CN117740312A - 适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，包括可拆卸基准悬挂平台和存放架等，可拆卸基准悬挂平台包括前弯梁、后弯梁、中心纵梁、纵拉梁；悬挂平台用于使飞行器模型背部朝向上方、腹部朝向下方的安装在中心纵梁上，与飞行器正常飞行姿态一致，简称为“正装”；中心纵梁位于风洞试验段顶部，与飞行器模型背部可拆卸式连接；本发明中的基准悬挂平台除了要承受整个装置自重和模型的重量外，还要承受流向气动力、反流向冲击力以及弯曲载荷等。在承受上述复杂载荷情况下，仍具有高刚性和尺寸精度，以保证飞行器模型姿态精度。

Description

适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统

技术领域

本发明为风洞试验技术领域，具体涉及一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统。

背景技术

一般在正常飞行姿态下，飞行器的腹部是朝向下方的，背部是朝向上方的。对于某些吸气式飞行器，进气道及发动机内流道靠近腹部一侧。飞行器尾部设有尾喷管，是发动机出口喷流推力部件。

在风洞试验中，需要通过支架将飞行器模型安装放置于喷管流场中心一定范围内。飞行器模型腹部和尾部都不适合安装悬挂支架，而是通过背部支架与风洞试验段连接。若飞行器模型通过背部支架安装在试验段底部的安装平台上（简称为“背支”），则飞行器背部朝向下方，腹部朝向上方（简称为“反装”）。若飞行器模型通过背部支架安装在试验段顶部的基准悬挂平台上（简称为“悬挂”），则飞行器背部朝向上方，腹部朝向下方，这与正常飞行姿态是一致的（简称为“正装”）。

腹部进气式飞行器模型试验通常采用背支反装方式安装在试验段底部的安装平台上，这样便于在地面一侧安装模型、供油系统与测试系统。然而，这与正常飞行姿态是不一致的。飞行器腹部作为升力面，在正装状态下产生的向上的升力，在反装状态下产生的气动力却是向下的，与飞行器重力方向一致，二力叠加就要求测力天平的法向量程成倍增大，而这会给升力的准确测量带来更大的误差。在某些需要扣除重力干扰的情况下，向下的气动力会加剧重力干扰，这是很不利的。

若飞行器采用悬挂正装方式，升力与重力方向相反，能够模拟飞行器真实飞行姿态。在某些需要扣除重力干扰的情况下，向上的升力会减小甚至抵消重力干扰，有利于试验的开展。采用悬挂正装方式，需要发明一种可供飞行器悬挂安装在风洞试验段顶部的基准悬挂平台。将模型、测力装置和悬挂支架等全部悬挂安装在基准悬挂平台上。

现有技术中，2022年3月11日公布的中国发明申请CN114166458A公开了一种风洞洞体部件悬挂系统和方法，用于精准定位及安装风洞洞体部件，悬挂系统主要部件为两个龙门架。该悬挂系统尺寸大，适用在洞外实施的洞体定位安装，不适用于高速风洞紧凑试验段内的模型安装，且龙门架等部件置于试验段内会严重影响流场，该系统无法解决风洞试验段内模型的悬挂安装问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决高速风洞内大尺度重模型悬挂正装基准平台问题，且不对流场产生扰动影响，提出一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂平台。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，包括可拆卸基准悬挂平台，可拆卸基准悬挂平台包括前弯梁6、后弯梁2、中心纵梁5、纵拉梁3；

所述悬挂平台用于使飞行器模型背部朝向上方、腹部朝向下方的安装在中心纵梁5上，与飞行器正常飞行姿态一致，简称为“正装”；中心纵梁5位于风洞试验段顶部，与飞行器模型背部可拆卸式连接；

定义气流流向方向为x方向，重力反方向为y方向，垂直于x方向和y方向为z方向，遵循右手法则；

两根中心纵梁5关于悬挂平台中心对称设置，且中心纵梁5的长度沿x方向；前弯梁6、后弯梁2关于悬挂平台中心对称设置，前弯梁6相比后弯梁2更接近气流来流方向，且前弯梁6、后弯梁2都为拱形结构，拱形结构的长度沿z方向，中心纵梁5的两端分别与前弯梁6、后弯梁2垂直连接；两根纵拉梁3沿x方向连接于前弯梁6和后弯梁2之间，且位于中心纵梁5的上方；

