外的其它外力载荷，风洞试验中气动外力会造成力矩测量设备损坏或测量数据错误，导致无法评判飞行器飞行状态。
发明内容
为了解决飞行器进行地面风洞试验时，现有力矩测量设备不能承受除扭转外的其它外力载荷，造成力矩测量设备损坏或测量数据错误，进而无法评判飞行器飞行状态的技术问题，本发明提供了一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统及方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特殊之处在于：
包括固定支架、支撑轴、轴承对、扭矩传感器、联动装置和测量单元；
所述固定支架位于飞行器尾部外侧并与支撑轴尾端连接；
所述支撑轴通过轴承对同轴设置在飞行器弹体内；
所述支撑轴前端通过扭矩传感器与设置在飞行器弹体内的联动装置同轴固连；
所述联动装置与飞行器弹体同轴固连；
所述测量单元采集扭矩传感器的测量数据。
进一步地，所述轴承对包括背对背安装且相隔一定间距的2个推力角接触球轴承，每个推力角接触球轴承通过轴承座安装在飞行器弹体内壁上。
进一步地，所述联动装置通过多个锁紧螺钉与飞行器弹体固连。
进一步地，所述联动装置为法兰盘，其大端端面与飞行器弹体内壁固连，小端端面与扭矩传感器固连。
进一步地，所述联动装置为圆盘，其外圆面与飞行器弹体内壁固连，一端端面与扭矩传感器固连；
进一步地，所述扭矩传感器的传输线缆依次穿过支撑轴的中心孔和固定支架的过线孔后，与测量单元连接。
同时，本发明提供了一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)将飞行器弹体通过轴承对同轴套装在支撑轴上；所述支撑轴的尾端与飞行器弹体尾部外的固定支架固连，其前端通过扭矩传感器与联动装置同轴固连，所述联动装置与飞行器弹体内壁固连；
2)将固定支架固定在风洞试验装置中，且飞行器弹体前端朝向气流；
3)用气流吹飞行器弹体模拟飞行过程的气动参数，同时打开飞行器弹体尾部外壁的空气舵，实时记录扭矩传感器的测量数据，获得舵面展开瞬间飞行器扭矩。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明测量系统通过支撑轴对飞行器支撑，支撑轴与飞行器弹体之间设有1对轴承，扭矩传感器安装在支撑轴和固连在飞行器弹体上的联动装置之间，使得扭矩传感器能承受风洞试验中轴向载荷力的影响，扭矩传感器可准确获取空气舵展开过程中飞行器自身产生的力矩特性，从而为飞行器实际飞行过程空气舵展开瞬间对飞行器扭矩影响提供数据支撑。
2、本发明轴承对采用背对背安装的2个推力角接触球轴承，在试验过程中，飞行器弹体会与支撑轴产生相对运动，推力角接触球轴承可较好承载试验过程飞行器弹体受到的轴向气动力，防止气动力对扭矩传感器测量数据的影响。
3、为了避免风洞试验环境对传输线缆造成影响，本发明将支撑轴设计为空心轴，固定支架上开设有过线孔，扭矩传感器的传输线缆穿过支撑轴中心孔和固定支架过线孔后与测量单元连接，提高测量数据的准确性。
附图说明
图1是本发明舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统的结构示意图；
图2是本发明舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统与飞行器的装配示意图；
其中，附图标记如下：
1-固定支架，2-支撑轴，3-轴承对，31-推力角接触球轴承，4-扭矩传感器，5-联动装置，6-轴承座，7-锁紧螺钉，8-飞行器，81-飞行器弹体，82-空气舵。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，包括固定支架1、支撑轴2、轴承对3、扭矩传感器4、联动装置5和测量单元。
飞行器8包括飞行器弹体81以及安装在飞行器弹体81尾部外壁的空气舵82。
固定支架1位于飞行器弹体81尾部外侧。
支撑轴2主要用于飞行器8在试验中的固定，支撑轴2通过轴承对3同轴设置在飞行器弹体81内，且支撑轴2尾端与固定支架1连接，支撑轴2前端与扭矩传感器4尾端同轴连接，支撑轴2起支撑作用，在试验固定支架1上不能进行轴向旋转。
联动装置5设置在飞行器弹体81内并位于扭矩传感器4的前侧，联动装置5前端通过多个锁紧螺钉7与飞行器弹体81同轴固连，联动装置5尾端与扭矩传感器4前端同轴连接；本实施例联动装置5为圆盘，其外圆面与飞行器弹体81内壁固连，后端端面与扭矩传感器4前端同轴固连。在其他实施例中，联动装置5也可为法兰盘，其大端端面与飞行器弹体81内壁固连，小端端面与扭矩传感器4固连。
