CN114993600A - 一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及分离方法，解决了吸气式飞行器模型整流罩快速分离问题，属于高速风洞试验领域。分离装置包括飞行器模型本体、前支座、后支座、电木、进气道唇口、整流罩、弹性元件、绳、电阻丝、电源；电木的两端分别卡入前支座、后支座后作为一个整体，卡入飞行器模型本体的内腔；进气道唇口安装在飞行器模型本体的正下方；整流罩的前端通过绳拉紧、后端通过卡入进气道唇口，使得整流罩紧贴飞行器模型本体；其中绳缠绕整流罩的前端后穿过飞行器模型本体后缠绕电木，完成对整流罩前端的拉紧；整流罩上设有容置孔，用于容置压缩后的弹性元件；电源与电阻丝连接。分离时电阻丝熔断绳，弹性元件使得整流罩分离。

Description

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及分离方法

技术领域

本发明涉及一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及分离方法，属于高速风洞试验领域。

背景技术

吸气式飞行器是指采用超燃冲压发动机为动力，飞行器自带的燃料与直接吸取大气中的氧气作为氧化剂直接混合燃烧，产生动力推动飞行器在大气层飞行。在整个飞行包线中，超燃冲压发动机不是一直启动的。一般来说，只有飞行速度达到发动机启动的目标速度时（飞行马赫数大于5以上），超燃冲压发动机才能启动。但是当飞行速度小于目标速度时，一般是采用整流罩对飞行器进气道进行封堵，一是可以对飞行器外形进行整流，减少飞行所受到阻力，二是对飞行器的进气道进行保护，防止高速高温气流损坏进气道内部件。

在高马赫数气流条件下，吸气式飞行器整流罩分离会引起复杂的流动现象（如复杂的激波干涉、强烈的非定常流动等），要准确预测分离轨迹，就必须复现分离体之间复杂的激波干扰和非定常流动，这是高速分离预测面临的一大难题。真实飞行器一般采用爆炸螺栓产生巨大分离力来进行整流罩的分离，但是在风洞试验过程中，火工品爆炸产生的黑烟严重影响纹影对流场的观测，同时火工品爆炸具有一定的危险，在风洞试验中严格限制使用。

中国专利（申请号201610474218.X）飞行器头罩两瓣旋转分离风洞试验方法及装置，采用钼丝将两个半罩进行锁紧，放置在模型内腔的直线动力机构动力输出部连接钼丝中部，向钼丝施加向后的力，将钼丝拉断进行解锁。这种头罩分离装置无法在其模型布置天平，同时将钼丝拉断过程中对模型产生一个很大的干扰力，无法应用此装置对模型分离过程中的气动力进行测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了吸气式飞行器模型整流罩快速分离问题，且不影响试验的相关测量。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置，包括飞行器模型本体、前支座、后支座、绝缘件、进气道唇口、整流罩、弹性元件、绳、电阻丝、电源；

绝缘件的两端分别卡入前支座、后支座后作为一个整体，卡入飞行器模型本体的内腔；

进气道唇口安装在飞行器模型本体的正下方；

整流罩的前端通过绳拉紧、后端通过卡入进气道唇口，使得整流罩紧贴飞行器模型本体；其中绳缠绕整流罩的前端后穿过飞行器模型本体后缠绕绝缘件，完成对整流罩前端的拉紧；

整流罩上设有容置孔，用于容置压缩后的弹性元件；弹性元件用于使整流罩与飞行器模型本体分离；

电源与电阻丝连接，且电阻丝用于熔断缠绕在绝缘件上的绳，使得整流罩分离。

优选的，所述飞行器模型本体包括模型前段、上盖、模型后段；模型前段和模型后段连接，上盖扣合在模型前段上。

优选的，所述前支座、后支座的形状与飞行器模型本体内腔的对应位置相匹配，使得前支座、后支座、绝缘件整体卡入飞行器模型本体的内腔后，前支座、后支座卡住飞行器模型本体的内腔，进而固定绝缘件。

