[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

说明书

本发明提供了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,该发明利用位于风洞驻室的两套运动机构驱动飞行器前、后级模型独立运动来模拟飞行的姿态和相对位置，通过两套天平测量前、后级模型气动载荷，并在飞行器前、后级各自体轴系中求解动力学和运动学方程，由此计算出下一时刻飞行器前、后级姿态和相对位置供驱动系统将风洞试验模型调节到目标值,以上过程循环可实现级间分离轨迹模拟试验；本发明可实现级间分离飞行中飞行器前、后级各自姿态的有效模拟和干扰气动力的同时测量，可以独立求解飞行器前、后级的运动参数，真实复现级间分离的飞行器前、后级的独立运动过程，可适用于跨超声速风洞全速域范围。

技术领域

本发明属于航空航天工业空气动力学风洞试验技术领域，具体涉及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。

背景技术

目前，级间分离问题的试验研究方法主要有以下三种：(1)采用网格测力试验技术，在预先给定的相对位置点阵和相对姿态条件下进行模型气动力测量，在前级模型干扰流场中获取后级模型的气动力系数。然后建立飞行器前、后级的动力学和运动学模型，利用插值手段获取气动力作为输入，在给定初始状态条件下求解运动学参数，仿真获得分离轨迹，确定级间分离特性。此方法属于间接方法，所需的试验矩阵大，试验工作量大，试验费用高。另外，求解过程需要对气动力进行插值，因而级间分离特性预计误差依赖于数据点阵密度。(2)在风洞流场中固定飞行器前级模型，通过CTS试验装置模拟飞行器后级的相对运动来进行级间分离试验，该方法可以直接获得分离轨迹，但是，通常CTS试验装置只有一套运动机构，只能模拟级间分离中的某一级(后级)的相对运动，无法模拟飞行器前、后两级均有姿态变化的分离工况。另外，CTS一般将运动机构及其驱动装置置于流场中，带来两个问题，一是对流场干扰大；二是难以承受超声速高马赫数风洞启动、关车时的冲击载荷，试验的M数范围受限。(3)采用动力投放技术，利用驱动力将后级模型投放于风洞流场，采用摄像系统获得后级模型的运动影像，识别级间分离特性。该方法需要模拟质量分布，模型研制难度大，模型投放后容易损坏。另外分离特性识别基于图像数据，辨识精度受限。

发明内容

本发明的目的是提供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，通过四个自由度运动参数解决飞行器前后、级铅垂面内分离运动的完备模拟问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于两套运动机构的级间分离风洞试验装置，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。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，所述上支臂的主干部分后倾，截面沿高度方向线性收敛。

在上述技术方案中，所述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，所述电机输出通过丝杆和连接机构连接到支臂。

在上述技术方案中，其试验方法包括如下步骤：

步骤一：系统连接与风洞启动

前、后级模型与两套运动机构连接，检查连接逻辑和物理关系，上电、启动、自检。