飞行器模型背部与悬挂平台的中心纵梁5固定连接；

风洞外将大尺度重模型在悬挂系统上安装固定完成以后，再移动至高速风洞内；

大尺度重模型是指飞行器模型长度在3米以上、重量0.5吨以上的模型。

作为优选方式，前弯梁6、后弯梁2的面板上设置数个气流通孔用于平衡内外两侧压力、减轻重量、以及穿过试验所需线路管路。

作为优选方式，还包括设置于风洞外的存放架1，用于非试验时在风洞外存放支撑悬挂平台，存放架1包括方横梁1-4、斜拉梁1-3、方竖梁1-1、竖拉梁1-2，每层方横梁1-4在xoz平面围成一个矩形框架，xoz平面上相邻的方横梁1-4之间设置斜拉梁1-3，方竖梁1-1将上下两层方横梁1-4连接在一起且沿y向设置，上下两层方横梁1-4之间设置y向的竖拉梁1-2，前弯梁6、后弯梁2拱形结构的两端可拆卸式连接在存放架方竖梁1-1的顶部。

作为优选方式，还包括脚踏板4，脚踏板4的踏面平行于xoz平面，且可拆卸式连接在两个中心纵梁5远离悬挂平台中心的外侧的前弯梁6和后弯梁2之间。

作为优选方式，在后弯梁2面板中心位置设置了一个直径10cm的圆形通孔，用于平衡两侧压力。

作为优选方式，纵拉梁3采用U型槽钢。

作为优选方式，飞行器模型背面设有一悬挂支架，悬挂支架的顶端具有与中心纵梁5底面的螺纹孔螺钉相连的水平装配面。

作为优选方式，中心纵梁5由2块梁部件焊接而成整体，梁部件上等距均布多个竖直筋板；中心纵梁5整个上、下表面都关于xoz平面设置对称的工作台面；中心纵梁上、下表面等距均布4列孔位，孔位与不同模型对应的不同悬挂支架上的螺纹孔配合。

作为优选方式，安装时保证中心纵梁5具有的平面度、平行度满足实验需求，两块梁部件的安装面平行，两根中心纵梁的两端焊接成整体，中心纵梁两端5的底面和侧面通过内六角螺钉与前弯梁6、后弯梁2的连接对应位置的内螺纹相连，通过微调中心纵梁5底面的内六角螺钉钻入距离实现中心纵梁5上模型的安装调平。

作为优选方式，所述基准悬挂平台试验时，前弯梁6、后弯梁2拱形底部端面安装在风洞试验段两侧壁面4个支座上并固定连接。

本发明至少包括以下有益技术效果：

（1）本发明中的基准悬挂平台除了要承受整个装置自重和模型的重量外，还要承受流向气动力、反流向冲击力以及弯曲载荷等。在承受上述复杂载荷情况下，仍具有高刚性和尺寸精度，以保证飞行器模型姿态精度；