优选的，所述电阻丝缠绕在绳上，电源通电后，电阻丝发热并熔断绳。

优选的，所述整流罩的前端、飞行器模型本体、绝缘件上均设有孔，用于绳缠绕或贯穿。

优选的，所述弹性元件选用弹簧。

优选的，所述弹性元件的弹力与整流罩的分离角速度成正比关系。

优选的，所述电阻丝选用康铜丝。

优选的，所述绳的线径不大于0.65mm，且承受的拉力最大值不小于100kg；所述电阻丝每米电阻值不小于1.7欧姆；所述电源最大输出功率不小于3KW。

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离方法，采用上述的分离装置，包括：

当需要整流罩分离时，电源通电，电阻丝发热并熔断绳；在弹性元件的作用下，整流罩与飞行器模型本体分离。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

（1）本发明采用电阻丝发热熔断绳方式来释放整流罩，占用模型内腔空间少，不会挤占测量气动力的天平安装位置。

（2）本发明采用电阻丝发热熔断绳方式来释放整流罩，不会产生大量的黑烟，影响纹影对流场的观测效果。

（3）本发明采用压缩的弹性元件作为整流罩分离的驱动力，弹性元件的弹力与整流罩的分离角速度成正比关系，选用对应的弹性元件可以精确的控制整流罩的分离角速度。

（4）本发明应用于高速风洞吸气式飞行器头罩分离试验中，不产生额外的干扰力，影响分离过程中模型整体气动力的测量。

附图说明

图1为本发明吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置结构示意图。

图2为熔断电路原理图。

图3为模型前段结构示意图。

图4为电木固定安装示意图。

图5为上盖结构示意图。

图6为进气道唇口结构示意图。

图7为整流罩结构示意图。

图8为整流罩安装在进气道唇口结构示意图。

图9为弹簧结构示意图。

图10为整流罩分离过程示意图。

图11为内流道示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

实施例1：

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及方法，用于高速风洞吸气式飞行器头罩分离试验。分离装置包括模型前段1、前支座2、上盖3、后支座4、电木5、模型后段6、进气道唇口7、整流罩8、弹簧9、尼龙绳10、康铜丝11、接线柱12、电线13、直流电源14，如图1所示。模型后段6头部插入到模型前段1尾部，模型前段1如图3所示，采用销钉固定。进气道唇口7位于模型的正下方（即飞行过程中，进气道唇口7较模型前段1和模型后段6更靠近地面），与模型后段6的内流道相通（内流道如图11所示），内流道为飞行器模型发动机的进气管路，采用螺钉固定在模型后段6腹部表面。电木5头部插入前支座2内腔，电木5尾部插入后支座4内腔，采用销钉将三者固定在一起，如图4所示，然后将其放入到模型前段1的内腔中，将电木5调整至水平状态。在整流罩8内表面的孔中放入弹簧，整流罩8尾部插入到进气道唇口7，图8给出了整流罩8安装在进气道唇口7的结构示意图，整流罩8尾部突出的部分卡在进气道唇口7上，整流罩8尾部受到进气道唇口7约束，克服弹簧弹力压缩弹簧，用力将整流罩紧贴模型正下方，进气道唇口7如图6所示，整流罩8如图7所示。一根尼龙绳依次穿过电木5两个圆孔、模型前段1正下方的圆孔和整流罩8两个圆孔，拉紧打结固定。在电木5上固定两个接线柱，将直流电源14输出端、电线13、接线柱12和康铜丝11串联起来组成一个完整的闭环电路，同时将直流电源输入端接入220V交流电，如图2所示。康铜丝11在尼龙绳10上绕3圈并贴紧尼龙绳10。采用螺钉将上盖3固定在模型前段1上面，上盖3如图5所示。打开直流电源14的开关，康铜丝11在电流的作用下迅速发热，瞬间升至很高温度将尼龙绳10熔断。在弹簧9弹力作用下，整流罩8绕着进气道唇口7的前缘线旋转，整流罩8旋转过程如图10所示，从图10可见，整流罩8尾部突出部分的长度小于进气道的高度，整流罩8旋转过程中不会与其它部件产生干涉；快速从模型前段1表面分离。本发明可以应用于高速风洞吸气式飞行器头罩分离试验中，分离时间短，不产生额外的干扰力影响模型整体气动力的测量。时序可控，可以与高速摄影等测量手段进行实时同步。

