CN117073965B - 气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，公开了一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法。抛撒装置主要包括：模型发射装置、模型、压缩弹簧Ⅰ、模型前段弹簧固定座、前部活塞杆、中盖、后部活塞杆、定位块、质量块、压缩弹簧Ⅱ、模型后段弹簧固定座、锁紧锥套、锁紧锥套撞击块及盖板等。抛撒方法将高压气体作为质量块的初始抛撒能量，触发速度快，扰动小，能够将质量块安全、快速的从模型内部抛撒出来，投放到高超声速风洞的均匀流场中，实现模型和质量块的安全自由飞。为建立和发展气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒试验技术提供了技术支撑，同时，也为拓展、丰富高超声速风洞模型自由飞试验技术提供了技术支撑。

Description

气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法

技术领域

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法。

背景技术

目前，某些高超声速飞行器内部装载有质量块，在完成飞行任务后，回收飞行器前，需要质量块。在高超声速飞行器与质量块的高超声速分离过程中，存在着复杂的流动现象，并伴随着相互干扰，严重影响到高超声速飞行器和质量块的气动特性及飞行姿态，甚至影响到抛撒方案的成败。因此，为了获得抛撒过程的干扰量，判断干扰量是否会造成高超声速飞行器和质量块在抛撒过程中发生碰撞，继而导致抛撒失败，需要开展相关风洞试验进行预先研究。

风洞模型自由飞试验技术，是以某种方式把试验模型投放到风洞的均匀流场中，让其自由飞行，同时采用高速摄像方法实时记录模型姿态随时间变化的图像序列，事后对图像序列进行判读，获得模型姿态随时间变化的数据，即运动轨迹数据，进而根据模型的质量特性参数和运动轨迹数据，反算出模型的气动力，从而定量或定性地分析研究模型在流场中的气动特性参数。

风洞模型自由飞试验具有的优势是：与常规风洞测力、测压试验相比，无支架干扰；与风洞测量滚转（俯仰、偏航）阻尼和马格努斯力等动态特性试验相比，无支架干扰、无机械阻尼。在高超声速风洞试验中，支架干扰的影响不容忽视，而且，支架干扰对动态测量的影响较静态测量的影响更加严重。风洞模型自由飞试验结果可以为外场模型自由飞试验提供设计参考依据，为制定总体方案、验证飞行器气动布局的合理性等工作提供重要的气动力参数，为确保外场模型自由飞试验的安全可靠、飞行器试飞奠定可靠的基础。

当前，亟需发展一种基于风洞模型自由飞试验，用于高超声速风洞，通过气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒方法，用以克服现有技术的缺陷。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，其特点是，所述的抛撒装置包括从前至后顺序连接的模型前段和模型后段；

模型前段开有充气孔，充气孔与模型前段内腔连通；在模型前段内腔，头部设置有管型的模型前段弹簧固定座，中段设置有中盖，中盖的前端面设置有环形凹槽，环形凹槽内安装环形的密封垫片，中盖的中心设置有中心通孔；

在模型前段弹簧固定座和中盖之间安装有前部活塞杆；前部活塞杆的前段依次为前部活塞杆柱段和环形压缩弹簧凸台Ⅰ，前部活塞杆的中段为圆柱段，前部活塞杆的后段为同心圆环，外环为前部活塞杆密封顶环，前部活塞杆密封顶环的前端面封闭，内环为前部活塞杆通气轴，前部活塞杆通气轴前段侧壁设置有通气孔，前部活塞杆通气轴后段为圆环；

利用压缩弹簧Ⅰ的预紧载荷进行前部活塞杆的固定安装，模型前段弹簧固定座上套装压缩弹簧Ⅰ，前部活塞杆柱段向前插入模型前段弹簧固定座，环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ，前部活塞杆密封顶环向后插入中盖前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴的圆环向后插入中盖的中心通孔，完成前部活塞杆的固定安装；

