CN204495534U - 用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其包括旋转部分、控制旋转部分、测力天平和支撑杆，旋转部分包括一个试验模型形状的空腔的壳体，并在壳体上配置有配重部件，控制旋转部分安装于壳体的空腔内，其包括法兰套环、固定套筒和电机控制系统，电机控制系统通过所述法兰套环安装在固定套筒内，电机控制系统的电机传动轴穿过法兰套环与所述壳体紧固相连，所述支撑杆经由所述测力天平与所述固定套筒相连，所述固定套筒与所述壳体之间配置有轴承。该装置结构简单，拆装方便，且易于操作和控制。其通过将试验模型弹体与电机控制系统一体化设计，解决了因1.2米量级风洞马格努斯试验模型因空间狭小而难以精确控制模型旋转的难题。

Description

用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，属于风洞试验技术领域、试验空气动力学领域。

背景技术

“马格努斯效应”指当飞行器在有攻角飞行状态时，由于绕体轴的旋转运动与横向流动的作用，所受到的垂直于来流和转轴的侧向气动力及力矩效应。马格努斯力虽然量值不大，但对不同飞行马赫数和不同攻角条件下的旋转弹的动稳定性有重要影响。

在飞行中绕自身弹体轴线旋转的战术火箭弹分为两类，一类是无控旋转弹，一类是有控(鸭舵控制)旋转弹。在1.2米量级风洞内进行试验时，受风洞流场均匀区的限制，模型尺寸较小。对于大长径比的旋转弹，若要满足试验要求，传统解决方法是截短弹体等直段的长度，并将模型直径尽量做大。这种方法基于忽略气流经过长度不等的弹身后对尾翼影响的差异，这种方法经过理论计算和实弹射击证明是比较可靠的。而对于大长径比的有控旋转弹，由于鸭舵的存在，有攻角时，鸭舵会对尾翼产生洗流，洗流的状态也随弹身长短的不同有着不可忽略的变化，因此对于大长细比有控火箭弹截短弹身等直段长度的方法并不可取。另外，若将模型做大，保证长径比不变，试验模型长度就会随之增大，但这样只能减小攻角范围，并不能达到型号设计方案的要求。

在现今1.2米量级风洞的马格努斯效应试验装置大多是针对小长径比旋转弹的自旋转试验，即通常使用尾支撑方式，模型内部安装测力天平，测量吹风时模型受到的气动力和力矩，在试验模型内部设计轴承结构，使得导弹或旋转尾翼可以自由旋转，部分地模拟导弹飞行时的旋转效应，这种方法有两个不足：1)转速难以真实模拟；2)导弹转速随攻角变化而变化即转速不稳定。

对于少量的强迫旋转试验，国内外主要采用以下几种驱动模型旋转的方法：

1)涡轮驱动。用装在支杆上的喷嘴喷出的高速气流推动涡轮，从而使与涡轮连在一起的模型旋转，其特点是需用功率较少，结构复杂，气动数据测量采用增速法有喷气影响，减速法经济性不好，多用于单独弹体试验。

2)吹气驱动。在翼面侧向安装一个可以对翼面垂直吹气的装置，高压气经喷嘴产生的射流强迫翼面带动模型旋转，其特点是结构复杂，气动数据测量采用增速法有喷气影响，减速法经济性不好，仅适用于有翼面的组合体模型。

3)电机驱动。一般采用转速可以控制的气动电动机、变频电动机或一般电动机，经减速后驱动模型旋转。电动机一般放在风洞外，经过传动轴来驱动模型，电动机尺寸不受限制，功率大，传动结构复杂，多用于翼面阻尼大的模型试验。电动机也放在风洞内直接与模型连接，但电动机尺寸必须很小，多用于小长径比的无控旋转模型；到目前为止，在大长径比的有控旋转弹模型上并没有得到应用。

发明内容

本实用新型旨在通过解决大长径比的有控旋转弹模型内部空间局限难以放置驱动控制机构、控制测量系统的走线空间裕度不足以及模型旋转的动平衡性能不稳定等问题，设计一种适用于1.2米量级风洞马格努斯效应试验的强迫旋转装置。

本实用新型提供一种用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，通过两个不同位置安放的配重环，解决了旋转动平衡问题；通过模块化设计，方便更换部件和改变试验状态；通过马格努斯专用天平的设计，解决了马格努斯效应数据精度问题和电机控制系统的走线问题；通过选取和设置合适的轴承和电机控制系统，实现了在1.2米量级风洞中进行长径比为20以上的有控旋转弹模型马格努斯效应的强迫旋转试验。