（2）中心纵梁作为悬挂基准平台的核心，上、下表面都对称的工作台面，可根据需要方便选择使用；

（3）基准悬挂平台试验时设置在试验段两侧壁面4个支座上，基准悬挂平台底面距离喷管外缘不小于10 mm，整个平台在流场外，对流场不造成扰动；

（4）基准悬挂平台具有安装调平的功能，便于基础安装水平程度低时的调节；

（5）基准悬挂平台具有可反复拆卸的功能，大大提高了模型安装的灵活性；

（6）前弯梁、后弯梁为拱形，与试验段顶面对应处形状一致，便于安装；

（7）前弯梁、后弯梁的面板上设有通孔，具有平衡内外两侧压力便于气流流通压力平衡、减轻重量、便于线路穿过的优点。可减小前弯梁、后弯梁内外两侧压差；

（8）纵拉梁连接固定前弯梁、后弯梁的同时，在脚踏板上方，还可作为扶手提高工作人员高处作业的安全性；

（9）脚踏板作为操作平台、行走通道，可提高高空作业安全性，且安装时可向两侧平移，提高了安装的便利性；

（10）存放架是基准悬挂平台从试验段内拆卸下来后的存放工装，便于在风洞外开展悬挂模型的相关安装、调试工作。

附图说明

图1为本发明基准悬挂平台风洞外存放在存放架上的安装示意图。

图2为厂房行吊移动基准悬挂平台离开存放架示意图。

图3为厂房行吊移动基准悬挂平台放入试验段的剖面示意图。

图4为基准悬挂平台试验段内安装剖面示意图。

图5为中心纵梁微调平结构示意图，即图4中虚线框的放大图。

图6为存放架结构示意图。

其中：1为存放架；2为后弯梁；3为纵拉梁；4为脚踏板；5为中心纵梁；6为前弯梁；7为厂房行吊；8为钢丝绳；9为试验段；10为喷管；1-1为方竖梁、1-2为竖拉梁、1-3为斜拉梁、1-4为方横梁。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，包括可拆卸基准悬挂平台，可拆卸基准悬挂平台包括前弯梁6、后弯梁2、中心纵梁5、纵拉梁3；

所述悬挂平台用于使飞行器模型背部朝向上方、腹部朝向下方的安装在中心纵梁5上，与飞行器正常飞行姿态一致，简称为“正装”；中心纵梁5位于风洞试验段顶部，与飞行器模型背部可拆卸式连接；

定义气流流向方向为x方向，重力反方向为y方向，垂直于x方向和y方向为z方向，遵循右手法则；

两根中心纵梁5关于悬挂平台中心对称设置，且中心纵梁5的长度沿x方向；前弯梁6、后弯梁2关于悬挂平台中心对称设置，前弯梁6相比后弯梁2更接近气流来流方向，且前弯梁6、后弯梁2都为拱形结构，拱形结构的长度沿z方向，中心纵梁5的两端分别与前弯梁6、后弯梁2垂直连接；两根纵拉梁3沿x方向连接于前弯梁6和后弯梁2之间，且位于中心纵梁5的上方；

飞行器模型背部与悬挂平台的中心纵梁5固定连接；

风洞外将大尺度重模型在悬挂系统上安装固定完成以后，再移动至高速风洞内；

大尺度重模型是指飞行器模型长度在3米以上、重量0.5吨以上的模型。

气流从喷管10喷出后流经模型。

前弯梁6、后弯梁2的面板上设置数个气流通孔用于平衡内外两侧压力、减轻重量、以及穿过试验所需线路管路。

如图6所示，还包括设置于风洞外的存放架1，用于非试验时在风洞外存放支撑悬挂平台，存放架1包括方横梁1-4、斜拉梁1-3、方竖梁1-1、竖拉梁1-2，每层方横梁1-4在xoz平面围成一个矩形框架，xoz平面上相邻的方横梁1-4之间设置斜拉梁1-3，方竖梁1-1将上下两层方横梁1-4连接在一起且沿y向设置，上下两层方横梁1-4之间设置y向的竖拉梁1-2，前弯梁6、后弯梁2拱形结构的两端可拆卸式连接在存放架方竖梁1-1的顶部。

还包括脚踏板4，脚踏板4的踏面平行于xoz平面，且可拆卸式连接在两个中心纵梁5远离悬挂平台中心的外侧的前弯梁6和后弯梁2之间。2个脚踏板水平、对称布置在中心纵梁两侧，可作为模型安装时的操作平台、行走通道，保证便利性与安全性。

在后弯梁2面板中心位置设置了一个直径10cm的圆形通孔，用于平衡两侧压力。

纵拉梁3采用U型槽钢。可强化基准悬挂平台的纵向结构稳定性。

飞行器模型背面设有一悬挂支架，悬挂支架的顶端具有与中心纵梁5底面的螺纹孔螺钉相连的水平装配面。

中心纵梁5由2块梁部件焊接而成整体，梁部件上等距均布多个竖直筋板；中心纵梁5整个上、下表面都设置关于xoz平面对称的工作台面；中心纵梁上、下表面等距均布4列孔位，孔位与不同模型对应的不同悬挂支架上的螺纹孔配合。方便与不同模型对应的不同悬挂支架之间的连接，以及与其他部件的组合连接。