在模型后段内腔，前段固定有环形的定位块，后段固定有环形的模型后段弹簧固定座，定位块和模型后段弹簧固定座之间安装后部活塞杆；

后部活塞杆从前至后依次为后部活塞杆管段、后部活塞杆撞击梁、后部活塞杆弹性梁和后部活塞杆凸台，后部活塞杆撞击梁和后部活塞杆弹性梁之间设置有环形压缩弹簧凸台Ⅱ；后部活塞杆管段向前插入中盖的中心通孔，后部活塞杆撞击梁滑动插入定位块；后部活塞杆弹性梁由若干个沿周向均匀分布且轴向方向截面为楔形的杆式弧形梁组成，各杆式弧形梁的外壁面为圆弧面，各杆式弧形梁的内壁为圆锥面，圆锥面的内径从前至后由小变大；后部活塞杆凸台的外壁面也为圆弧面，后部活塞杆凸台的内壁面也为圆锥面，由楔形梁的内壁的圆锥面向前平滑延伸而成；在后部活塞杆弹性梁和后部活塞杆凸台上设置有从前至后贯穿后部活塞杆弹性梁和后部活塞杆凸台的豁口；后部活塞杆弹性梁上套装压缩弹簧Ⅱ，压缩弹簧Ⅱ的长度小于后部活塞杆弹性梁的长度；后部活塞杆凸台与模型后段弹簧固定座的接触端面设置有倒角；压缩弹簧Ⅱ的前端面顶紧环形压缩弹簧凸台Ⅱ，压缩弹簧Ⅱ的后端面顶紧模型后段弹簧固定座；后部活塞杆的中心空腔Ⅰ内安装有质量块；

利用压缩弹簧Ⅱ的预紧载荷进行后部活塞杆的固定安装，后部活塞杆管段向前插入中盖的通孔，后部活塞杆弹性梁沿径向收缩外径减小，后部活塞杆凸台外径同步减小，后部活塞杆凸台穿出模型后段弹簧固定座的中孔并卡紧在模型后段弹簧固定座上；

锁紧锥套的前段为与后部活塞杆凸台的圆锥面相匹配的圆锥段，锁紧锥套的后段为圆柱段，锁紧锥套的圆锥段和圆柱段之间等外径平滑过渡，圆柱段的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅰ；锁紧锥套的圆柱段的中心空腔Ⅱ内安装有锁紧锥套撞击块，中心空腔Ⅱ的长度大于锁紧锥套撞击块的长度，锁紧锥套撞击块在中心空腔Ⅱ内前后滑动；锁紧锥套撞击块的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅱ，牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块的前端面打结固定；圆柱段的前端面设置有封闭中心空腔Ⅱ的盖板。

进一步地，所述的后部活塞杆撞击梁由若干个沿周向均匀分布的且轴向方向截面为方形的杆式弧形梁组成，定位块的内壁面设置有与杆式弧形梁一一对应的若干个弧形槽。

进一步地，所述的中盖与模型前段内腔的接触面通过密封圈密封。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒方法，包括以下步骤：

S10.模型安装；

S11.将压缩弹簧Ⅰ套装在模型前段内腔的模型前段弹簧固定座上，将前部活塞杆的前部活塞杆柱段向前插入模型前段弹簧固定座内；

S12.在将模型前段内腔安装密封圈，将中盖通过螺纹拧紧固定在模型前段内腔，中盖的前端面顶紧密封圈；同时，环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ，前部活塞杆密封顶环向后插入中盖前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴的圆环插入中盖的中心通孔，完成前部活塞杆固定；

S13.将定位块通过螺纹固定在模型后段的内腔前段；将模型后段固定在模型前段上；

S14.将后部活塞杆的后部活塞杆管段向前插入中盖的中心通孔，同时，后部活塞杆撞击梁滑动插入定位块；

S15.在后部活塞杆弹性梁上套入压缩弹簧Ⅱ，在模型后段的内腔后段通过螺纹固定环形的模型后段弹簧固定座，将后部活塞杆凸台向后卡入模型后段弹簧固定座；

S16.牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块的前端面打结固定，在圆柱段的前端面安装盖板；

