CN116754175A - 一种高超声速颤振试验模型保护装置及保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种高超声速颤振试验模型保护装置及保护方法，属于风洞试验技术领域。本发明解决了高超声速颤振试验中接近颤振边界，以及风洞启动关车过程冲击载荷导致的模型破坏进而可能对风洞造成破坏的问题。本发明的支撑机构安装在风洞内，支撑机构上设置有保护罩，保护罩前缘呈尖劈状，尾缘呈流线型多边体，保护罩的前缘角度范围在30°~35°之间，保护罩上设置有整流机构，整流机构整体呈平板结构，整流机构的风洞来流方向与下表面分别做削件处理，半模机身穿过整流机构与支撑机构建立连接，半模机身上设置有机翼模型。本发明的高超声速颤振试验模型保护装置在接近颤振边界以及风洞启动关车过程中的冲击载荷对试验模型造成冲击起到较好的保护。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体为一种高超声速颤振试验模型保护装置及保护方法。
背景技术
飞行器颤振会导致灾难性的结构破坏，甚至造成机毁人亡。风洞试验是飞行器颤振问题研究的重要研究手段，通过在风洞中采用动力相似模型再现飞行器颤振现象，得到颤振边界，从而避免在飞行器飞行包线内出现颤振，确保飞行器飞行安全。
国内目前亚跨声速颤振风洞试验技术日臻成熟，而鲜少开展高超声速颤振试验。高超声速颤振试验的难点之一在于风洞气动过程的高动压对试验模型进而对风洞本体可能造成破坏，需要在小空间限制下设计满足阻塞度要求的保护装置。且目前尚未发现考虑机身影响的高超声速颤振试验，少量高超声速试验仅针对全舵面、翼面、翼面与后缘舵面等部件模型。而针对高超声速飞行器大多采用翼身融合设计，把机翼作为独立部件开展颤振试验是不合理的。
因此，本申请提出一种高超声速颤振试验模型保护装置及保护方法用以解决上述问题。
发明内容
本发明研发目的是为了解决高超声速颤振试验中接近颤振边界，以及风洞启动关车过程冲击载荷导致的模型破坏进而可能对风洞造成破坏的问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
方案一：一种高超声速颤振试验模型保护装置，包括整流机构、保护罩和支撑机构，支撑机构安装在风洞内，支撑机构上设置有保护罩，保护罩前缘呈尖劈状，尾缘呈流线型多边体，保护罩的前缘角度范围在30°~35°之间，保护罩上设置有整流机构，整流机构整体呈平板结构，整流机构的风洞来流方向与下表面分别做削尖处理，半模机身置于保护罩内，其上端穿出整流机构，下端与支撑机构建立连接，半模机身上设置有机翼模型。
进一步的，所述支撑机构包括支撑桁架、接头和支撑板，支撑桁架安装在风洞内的风洞作动机构上，支撑桁架上连接有支撑板，支撑板上设置有多个接头，半模机身通过多个接头与支撑板建立连接。
进一步的，所述支撑桁架采用螺栓连接的方式与风洞作动机构连接，半模机身通过螺栓连接的方式与接头建立连接，每个接头通过螺栓连接的方式安装在支撑板上，整流机构采用螺栓连接的方式安装在保护罩上，保护罩底板采用螺栓连接固定在风洞地板上。
方案二：一种高超声速颤振试验模型保护方法，该方法是基于方案一所述的一种高超声速颤振试验模型保护装置所实现的，包括以下步骤：
步骤一：风洞启动前，半模机身与机翼模型布置在保护罩内部，开启风洞流场；
步骤二：风洞流场建立后，启动风洞内的作动机构推动支撑桁架向上移动，带动与支撑桁架连接的半模机身和机翼模型上升，直至半模机身的纵向对称面与整流机构上表面齐平；
步骤三：当风洞内接近颤振边界或风洞关车之前，控制风洞内的作动机构带动支撑桁架下降，带动半模机身与机翼模型下降至保护罩内部，避免颤振或冲击载荷对试验模型造成破坏。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的一种高超声速颤振试验模型保护装置对风洞颤振试验时的试验模型，机身以及机翼起到保护的作用，在高超声速颤振试验时，接近颤振边界以及风洞启动关车过程冲击载荷不会对试验模型造成破坏，配合现有的常规风洞模型作动机构与控制系统实现颤振试验模型的保护。
2、本发明的一种高超声速颤振试验模型保护装置结构简单紧凑，无复杂异形结构，加工制造成本低，模型保护罩与支撑机构均具备一定程度通用性，对模型依赖度低，多次试验可有效降低试验成本。
3、本发明的一种高超声速颤振试验模型保护装置的风洞作动机构与控制系统与颤振试验模型保护系统通用，解决传统颤振试验模型与保护装置两套作动与控制系统的复杂设置，无需额外设计加工，可模拟高超声速机身影响，面向高超声速飞行器高度翼身融合特点解决传统翼舵面颤振试验无法考虑机身影响的气动失真问题。
附图说明
图1是一种高超声速颤振试验模型保护装置的主视图；
图2是一种高超声速颤振试验模型保护装置的结构示意图；
图3是整流机构与保护罩的配合关系示意图；
图4是整流机构与保护罩的拆解放大示意图；
图5是支撑机构的结构示意图；
图6是支撑板与接头的配合关系示意图。
图中1-机翼模型，2-半模机身，3-整流机构，4-保护罩，5-支撑机构，6-支撑桁架，7-接头，8-支撑板。