本实用新型的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置包括旋转部分、控制旋转部分、测力天平和支撑杆，所述旋转部分包括一个试验模型形状的空腔的壳体，并在所述壳体上配置有配重部件，所述控制旋转部分安装于所述壳体的空腔内，其包括法兰套环、固定套筒和电机控制系统，所述电机控制系统通过所述法兰套环安装在所述固定套筒内，所述电机控制系统的电机传动轴穿过所述法兰套环与所述壳体紧固相连，所述支撑杆经由所述测力天平与所述固定套筒相连，所述固定套筒与所述壳体之间配置有轴承。

优选所述旋转部分的空腔壳体通过弹头、空腔的弹身、前舵和尾翼以能够自由拆装的方式组装而成，所述弹身具有两个开口的空腔，朝前方开口的空腔在组装上所述弹头后形成封闭空腔，其内配置有一个所述配重部件，朝向后方开口的空腔内配置有所述控制旋转部分，所述电机的传动轴穿过所述法兰套环紧固在两个空腔之间的腔壁上，所述固定套筒与所述空腔的弹身的内壁之间配置有两组轴承。

优选所述配重部件为配重环，在所述弹身外壁上设有一个安装所述配重环的凹槽，所述配重环配置在所述凹槽内后，利用盖板盖上，以保证整个所述弹身外形平整。

优选所述测力天平为结构中空的四分量或五分量专用风洞天平，所述支撑杆也是中空的，以便所述电机控制系统和所述测力天平的信号线能够与风洞外的测控系统连接。

优选所述电机控制系统包括减速器、电机和编码器，能够控制和调节所述旋转部分的旋转速率。

优选所述配重部件的材料为铅

本实用新型通过将试验模型弹体做成中空，并通过合理化布局，很好地解决了在1.2米量级风洞内进行马格努斯试验时，受风洞流场均匀区的限制，模型尺寸较小而难以采用强迫旋转方式精确控制模型旋转的难题。

本实用新型与现有技术相比的优点如下：

1.本实用新型能够满足长径比为20以上的有控旋转弹在1.2米量级风洞中进行强迫旋转马格努斯效应试验的要求。

2.本实用新型采用微型电机驱动方式，模块化设计，结构简单，装置不同部位的拆装及内部检查自由方便，且易于操作和控制。

3.本实用新型设计两个不同位置和装配方式的配重环，采用去料的方式调节动平衡，动平衡配平精度能够达到0.5克·厘米。

4.本实用新型设计了中空的马格努斯专用风洞天平，解决了马格努斯效应测量数据的精度问题和电机控制系统的走线问题。

附图说明

图1为风洞试验马格努斯效应的强迫旋转装置示意图

图2为电机控制系统与试验模型旋转部分连接结构示意图

图3为配重环结构及安装示意图

图4为风洞天平结构及安装示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型的具体实施方案进行进一步的详细描述。

如图1所示，用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置包括弹头1、配重环2、空腔的弹身3、前舵4、法兰套环5、电机控制系统6、两组轴承7、固定套筒8、配重环9、测力天平10、尾支杆11和尾翼12。

如图1、2、3、4所示，弹头1、空腔的弹身3、前舵4和尾翼12以能够自由拆装的方式组装成实弹形状的模型壳体，空腔的弹身3具有两个开口的空腔，朝向前方(弹头方向)开口的空腔在组装上弹头1后形成封闭空腔，其内配置有配重环2。在弹身3外壁上设有一个安装配重环9的凹槽，配重环9配置在凹槽内后，利用盖板盖上，以保证整个弹身3平整。法兰套环5、电机控制系统6、固定套筒8、测力天平10和尾支杆11均配置在弹身3的朝向后方开口的空腔内。电机控制系统6通过法兰套环5配置在固定套筒8内，电机控制系统6的电机传动轴穿过法兰套环5紧固连接在弹身3的的两个空腔之间的腔壁上，固定套筒8与弹身3之间配置有两组轴承7，从而能够支撑带有配重环2和9的实弹形状的模型壳体在电机控制系统6的控制下独立地进行可调节速率的旋转运动。该带有配重环2和9的模型壳体构成装置的旋转部分。轴承7能够承受径向力和轴向力，其轴承类型、安装位置和配对方式随装置的旋转部分受力要求而能够进行调整。尾支杆11插入弹身3经由测力天平10与固定套筒8紧固连接在一起，从而能够将用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置支撑在风洞中，以进行试验。