S17.将质量块置入后部活塞杆的中心空腔Ⅰ，将锁紧锥套的圆锥段向前插入后部活塞杆凸台的圆锥面，锁紧后部活塞杆，完成模型安装；

S20.模型固定；

将模型发射装置固定在高超声速风洞内，将模型放入模型发射装置的模型夹持器内，将锁紧锥套后部的牵引绳固定在模型发射装置上，确保牵引绳拉直后与模型同轴；牵引绳的长度根据高超声速风洞尺寸以及质量块的抛撒距离确定；

S30.模型试验；

S31.通过外接高压气源经充气孔向模型前段内腔充入高压气体，高压气体的压力范围为1MPa~5MPa；

S32.启动高超声速风洞，流场稳定后，下达模型发射命令；

S33.模型发射装置发射模型，当模型运动至牵引绳的最大长度后，锁紧锥套撞击块被限制运动，锁紧锥套仍然继续向前飞行，锁紧锥套撞击块撞击锁紧锥套的圆柱段的中心空腔Ⅱ的后端面，撞击力加上牵引绳的拉力，使得锁紧锥套脱出后部活塞杆凸台；

S34.后部活塞杆弹性梁与模型后段弹簧固定座之间的约束力承受不了压缩弹簧Ⅱ的弹力，后部活塞杆凸台沿径向收缩，外径减小，当后部活塞杆凸台外径小于模型后段弹簧固定座的中孔时，后部活塞杆在压缩弹簧Ⅱ的弹力作用下，向前移动，后部活塞杆撞击梁带动后部活塞杆管段向前撞击前部活塞杆通气轴，将前部活塞杆密封顶环顶出环形凹槽；

S35.高压气体从前部活塞杆通气轴的通气孔进入圆环，经后部活塞杆管段的管道作用到质量块的前端面，将质量块抛撒出模型。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，试验前在模型内部存储高压气体，试验时打开存储的高压气体腔室，以高压气体作为质量块抛撒的初始能量来抛撒质量块，高压气体压力根据高超声速风洞马赫数，模型发射速度等参数决定。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置的触发释放方法，触发速度快，触发时模型受到的扰动小。在锁紧锥套的中心空腔Ⅱ内安装锁紧锥套撞击块，锁紧锥套撞击块在中心空腔Ⅱ内做直线运动，安装盖板防止锁紧锥套撞击块从锁紧锥套内部掉出。试验时，当牵引绳到达最大长度后，锁紧锥套撞击块被突然限制运动，锁紧锥套仍然快速向前运动，锁紧锥套撞击块撞击锁紧锥套的中心空腔Ⅱ的后端面，撞击力加上牵引绳的拉力，使得锁紧锥套脱出活塞杆，适量加大撞击块与锁紧锥套的撞击面积，可使模型受到的扰动更小。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置使用的前部活塞杆的前部活塞杆通气轴整体加工成型，前段侧壁设置有通气孔，后段为圆环，用于导流高压气体及控制高压气体流量；通过设置通气孔的形状，使得模型前段内腔的高压气体经过通气孔时，能够最大限度地转化为质量块的推力。前部活塞杆密封顶环顶紧中盖环形凹槽的环形的密封垫片，能够密封模型前段内腔。压缩弹簧Ⅰ和前部活塞杆共同组成模型前段触发部件。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置使用的后部活塞杆撞击梁插入定位块，在定位块内部做直线运动，定位块起到支撑后部活塞杆以及为后部活塞杆撞击梁直线运动进行导向的作用。运动时，后部活塞杆撞击梁与定位块之间的摩擦力较小。后部活塞杆弹性梁套装压缩弹簧，压缩弹簧Ⅱ在环形压缩弹簧凸台Ⅱ和模型后段弹簧固定座之间压紧，具有预紧载荷；压缩弹簧Ⅱ、后部活塞杆弹性梁和后部活塞杆凸台均为弹性元件，与锁紧锥套、模型后段弹簧固定座共同组成模型后段触发部件。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置的高压气体存储释放方法，能最大限度的利用高压气体能量。安装时，将压缩弹簧Ⅰ套装在模型前段弹簧固定座上，前部活塞杆的前部活塞杆柱段插入模型前段弹簧固定座，将前部活塞杆往前压紧，压缩弹簧Ⅰ具有初始预紧载荷，使得前部活塞杆密封顶环顶住密封垫片，同时中盖与模型前段内腔的接触面采用密封圈密封；试验前，通过充气孔在模型前段的空腔注入高压气体，在高压气体与压缩弹簧Ⅰ的预紧载荷共同作用下，前部活塞杆密封顶环更加顶紧密封垫片，确保模型前段空腔存储的高压气体不发生泄漏，模型前段空腔处于封闭状态，达到存储高压气体的目的。试验时，后部活塞杆管段撞击前部活塞杆通气轴，前部活塞杆向前移动进一步压缩压缩弹簧Ⅰ，当前部活塞杆密封顶环被顶出环形凹槽后，高压气体从前部活塞杆通气轴的通气孔进入圆环，经后部活塞杆管段的管道作用到质量块前端面，达到释放高压气体的目的，高压气体释放过程中，前部活塞杆通气轴始终位于中盖的通孔内，不脱离中盖。