安装时保证中心纵梁5具有的平面度、平行度满足实验需求，两块梁部件的安装面平行，两根中心纵梁的两端焊接成整体，中心纵梁两端5的底面和侧面通过内六角螺钉与前弯梁6、后弯梁2的连接对应位置的内螺纹相连，通过微调中心纵梁5底面的内六角螺钉钻入距离实现中心纵梁5上模型的安装调平。 如图5所示。

所述基准悬挂平台试验时，前弯梁6、后弯梁2拱形底部端面安装在风洞试验段两侧壁面4个支座上并固定连接，如图4所示。

所述后弯梁主要外形结构尺寸与前弯梁基本一致，后弯梁底部两侧肋下依据下游扩压器边界轮廓形状设置了平齐的通流缺口，可保证后弯梁两侧试验气流顺畅，不会造成局部阻流。另外，在后弯梁面板内测设置了一些专用接口。

纵拉梁采用U型槽钢，可强化基准悬挂平台的纵向结构稳定性。

2个脚踏板水平、对称布置在中心纵梁两侧，可作为模型安装时的操作平台、行走通道，保证便利性与安全性。

在上述的一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂平台中，所述基准悬挂平台从试验段内拆卸下来后可暂时安装在风洞外存放架上，在风洞外开展悬挂模型的相关安装、调试工作。

本发明的使用场景是在高速风洞内某些特定试验（如进气道抛罩分离试验，需要飞行器模型悬挂正装以模拟真实飞行状态中的向下抛罩分离，常规背支反装方式无法进行该试验；如悬挂正装测力试验，需要使用内式天平对升力进行测试，只有飞行器模型正装才能使升力方向朝上）需要飞行器模型正装时，同时飞行器模型采用背支方式，只能将模型采取悬挂方式置于试验段内，因而需要通过一个基准悬挂平台实现飞行器模型的正装悬挂。

实施例2

本实施例提供一种基准悬挂平台的安装方法，包括如下步骤：

（1）无试验时，基准悬挂平台存放在风洞外存放架上，基准悬挂平台和存放架的四角装配面使用螺杆连接固定。

（2）使用工装将脚踏板安置在基准悬挂平台上，使用工装将基准悬挂平台和存放架连接处的螺杆松开和解除。

（3）打开试验段顶盖，使用厂房行吊的行吊带钢丝绳与基准悬挂平台绑定牢靠，操作厂房行吊使基准悬挂平台平稳移动置试验段内，基准悬挂平台前弯梁为垂直迎风方向。基准悬挂平台方向和位置放置准确后，使用螺栓将基准悬挂平台的四角与试验段两侧壁面4个支座连接固定。

（4）在中心纵梁上放置水平仪，若发现中心纵梁水平程度安装后变低，则需要进行微调平操作。调整中心纵梁两端底面与基准悬挂平台连接的内六角螺钉，如图4，增大螺钉钻入程度，即螺钉更拧进内部，螺钉将会在前弯梁、后弯梁底部的支撑作用下，前端面轻微顶起中心纵梁，使得中心纵梁与基准悬挂平台的间距增大，该处中心纵梁位置将轻微上移，反之中心纵梁将轻微下移。调整底面的16个调平定位内六角螺钉，使得中心纵梁处于水平位置。调平后，再使用内六角螺钉将中心纵梁两侧竖直面的16个连接固定孔位与基准悬挂平台对应孔位连接固定。

（5）基准悬挂平台安装完成后，可在基准悬挂平台上准备开展相关试验。

（6）完成试验准备后，使用工装将脚踏板拆卸解除。

（7）试验前关闭试验段顶盖。

实施例3

本实施例提供一种基准悬挂平台的拆卸与风洞外存放方法，包括如下步骤：

（1）打开试验段顶盖，拆除基准悬挂平台上的试验件。

（2）使用工装将基准悬挂平台与试验段4个支座处的螺杆松开和解除。

（3）将存放架置于洞外空地上，使用厂房行吊的行吊带钢丝绳与基准悬挂平台绑定牢靠，移动厂房行吊使基准悬挂平台置于存放架上，使其四角装配面对齐。

（4）使用工装将基准悬挂平台和存放架螺杆连接固定。

（5）关闭试验段顶盖。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：包括可拆卸基准悬挂平台，可拆卸基准悬挂平台包括前弯梁（6）、后弯梁（2）、中心纵梁（5）、纵拉梁（3）；