尼龙绳10的线径不大于0.65mm，承受的拉力最大值不小于100kg。

模型前段1正下方的圆孔和整流罩8两个圆孔直径不大于1.5mm。

康铜丝11的每米电阻值不小于1.7欧。

直流电源14最大输出功率不小于3KW。

弹簧9的直径与整流罩8内表面的孔直径相等，弹簧9的弹力与整流罩8分离角速度成正比关系，如图8所示。

实施例2：

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置及分离方法，用于高速风洞吸气式飞行器头罩分离试验。分离装置包括模型前段1、前支座2、上盖3、后支座4、电木5、模型后段6、进气道唇口7、整流罩8、弹簧9、尼龙绳10、康铜丝11、接线柱12、电线13、直流电源14。

模型后段6头部插入到模型前段1尾部，采用销钉固定。进气道唇口7位于模型后段6和模型前段1组合后的正下方，与模型后段6的内流道相通，采用螺钉固定在模型后段6的腹部表面。前支座2和后支座4为两个锥形圆环，电木5头部插入前支座2内腔，电木5尾部插入后支座4内腔，采用销钉将三者固定在一起，然后将其放入到模型前段1的内腔中，将电木5调整至水平状态，并采用螺钉将其固定在模型前段1内腔中。

在整流罩8内表面的孔中放入弹簧9，整流罩8尾部插入到进气道唇口7，克服弹簧9弹力压缩弹簧，用力将整流罩8紧贴模型正下方。一根尼龙绳10依次穿过电木5两个圆孔、模型前段1正下方的圆孔和整流罩8两个圆孔，拉紧打结固定。保证尼龙绳10能将整流罩8拉紧紧贴模型下表面。

接线柱12下面有螺纹，将接线柱12插入电木5的螺纹孔中拧紧固定。将康铜丝11和电线13拧在接线柱上，将直流电源14输出端、电线13、接线柱12和康铜丝11串联起来组成一个完整的闭环电路，同时将直流电源14输入端接入220V交流电。康铜丝11在尼龙绳10上绕3圈并贴紧尼龙绳10。然后采用螺钉将上盖固定在模型前段1上面。保证电线13有足够的长度，使得直流电源14能放置在风洞试验段外。由于模型后段6的内腔空间没有被占用，可以在模型后段6的内腔空间中安装天平，在整流罩8动态分离过程中对模型气动力进行测量，获得整流罩8动态分离这一过程对飞行器气动力的影响规律。

采用同步控制器同时控制直流电源14的开关和相机拍摄开关，同步控制器发送开始指令，康铜丝11在电流作用下迅速发热，瞬间升至很高温度将尼龙绳10熔断。图9给出了弹簧结构示意图，在弹簧9弹力作用下，整流罩8快速从模型表面分离。分离过程中采用高速相机对分离过程中头罩的轨迹进行拍摄。高速相机拍摄频率为4000帧/秒，对拍摄照片序列进行的图像处理，获得整流罩8开始的分离角速度。如果这个分离角速度小于试验要求的整流罩分离速度，则选择弹力更大的弹簧。反之如果这个分离角速度大于试验要求的整流罩8分离速度，则选择弹力较小的弹簧9。反复进行多轮迭代测试，直到选择到合适弹力的弹簧9。