在高超声速风洞启动时，强激波会对试验段中的模型及试验装置产生强烈的冲击，本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置能够承受高超声速风洞的启动冲击，不出现误触发现象，保证了气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒的安全、可靠。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置结构紧凑、布局合理，抛撒方法能够将高超声速风洞自由飞试验使用的质量块安全、快速的从模型内部抛撒出来，投放到高超声速风洞的均匀流场中，实现模型和质量块的安全自由飞。为建立和发展气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒试验技术提供了技术支撑，同时，也为拓展、丰富高超声速风洞模型自由飞试验技术提供了技术支撑。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法能够应用于其他风洞特种试验技术领域，还能够推广应用于布撒器等需要抛撒结构件的技术领域。

附图说明

图1为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置的剖视图；

图2为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置中的模型前段的剖视图；

图3为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置中的前部活塞杆的立体视图；

图4为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置中的后部活塞杆的立体视图；

图5为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置中的锁紧锥套立体视图；

图6为本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置中的定位块立体视图。

图中，1.模型前段；2.压缩弹簧Ⅰ；3.充气孔；4.前部活塞杆；5.密封垫片；6.中盖；7.后部活塞杆；8.定位块；9.模型后段；10.质量块；11.压缩弹簧Ⅱ；12.模型后段弹簧固定座；13.锁紧锥套；14.锁紧锥套撞击块；15.盖板；16.模型前段弹簧固定座；

401.前部活塞杆柱段；402.前部活塞杆密封顶环；403.前部活塞杆通气轴；

701.后部活塞杆管段；702.后部活塞杆撞击梁；703.后部活塞杆弹性梁；704.后部活塞杆凸台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1：

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，包括从前至后顺序连接的模型前段1和模型后段9；

如图1、图2所示，模型前段1开有充气孔3，充气孔3与模型前段1内腔连通；在模型前段1内腔，头部设置有管型的模型前段弹簧固定座16，中段设置有中盖6，中盖6的前端面设置有环形凹槽，环形凹槽内安装环形的密封垫片5，中盖6的中心设置有中心通孔；

在模型前段弹簧固定座16和中盖6之间安装有前部活塞杆4；如图3所示，前部活塞杆4的前段依次为前部活塞杆柱段401和环形压缩弹簧凸台Ⅰ，前部活塞杆4的中段为圆柱段，前部活塞杆4的后段为同心圆环，外环为前部活塞杆密封顶环402，前部活塞杆密封顶环402的前端面封闭，内环为前部活塞杆通气轴403，前部活塞杆通气轴403前段侧壁设置有通气孔，前部活塞杆通气轴403后段为圆环；

