[发明专利]一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置和试验方法

权利要求书

1.一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置，其特征在于包括飞行器前级模型运动机构和飞行器后级模型运动机构，

所述飞行器前级模型运动机构包括设置在风洞壁板外的上驱动机构和设置在风洞壁板内的前级模型，前级模型通过前级天平连接到上支臂，上支臂通过上机构穿出风洞壁板连接到上驱动机构；

所述飞行器后级模型运动机构包括设置在风洞壁板外的下驱动机构和设置在风洞壁板内的后级模型，后级模型通过后级天平和天平支杆连接到下支臂，下支臂通过下机构穿出风洞壁板连接到下驱动机构；

所述上驱动机构和下驱动机构分别连接到控制器，控制器独立控制两个驱动机构，实现前、后级模型分离姿态的同步模拟，

上驱动机构和下驱动机构分别包括有驱动器和由驱动器控制的电机，所述上驱动机构的电机输出通过丝杆和上机构连接到上支臂、所述下驱动机构的电机输出通过丝杆和下机构连接到下支臂。

2.根据权利要求1所述的一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置，其特征在于所述上支臂为倒Z型叶片支臂，一端连接到前级天平的后锥上，前级天平与前级模型连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置，其特征在于所述上支臂的主干部分后倾，截面沿高度方向线性收敛。

4.根据权利要求1所述的一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：系统连接与风洞启动，前、后级模型与两套系统连接，检查连接逻辑和物理关系，上电、启动、自检，准备参数，包括前、后级风洞试验模型气动力试验参数，预置前、后级模型风洞启动关车姿态和位置，启动风洞建立稳定流场，前级模型调节到分离过程的初始姿态，后级模型调节到初始姿态和初始位置，赋予时间变量计数为初始时刻；

步骤二：测量前、后级模型气动力，模型到达给定的姿态和位置，判断流场稳定后，通过前级天平测量前级模型气动载荷，后级天平测量后级模型气动载荷，并采用风洞常规测力试验数据处理方法作测量数据修正、无量纲化处理，获得前级模型气动力系数、后级模型气动力系数，再与各自模型相同状态自由流试验结果进行比较，获得级间分离过程中前、后级模型上的干扰气动力、和力矩系数；

步骤三：飞行器前、后级实物的运动参数计算，依据当前时刻飞行条件，以及前、后级实物的气动力模型、大气模型、推力模型和重力模型，计算作用于飞行器前、后级实物上的体轴系气动力、体轴系推力、体轴系重力，获得飞行器前级上的合力和合力矩，以及后级实物上的合力和合力矩，然后，依据飞行器前级实物体轴系动力学方程和运动学方程，求解下一时刻前级实物体轴系线速度、角速度、俯仰角和质心在地面坐标系的位置，同样求得后级实物体轴系线速度、角速度、俯仰角和质心在地面坐标系的位置；

步骤四：依据步骤三的计算结果，判断下一时刻飞行器前后级是否出现分离失败故障或者是否满足安全分离条件，若是则转向步骤八，否则转向步骤五；

步骤五：飞行器前、后级实物姿态和位置变化量计算，首先，由飞行器前级体轴系速度关系，求得下一时刻飞行器前级实物迎角，由飞行器前级速度、地面坐标系和后级体轴系之间的关系，求得下一时刻飞行器后级实物相对于前级速度的迎角，由后级实物质心相对前级实物航迹坐标系的位置关系，求出下一时刻后级实物相对前级实物航迹坐标系的位置，然后，通过当前时刻与下一时刻参数对比，获得从当前时刻状态过渡到下一时刻状态的变化量；

步骤六：飞行器前、后级模型的姿态和位置调节量计算，由风洞试验与飞行相似原则，得到从当前时刻到下一时刻，风洞中飞行器前级模型姿态调节量，飞行器后级模型姿态调节量，飞行器后级模型总平动向量；

步骤七：飞行器前、后级模型的姿态和位置调节，依据上面步骤获得的前、后级模型姿态变化量和后级模型总平动向量，由控制机向上驱动器发出姿态调节命令，通过前级模型运动系统将前级模型的姿态变换到下一时刻的目标值；向下驱动器发出姿态和位置调节命令，通过后级模型运动系统将后级模型的姿态和位置变换到下一时刻的目标值，将下一时刻赋予当前时间变量，转向步骤二进入级间分离过程中的新时刻点继续试验；

步骤八：输出试验结果，将后级模型位置调节到预设的风洞启动关车位置，将前、后级模型姿态置零，然后向风洞测控系统发出关车指令，终止试验。