扭矩传感器4进行飞行器扭矩的测量，扭矩传感器4的传输线缆与测量单元连接，测量单元采集扭矩传感器4的测量数据。为了避免风洞试验环境对传输线缆的影响，本实施例将支撑轴2设计为空心轴，固定支架1上开设有过线孔，传输线缆依次穿过支撑轴2的中心孔和固定支架1的过线孔后与测量单元连接，避免试验环境对测量数据的影响，提高测量数据的准确性。
本实施例轴承对3包括背对背安装且相隔一定间距的2个推力角接触球轴承31，每个推力角接触球轴承31通过轴承座6安装在飞行器弹体81内壁上，在试验过程中，飞行器弹体81会与支撑轴2产生相对运动，推力角接触球轴承31可承载试验过程飞行器弹体81受到的轴向气动力，防止气动力对扭矩传感器4测量数据的影响。
如图2所示，本实施例测量系统对舵面展开瞬间飞行器扭矩的测量过程，包括以下步骤：
1)将飞行器弹体81通过2个推力角接触球轴承31同轴套装在支撑轴2上；
2)将固定支架1固定在风洞试验装置中，且飞行器弹体81前端朝向气流；飞行器8模拟风洞试验中实际飞行的气动力以及空气舵82展开过程力矩的传递；
3)用气流吹飞行器弹体81模拟飞行过程的气动参数，同时打开飞行器弹体81尾部外壁的空气舵82，实时记录扭矩传感器4的测量数据，获得舵面展开瞬间飞行器8扭矩，从而为飞行器实际飞行过程空气舵展开瞬间对飞行器扭矩影响提供数据支撑；
4)根据获得的扭矩大小评判飞行器8在飞行过程中是否会发生失稳，进而是否会造成飞行失败的情况发生。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (5)

1.一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特征在于：
包括固定支架(1)、支撑轴(2)、轴承对(3)、扭矩传感器(4)、联动装置(5)和测量单元；
所述固定支架(1)位于飞行器(8)尾部外侧并与支撑轴(2)尾端连接；
所述支撑轴(2)通过轴承对(3)同轴设置在飞行器弹体(81)内；
所述支撑轴(2)前端通过扭矩传感器(4)与设置在飞行器弹体(81)内的联动装置(5)同轴固连；
所述联动装置(5)通过多个锁紧螺钉(7)与飞行器弹体(81)同轴固连；
所述测量单元采集扭矩传感器(4)的测量数据；
所述轴承对(3)包括背对背安装且相隔一定间距的2个推力角接触球轴承(31)，每个推力角接触球轴承(31)通过轴承座(6)安装在飞行器弹体(81)内壁上。
2.根据权利要求1所述舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特征在于：所述联动装置(5)为法兰盘，其大端端面与飞行器弹体(81)内壁固连，小端端面与扭矩传感器(4)固连。
3.根据权利要求1所述舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特征在于：所述联动装置(5)为圆盘，其外圆面与飞行器弹体(81)内壁固连，一端端面与扭矩传感器(4)固连。
4.根据权利要求1至3任一所述舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特征在于：所述扭矩传感器(4)的传输线缆依次穿过支撑轴(2)的中心孔和固定支架(1)的过线孔后，与测量单元连接。
5.一种舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量方法，基于权利要求1-4任一所述舵面展开瞬间飞行器扭矩实时测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
1)将飞行器弹体(81)通过轴承对(3)同轴套装在支撑轴(2)上；所述支撑轴(2)的尾端与飞行器弹体(81)尾部外的固定支架(1)固连，其前端通过扭矩传感器(4)与联动装置(5)同轴固连，所述联动装置(5)与飞行器弹体(81)内壁固连；
2)将固定支架(1)固定在风洞试验装置中，且飞行器弹体(81)前端朝向气流；
3)用气流吹飞行器弹体(81)模拟飞行过程的气动参数，同时打开飞行器弹体(81)尾部外壁的空气舵(82)，实时记录扭矩传感器(4)的测量数据，获得舵面展开瞬间飞行器(8)扭矩。
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