利用压缩弹簧Ⅰ2的预紧载荷进行前部活塞杆4的固定安装，模型前段弹簧固定座16上套装压缩弹簧Ⅰ2，前部活塞杆柱段401向前插入模型前段弹簧固定座16，环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ2，前部活塞杆密封顶环402向后插入中盖6前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴403的圆环向后插入中盖6的中心通孔，完成前部活塞杆4的固定安装；

在模型后段9内腔，前段固定有环形的定位块8，后段固定有环形的模型后段弹簧固定座12，定位块8和模型后段弹簧固定座12之间安装后部活塞杆7；

如图4所示，后部活塞杆7从前至后依次为后部活塞杆管段701、后部活塞杆撞击梁702、后部活塞杆弹性梁703和后部活塞杆凸台704，后部活塞杆撞击梁702和后部活塞杆弹性梁703之间设置有环形压缩弹簧凸台Ⅱ；后部活塞杆管段701向前插入中盖6的中心通孔，后部活塞杆撞击梁702滑动插入定位块8；后部活塞杆弹性梁703由若干个沿周向均匀分布且轴向方向截面为楔形的杆式弧形梁组成，各杆式弧形梁的外壁面为圆弧面，各杆式弧形梁的内壁为圆锥面，圆锥面的内径从前至后由小变大；后部活塞杆凸台704的外壁面也为圆弧面，后部活塞杆凸台704的内壁面也为圆锥面，由楔形梁的内壁的圆锥面向前平滑延伸而成；在后部活塞杆弹性梁703和后部活塞杆凸台704上设置有从前至后贯穿后部活塞杆弹性梁703和后部活塞杆凸台704的豁口；后部活塞杆弹性梁703上套装压缩弹簧Ⅱ11，压缩弹簧Ⅱ11的长度小于后部活塞杆弹性梁703的长度；后部活塞杆凸台704与模型后段弹簧固定座12的接触端面设置有倒角；压缩弹簧Ⅱ11的前端面顶紧环形压缩弹簧凸台Ⅱ，压缩弹簧Ⅱ11的后端面顶紧模型后段弹簧固定座12；后部活塞杆7的中心空腔Ⅰ内安装有质量块10；

利用压缩弹簧Ⅱ11的预紧载荷进行后部活塞杆7的固定安装，后部活塞杆管段701向前插入中盖6的通孔，后部活塞杆弹性梁703沿径向收缩外径减小，后部活塞杆凸台704外径同步减小，后部活塞杆凸台704穿出模型后段弹簧固定座12的中孔并卡紧在模型后段弹簧固定座12上；

如图5所示，锁紧锥套13的前段为与后部活塞杆凸台704的圆锥面相匹配的圆锥段，锁紧锥套13的后段为圆柱段，锁紧锥套13的圆锥段和圆柱段之间等外径平滑过渡，圆柱段的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅰ；锁紧锥套13的圆柱段的中心空腔Ⅱ内安装有锁紧锥套撞击块14，中心空腔Ⅱ的长度大于锁紧锥套撞击块14的长度，锁紧锥套撞击块14在中心空腔Ⅱ内前后滑动；锁紧锥套撞击块14的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅱ，牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块14的前端面打结固定；圆柱段的前端面设置有封闭中心空腔Ⅱ的盖板15。

进一步地，如图6所示，所述的后部活塞杆撞击梁702由若干个沿周向均匀分布的且轴向方向截面为方形的杆式弧形梁组成，定位块8的内壁面设置有与杆式弧形梁一一对应的若干个弧形槽。