为了满足在10毫秒左右将整流罩8释放，尼龙绳10的线径不大于0.65mm，康铜丝11的每米电阻值不小于1.7欧，直流电源14最大输出功率不小于3KW。使得康铜丝11在大电流作用下瞬间升至很高温度将尼龙绳10熔断。

为了克服弹簧9弹力将整流罩8紧贴模型下表面。要求尼龙绳10承受的拉力最大值不小于100kg。

弹簧9的直径与整流罩8内表面的孔直径相等。使得弹簧9可以嵌入到整流罩8内表面的孔中，在压紧弹簧9过程中，弹簧9不会移动。

为了尽量降低表面开孔对气动力的影响，穿过尼龙绳10的模型前段1正下方的圆孔和整流罩8两个圆孔直径不大于1.5mm。

实施例3：

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置，包括飞行器模型本体、前支座、后支座、绝缘件、进气道唇口、整流罩、弹性元件、绳、电阻丝、电源；

绝缘件的两端分别卡入前支座、后支座后作为一个整体，卡入飞行器模型本体的内腔；

进气道唇口安装在飞行器模型本体的正下方；

整流罩的前端通过绳拉紧、后端通过卡入进气道唇口，使得整流罩紧贴飞行器模型本体；其中绳缠绕整流罩的前端后穿过飞行器模型本体后缠绕绝缘件，完成对整流罩前端的拉紧；

整流罩上设有容置孔，用于容置压缩后的弹性元件；弹性元件用于使整流罩与飞行器模型本体分离；

电源与电阻丝连接，且电阻丝用于熔断缠绕在绝缘件上的绳，使得整流罩分离。

本实施例中，绝缘件选用电木。

一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离方法，采用实施例1或实施例2或本实施例所述的分离装置，包括：

当需要整流罩分离时，电源通电，电阻丝发热并熔断绳；在弹性元件的作用下，整流罩与飞行器模型本体分离。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

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 (10)

1.一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离装置，其特征在于，包括飞行器模型本体、前支座、后支座、绝缘件、进气道唇口、整流罩、弹性元件、绳、电阻丝、电源；

绝缘件的两端分别卡入前支座、后支座后作为一个整体，卡入飞行器模型本体的内腔；

进气道唇口安装在飞行器模型本体的正下方；

整流罩的前端通过绳拉紧、后端通过卡入进气道唇口，使得整流罩紧贴飞行器模型本体；其中绳缠绕整流罩的前端后穿过飞行器模型本体后缠绕绝缘件，完成对整流罩前端的拉紧；

整流罩上设有容置孔，用于容置压缩后的弹性元件；弹性元件用于使整流罩与飞行器模型本体分离；

电源与电阻丝连接，且电阻丝用于熔断缠绕在绝缘件上的绳，使得整流罩分离。

2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述飞行器模型本体包括模型前段、上盖、模型后段；模型前段和模型后段连接，上盖扣合在模型前段上。

3.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述前支座、后支座的形状与飞行器模型本体内腔的对应位置相匹配，使得前支座、后支座、绝缘件整体卡入飞行器模型本体的内腔后，前支座、后支座卡住飞行器模型本体的内腔，进而固定绝缘件。

4.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述电阻丝缠绕在绳上，电源通电后，电阻丝发热并熔断绳。

5.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述整流罩的前端、飞行器模型本体、绝缘件上均设有孔，用于绳缠绕或贯穿。

6.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述弹性元件选用弹簧。

7.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述弹性元件的弹力与整流罩的分离角速度成正比关系。

8.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述电阻丝选用康铜丝。

9.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述绳的线径不大于0.65mm，且承受的拉力最大值不小于100kg；所述电阻丝每米电阻值不小于1.7欧姆；所述电源最大输出功率不小于3KW。

10.一种吸气式飞行器模型整流罩快速分离方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的分离装置，包括：

当需要整流罩分离时，电源通电，电阻丝发热并熔断绳；在弹性元件的作用下，整流罩与飞行器模型本体分离。

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