测力天平10为结构中空的四分量或五分量的专用风洞天平，尾支杆11也是中空的，以便使电机控制系统6和测力天平10的信号线能够与风洞外的测控系统连接，从而能够在风洞吹风过程中与风洞外进行信号传输和控制，根据天平信号反馈分析有控旋转弹的马格努斯效应影响。

因为很小的不平衡就可以明显地影响到风洞试验马格努斯效应测量的精度。所以完成安装以后，要在动平衡机做动平衡试验，配重环2、9采用铅材料，根据动平衡试验情况，可以拆开配重环9外面的盖板或弹头1分别对配重环9和配重环2进行切削，使得动平衡精度达到0.5克·厘米以下。

电机控制系统6包括减速器、电机和编码器，能够控制和调节装置的旋转部分的旋转速率，拆除所述电机控制系统6，能够进行有控旋转弹马格努斯效应的自转试验。

前舵4和尾翼12能够自由拆装并调节舵偏角，配重环2、9随动平衡试验配重需要，保证模型气动外形前提下，调节其放置位置、尺寸大小和材料，包括嵌入模型内腔和在模型表面设计凹槽加配重盖板。

工作原理如下：

将用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置通过尾支杆11支撑在1.2米风洞流场均匀区中，在特定的试验状态下进行风洞试验；风洞来流稳定后，在风洞外的电脑系统上操作电机控制系统6的电机和减速器开始转动，驱动装置的旋转部分从转速为0在某一时间内达到预设的旋转速度；同时，风洞天平10测量得到该马赫数和该攻角下模型的实时测力数据，并通过电脑系统数据分析处理得到马格努斯效应的影响；调整马赫数和攻角状态，设定试验模型旋转部分的到达速度，重复上述步骤依次类推得到不同马赫数、不同攻角以及不同到达速度下试验模型的马格努斯效应影响。

综上所述利用本实用新型能够实现在1.2米量级风洞中进行长径比为20以上的有控旋转弹试验模型马格努斯效应的强迫旋转试验。

以上对本实用新型的优选实施方式进行了说明，但本实用新型并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本实用新型的技术范畴。

本实用新型未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其特征在于：包括旋转部分、控制旋转部分、测力天平和支撑杆，所述旋转部分包括一个试验模型形状的空腔的壳体，并在所述壳体上配置有配重部件，所述控制旋转部分安装于所述壳体的空腔内，其包括法兰套环、固定套筒和电机控制系统，所述电机控制系统通过所述法兰套环安装在所述固定套筒内，所述电机控制系统的电机传动轴穿过所述法兰套环与所述壳体紧固相连，所述支撑杆经由所述测力天平与所述固定套筒相连，所述固定套筒与所述壳体之间配置有轴承。

2.如权利要求1所述的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其特征在于：所述旋转部分的空腔壳体通过弹头、空腔的弹身、前舵和尾翼以能够自由拆装的方式组装而成，所述弹身具有两个开口的空腔，朝向前方开口的空腔在组装上所述弹头后形成封闭空腔，其内配置有一个所述配重部件，朝向后方开口的空腔内配置有所述控制旋转部分，所述电机的传动轴穿过所述法兰套环紧固在两个空腔之间的腔壁上，所述固定套筒与所述空腔的弹身的内壁之间配置有两组轴承。

3.如权利要求2所述的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置其特征在于：所述配重部件为配重环，在所述弹身外壁上设有一个安装所述配重环的凹槽，所述配重环配置在所述凹槽内后，利用盖板盖上，以保证整个所述弹身外形平整。

4.如权利要求1所述的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其特征在于：所述测力天平为结构中空的四分量或五分量的专用风洞天平，所述支撑杆也是中空的，以便所述电机控制系统和所述测力天平的信号线能够与风洞外的测控系统连接。

5.如权利要求1所述的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其特征在于：所述电机控制系统包括减速器、电机和编码器，能够控制和调节所述旋转部分的旋转速率。

6.如权利要求1～5中任一项所述的用于马格努斯效应风洞试验的强迫旋转装置，其特征在于：所述配重部件的材料为铅。