进一步地，所述的中盖6与模型前段1内腔的接触面通过密封圈密封。

本发明的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒方法，包括以下步骤：

S10.模型安装；

S11.将压缩弹簧Ⅰ2套装在模型前段1内腔的模型前段弹簧固定座16上，将前部活塞杆4的前部活塞杆柱段401向前插入模型前段弹簧固定座16内；

S12.在将模型前段1内腔安装密封圈，将中盖6通过螺纹拧紧固定在模型前段1内腔，中盖6的前端面顶紧密封圈；同时，环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ2，前部活塞杆密封顶环402向后插入中盖6前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴403的圆环插入中盖6的中心通孔，完成前部活塞杆4固定；

S13.将定位块8通过螺纹固定在模型后段9的内腔前段；将模型后段9固定在模型前段1上；

S14.将后部活塞杆7的后部活塞杆管段701向前插入中盖6的中心通孔，同时，后部活塞杆撞击梁702滑动插入定位块8；

S15.在后部活塞杆弹性梁703上套入压缩弹簧Ⅱ11，在模型后段9的内腔后段通过螺纹固定环形的模型后段弹簧固定座12，将后部活塞杆凸台704向后卡入模型后段弹簧固定座12；

S16.牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块14的前端面打结固定，在圆柱段的前端面安装盖板15；

S17.将质量块10置入后部活塞杆7的中心空腔Ⅰ，将锁紧锥套13的圆锥段向前插入后部活塞杆凸台704的圆锥面，锁紧后部活塞杆7，完成模型安装；

S20.模型固定；

将模型发射装置固定在高超声速风洞内，将模型放入模型发射装置的模型夹持器内，将锁紧锥套13后部的牵引绳固定在模型发射装置上，确保牵引绳拉直后与模型同轴；牵引绳的长度根据高超声速风洞尺寸以及质量块10的抛撒距离确定；

S30.模型试验；

S31.通过外接高压气源经充气孔3向模型前段1内腔充入高压气体，高压气体的压力范围为1MPa~5MPa；

S32.启动高超声速风洞，流场稳定后，下达模型发射命令；

S33.模型发射装置发射模型，当模型运动至牵引绳的最大长度后，锁紧锥套撞击块14被限制运动，锁紧锥套13仍然继续向前飞行，锁紧锥套撞击块14撞击锁紧锥套13的圆柱段的中心空腔Ⅱ的后端面，撞击力加上牵引绳的拉力，使得锁紧锥套13脱出后部活塞杆凸台704；

S34.后部活塞杆弹性梁703与模型后段弹簧固定座12之间的约束力承受不了压缩弹簧Ⅱ11的弹力，后部活塞杆凸台704沿径向收缩，外径减小，当后部活塞杆凸台704外径小于模型后段弹簧固定座12的中孔时，后部活塞杆7在压缩弹簧Ⅱ11的弹力作用下，向前移动，后部活塞杆撞击梁702带动后部活塞杆管段701向前撞击前部活塞杆通气轴403，将前部活塞杆密封顶环402顶出环形凹槽；

S35.高压气体从前部活塞杆通气轴403的通气孔进入圆环，经后部活塞杆管段701的管道作用到质量块10的前端面，将质量块10抛撒出模型。

上述实施例仅表达了本发明的典型实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，其特征在于，所述的抛撒装置包括从前至后顺序连接的模型前段（1）和模型后段（9）；

模型前段（1）开有充气孔（3），充气孔（3）与模型前段（1）内腔连通；在模型前段（1）内腔，头部设置有管型的模型前段弹簧固定座（16），中段设置有中盖（6），中盖（6）的前端面设置有环形凹槽，环形凹槽内安装环形的密封垫片（5），中盖（6）的中心设置有中心通孔；

在模型前段弹簧固定座（16）和中盖（6）之间安装有前部活塞杆（4）；前部活塞杆（4）的前段依次为前部活塞杆柱段（401）和环形压缩弹簧凸台Ⅰ，前部活塞杆（4）的中段为圆柱段，前部活塞杆（4）的后段为同心圆环，外环为前部活塞杆密封顶环（402），前部活塞杆密封顶环（402）的前端面封闭，内环为前部活塞杆通气轴（403），前部活塞杆通气轴（403）前段侧壁设置有通气孔，前部活塞杆通气轴（403）后段为圆环；