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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接（即为不可拆卸连接）包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1，结合图1-图6说明本实施例，本实施例的一种高超声速颤振试验模型保护装置，包括整流机构3、保护罩4和支撑机构5，支撑机构5安装在风洞内，支撑机构5上设置有保护罩4，保护罩4前缘呈尖劈状，尾缘呈流线型多边体，保护罩4的前缘角度范围在30°~35°之间，保护罩4上设置有整流机构3，整流机构3整体呈平板结构，整流机构3的风洞来流方向与下表面分别做削尖处理，半模机身2置于保护罩4内，其上端穿出整流机构3，下端与支撑机构5建立连接，半模机身2上设置有机翼模型1。
根据相似率设计得到与真实飞行器动力学相似机翼模型1，机身影响由质量分布、结合特征与真实飞行器相似的半模机身2表征，不模拟机身刚度特性。
综合考虑风洞试验段尺寸，高超声速飞行器气动外形结合CFD手段优选整流机构3外形尺寸及其开口尺寸，保证保护罩4的绕流不影响试验模型的气动特性，试验模型为机翼模型1与半模机身2，半模机身2与机翼模型1一体加工成型；
整流机构3整体呈平板结构，在风洞来流方向与下表面分别作削尖处理，避免出现弓形激波破坏试验模型流动结构。整流机构3的中部为中空设置，便于试验模型通过整流机构3暴露于风洞流场内或藏于保护罩4内。
所述支撑机构5包括支撑桁架6、接头7和支撑板8，支撑桁架6安装在风洞内的风洞作动机构上，支撑桁架6上连接有支撑板8，支撑板8上设置有多个接头7，半模机身2通过多个接头7与支撑板8建立连接。
保护罩4通过螺栓固定在风洞的底板上，保护罩4满足试验模型与支撑机构5的全包空间要求与风洞阻塞度条件，采用CFD手段优化保护罩4的平面形状和尺寸，优选保护罩4的前缘呈尖劈状、尾缘呈流线型的多边体，保护罩4的前缘角度范围在30°~35°之间，优选角度为30°。
支撑机构5的支撑桁架6与风洞内现有的作动机构通过螺栓连接的方式把紧，在作动机构的作用下带动支撑桁架6上下移动，支撑桁架6上连接有支撑板8，支撑板8的上端面通过螺栓连接有多个接头7，半模机身2通过多个接头7与支撑板8建立连接，通过控制作动机构带动半模机身2以及机翼模型1上下移动，在风洞启动流场建立后，由风洞作动机构带动试验模型上升直至半模机身2的纵向对称面与整流机构3上表面平齐。当风洞内接近颤振边界或风洞关车前，再由作动机构带动试验模型下降至保护罩4内部，避免颤振或冲击载荷对试验模型造成破坏，进而避免试验模型碎片破坏风洞本体。
实施例2，结合图1-图6说明本实施例，本实施例的一种高超声速颤振试验模型保护方法，包括以下步骤：
步骤一：风洞启动前，半模机身2与机翼模型1布置在保护罩4内部，开启风洞流场；
步骤二：风洞流场建立后，启动风洞内的作动机构推动支撑桁架6向上移动，带动与支撑桁架6连接的半模机身2和机翼模型1上升，直至半模机身2的纵向对称面与整流机构3上表面齐平；
步骤三：当风洞内接近颤振边界或风洞关车之前，控制风洞内的作动机构带动支撑桁架6下降，带动半模机身2与机翼模型1下降至保护罩4内部，避免颤振或冲击载荷对试验模型造成破坏。
本实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种高超声速颤振试验模型保护装置，其特征在于：包括整流机构（3）、保护罩（4）和支撑机构（5），支撑机构（5）安装在风洞内，支撑机构（5）上设置有保护罩（4），保护罩（4）前缘呈尖劈状，尾缘呈流线型多边体，保护罩（4）的前缘角度范围在30°~35°之间，保护罩（4）上设置有整流机构（3），整流机构（3）整体呈平板结构，整流机构（3）的风洞来流方向与下表面分别做削尖处理，半模机身（2）置于保护罩（4）内，其上端穿出整流机构（3），下端与支撑机构（5）建立连接，半模机身（2）上设置有机翼模型（1）。
2.根据权利要求1所述的一种高超声速颤振试验模型保护装置，其特征在于：所述支撑机构（5）包括支撑桁架（6）、接头（7）和支撑板（8），支撑桁架（6）安装在风洞内的风洞作动机构上，支撑桁架（6）上连接有支撑板（8），支撑板（8）上设置有多个接头（7），半模机身（2）通过多个接头（7）与支撑板（8）建立连接。
3.根据权利要求2所述的一种高超声速颤振试验模型保护装置，其特征在于：所述支撑桁架（6）采用螺栓连接的方式与风洞作动机构连接，半模机身（2）通过螺栓连接的方式与接头（7）建立连接，每个接头（7）通过螺栓连接的方式安装在支撑板（8）上，整流机构（3）采用螺栓连接的方式安装在保护罩（4）上，保护罩（4）底板采用螺栓连接固定在风洞地板上。
4.一种高超声速颤振试验模型保护方法，该方法是基于权利要求3所述的一种高超声速颤振试验模型保护装置所实现的，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：风洞启动前，半模机身（2）与机翼模型（1）布置在保护罩（4）内部，开启风洞流场；
步骤二：风洞流场建立后，启动风洞内的作动机构推动支撑桁架（6）向上移动，带动与支撑桁架（6）连接的半模机身（2）和机翼模型（1）上升，直至半模机身（2）的纵向对称面与整流机构（3）上表面齐平；
步骤三：当风洞内接近颤振边界或风洞关车之前，控制风洞内的作动机构带动支撑桁架（6）下降，带动半模机身（2）与机翼模型（1）下降至保护罩（4）内部，避免颤振或冲击载荷对试验模型造成破坏。
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