所述悬挂平台用于使飞行器模型背部朝向上方、腹部朝向下方的安装在中心纵梁（5）上，与飞行器正常飞行姿态一致，简称为“正装”；中心纵梁（5）位于风洞试验段顶部，与飞行器模型背部可拆卸式连接；

定义气流流向方向为x方向，重力反方向为y方向，垂直于x方向和y方向为z方向，遵循右手法则；

两根中心纵梁（5）关于悬挂平台中心对称设置，且中心纵梁（5）的长度沿x方向；前弯梁（6）、后弯梁（2）关于悬挂平台中心对称设置，前弯梁（6）相比后弯梁（2）更接近气流来流方向，且前弯梁（6）、后弯梁（2）都为拱形结构，拱形结构的长度沿z方向，中心纵梁（5）的两端分别与前弯梁（6）、后弯梁（2）垂直连接；两根纵拉梁（3）沿x方向连接于前弯梁（6）和后弯梁（2）之间，且位于中心纵梁（5）的上方；

飞行器模型背部与悬挂平台的中心纵梁（5）固定连接；

风洞外将大尺度重模型在悬挂系统上安装固定完成以后，再移动至高速风洞内；

大尺度重模型是指飞行器模型长度在3米以上、重量0.5吨以上的模型。

2.根据权利要求1所述的适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：前弯梁（6）、后弯梁（2）的面板上设置数个气流通孔用于平衡内外两侧压力、减轻重量、以及穿过试验所需线路管路。

3.根据权利要求1所述的适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：还包括设置于风洞外的存放架（1），用于非试验时在风洞外存放支撑悬挂平台，存放架（1）包括方横梁（1-4）、斜拉梁（1-3）、方竖梁（1-1）、竖拉梁（1-2），每层方横梁（1-4）在xoz平面围成一个矩形框架，xoz平面上相邻的方横梁（1-4）之间设置斜拉梁（1-3），方竖梁（1-1）将上下两层方横梁（1-4）连接在一起且沿y向设置，上下两层方横梁（1-4）之间设置y向的竖拉梁（1-2），前弯梁（6）、后弯梁（2）拱形结构的两端可拆卸式连接在存放架（1）的方竖梁（1-1）的顶部。

4.根据权利要求1所述的适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：还包括脚踏板（4），脚踏板（4）的踏面平行于xoz平面，且可拆卸式连接在两个中心纵梁（5）远离悬挂平台中心的外侧的前弯梁（6）和后弯梁（2）之间。

5.根据权利要求1所述的适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：在后弯梁（2）面板中心位置设置了一个直径10cm的圆形通孔，用于平衡两侧压力。

6.根据权利要求1所述的适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：纵拉梁（3）采用U型槽钢。

7.根据权利要求1所述的一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：飞行器模型背面设有一悬挂支架，悬挂支架的顶端具有与中心纵梁（5）底面的螺纹孔螺钉相连的水平装配面。

8.根据权利要求1所述的一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：中心纵梁（5）由2块梁部件焊接而成整体，梁部件上等距均布多个竖直筋板；中心纵梁（5）整个上、下表面都设置关于xoz平面对称的工作台面；中心纵梁（5）上、下表面等距均布4列孔位，孔位与不同模型对应的不同悬挂支架上的螺纹孔配合。

9.根据权利要求1所述的一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：安装时保证中心纵梁（5）具有的平面度、平行度满足实验需求，两块梁部件的安装面平行，两根中心纵梁（5）的两端焊接成整体，中心纵梁（5）两端的底面和侧面通过内六角螺钉与前弯梁（6）、后弯梁（2）的连接对应位置的内螺纹相连，通过微调中心纵梁（5）底面的内六角螺钉钻入距离实现中心纵梁（5）上模型的安装调平。

10.根据权利要求1所述的一种适用于高速风洞大尺度重模型试验的可拆卸基准悬挂系统，其特征在于：所述基准悬挂平台试验时，前弯梁（6）、后弯梁（2）拱形底部端面安装在风洞试验段两侧壁面4个支座上并固定连接。