利用压缩弹簧Ⅰ（2）的预紧载荷进行前部活塞杆（4）的固定安装，模型前段弹簧固定座（16）上套装压缩弹簧Ⅰ（2），前部活塞杆柱段（401）向前插入模型前段弹簧固定座（16），环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ（2），前部活塞杆密封顶环（402）向后插入中盖（6）前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴（403）的圆环向后插入中盖（6）的中心通孔，完成前部活塞杆（4）的固定安装；

在模型后段（9）内腔，前段固定有环形的定位块（8），后段固定有环形的模型后段弹簧固定座（12），定位块（8）和模型后段弹簧固定座（12）之间安装后部活塞杆（7）；

后部活塞杆（7）从前至后依次为后部活塞杆管段（701）、后部活塞杆撞击梁（702）、后部活塞杆弹性梁（703）和后部活塞杆凸台（704），后部活塞杆撞击梁（702）和后部活塞杆弹性梁（703）之间设置有环形压缩弹簧凸台Ⅱ；后部活塞杆管段（701）向前插入中盖（6）的中心通孔，后部活塞杆撞击梁（702）滑动插入定位块（8）；后部活塞杆弹性梁（703）由若干个沿周向均匀分布且轴向方向截面为楔形的杆式弧形梁组成，各杆式弧形梁的外壁面为圆弧面，各杆式弧形梁的内壁为圆锥面，圆锥面的内径从前至后由小变大；后部活塞杆凸台（704）的外壁面也为圆弧面，后部活塞杆凸台（704）的内壁面也为圆锥面，由楔形梁的内壁的圆锥面向前平滑延伸而成；在后部活塞杆弹性梁（703）和后部活塞杆凸台（704）上设置有从前至后贯穿后部活塞杆弹性梁（703）和后部活塞杆凸台（704）的豁口；后部活塞杆弹性梁（703）上套装压缩弹簧Ⅱ（11），压缩弹簧Ⅱ（11）的长度小于后部活塞杆弹性梁（703）的长度；后部活塞杆凸台（704）与模型后段弹簧固定座（12）的接触端面设置有倒角；压缩弹簧Ⅱ（11）的前端面顶紧环形压缩弹簧凸台Ⅱ，压缩弹簧Ⅱ（11）的后端面顶紧模型后段弹簧固定座（12）；后部活塞杆（7）的中心空腔Ⅰ内安装有质量块（10）；

利用压缩弹簧Ⅱ（11）的预紧载荷进行后部活塞杆（7）的固定安装，后部活塞杆管段（701）向前插入中盖（6）的通孔，后部活塞杆弹性梁（703）沿径向收缩外径减小，后部活塞杆凸台（704）外径同步减小，后部活塞杆凸台（704）穿出模型后段弹簧固定座（12）的中孔并卡紧在模型后段弹簧固定座（12）上；

锁紧锥套（13）的前段为与后部活塞杆凸台（704）的圆锥面相匹配的圆锥段，锁紧锥套（13）的后段为圆柱段，锁紧锥套（13）的圆锥段和圆柱段之间等外径平滑过渡，圆柱段的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅰ；锁紧锥套（13）的圆柱段的中心空腔Ⅱ内安装有锁紧锥套撞击块（14），中心空腔Ⅱ的长度大于锁紧锥套撞击块（14）的长度，锁紧锥套撞击块（14）在中心空腔Ⅱ内前后滑动；锁紧锥套撞击块（14）的中心轴线上设置有牵引绳管道Ⅱ，牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块（14）的前端面打结固定；圆柱段的前端面设置有封闭中心空腔Ⅱ的盖板（15）。

2.根据权利要求1所述的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，其特征在于，所述的后部活塞杆撞击梁（702）由若干个沿周向均匀分布的且轴向方向截面为方形的杆式弧形梁组成，定位块（8）的内壁面设置有与杆式弧形梁一一对应的若干个弧形槽。

3.根据权利要求1所述的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，其特征在于，所述的中盖（6）与模型前段（1）内腔的接触面通过密封圈密封。

4.一种气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒方法，其用于权利要求1~3中任意一种所述的气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置，其特征在于，包括以下步骤：

S10.模型安装；

S11.将压缩弹簧Ⅰ（2）套装在模型前段（1）内腔的模型前段弹簧固定座（16）上，将前部活塞杆（4）的前部活塞杆柱段（401）向前插入模型前段弹簧固定座（16）内；

S12.在将模型前段（1）内腔安装密封圈，将中盖（6）通过螺纹拧紧固定在模型前段（1）内腔，中盖（6）的前端面顶紧密封圈；同时，环形压缩弹簧凸台Ⅰ压紧压缩弹簧Ⅰ（2），前部活塞杆密封顶环（402）向后插入中盖（6）前端面的环形凹槽，前部活塞杆通气轴（403）的圆环插入中盖（6）的中心通孔，完成前部活塞杆（4）固定；

S13.将定位块（8）通过螺纹固定在模型后段（9）的内腔前段；将模型后段（9）固定在模型前段（1）上；

S14.将后部活塞杆（7）的后部活塞杆管段（701）向前插入中盖（6）的中心通孔，同时，后部活塞杆撞击梁（702）滑动插入定位块（8）；

S15.在后部活塞杆弹性梁（703）上套入压缩弹簧Ⅱ（11），在模型后段（9）的内腔后段通过螺纹固定环形的模型后段弹簧固定座（12），将后部活塞杆凸台（704）向后卡入模型后段弹簧固定座（12）；

S16.牵引绳从后至前依次穿入牵引绳管道Ⅰ和牵引绳管道Ⅱ，在锁紧锥套撞击块（14）的前端面打结固定，在圆柱段的前端面安装盖板（15）；

S17.将质量块（10）置入后部活塞杆（7）的中心空腔Ⅰ，将锁紧锥套（13）的圆锥段向前插入后部活塞杆凸台（704）的圆锥面，锁紧后部活塞杆（7），完成模型安装；

S20.模型固定；

将模型发射装置固定在高超声速风洞内，将模型放入模型发射装置的模型夹持器内，将锁紧锥套（13）后部的牵引绳固定在模型发射装置上，确保牵引绳拉直后与模型同轴；牵引绳的长度根据高超声速风洞尺寸以及质量块（10）的抛撒距离确定；

S30.模型试验；

S31.通过外接高压气源经充气孔（3）向模型前段（1）内腔充入高压气体，高压气体的压力范围为1MPa~5MPa；

S32.启动高超声速风洞，流场稳定后，下达模型发射命令；

S33.模型发射装置发射模型，当模型运动至牵引绳的最大长度后，锁紧锥套撞击块（14）被限制运动，锁紧锥套（13）仍然继续向前飞行，锁紧锥套撞击块（14）撞击锁紧锥套（13）的圆柱段的中心空腔Ⅱ的后端面，撞击力加上牵引绳的拉力，使得锁紧锥套（13）脱出后部活塞杆凸台（704）；

S34.后部活塞杆弹性梁（703）与模型后段弹簧固定座（12）之间的约束力承受不了压缩弹簧Ⅱ（11）的弹力，后部活塞杆凸台（704）沿径向收缩，外径减小，当后部活塞杆凸台（704）外径小于模型后段弹簧固定座（12）的中孔时，后部活塞杆（7）在压缩弹簧Ⅱ（11）的弹力作用下，向前移动，后部活塞杆撞击梁（702）带动后部活塞杆管段（701）向前撞击前部活塞杆通气轴（403），将前部活塞杆密封顶环（402）顶出环形凹槽；

S35.高压气体从前部活塞杆通气轴（403）的通气孔进入圆环，经后部活塞杆管段（701）的管道作用到质量块（10）的前端面，将质量块（10）抛撒出模型。