[发明专利]用于旋转弹箭模型风洞动态试验的支撑装置和试验系统

说明书

本申请公开了用于旋转弹箭模型风洞动态试验的支撑装置和试验系统。其中，支撑装置包括测力天平、前轴承或旋转电机、前支撑件、后轴承、后支撑件和牵引组件。测力天平分别与模型前部和模型后部固接；前轴承内圈与测力天平固接，前轴承外圈与前支撑件固接；后轴承内圈与后支撑件固接、外圈与模型后部固接；牵引组件通过至少六根牵引索牵拉前支撑件和后支撑件，以约束旋转弹箭模型除滚转外的其他五个自由度。试验系统除上述支撑装置外，还包括航姿仪、收放索控制装置和数据采集和处理装置。采用上述技术方案，能够为实现模拟旋转弹箭的自转、进动和章动的耦合运动提供支撑基础并进而方便动态试验，同时还具有支撑干扰小、刚度高的特点。

技术领域

本申请涉及导弹或火箭风洞试验领域，具体涉及用于旋转弹箭模型风洞动态试验的支撑装置和试验系统。

背景技术

旋转弹箭在空中飞行时角运动呈现三种形式，既有绕弹体纵轴线的自转，同时也有弹体纵轴绕速度矢量轴的旋转运动，即进动，以及弹体纵轴绕空间某轴的旋转运动，即章动。旋转弹箭在飞行中，弹体姿态在进动、章动和自转三个运动耦合作用下快速变换，此时的偏航角速率和俯仰角速率呈现不规则的振荡形式。这些旋转运动可能会导致弹体发生陀螺不稳定、马格努斯不稳定、耦合共振、灾难性偏航以及大角度章动等诸多不稳定现象。这不仅影响弹箭武器的射程和命中精度，严重时还可能会使弹体结构毁坏从而导致飞行失败。这些现象均与旋转弹箭的非定常空气动力学特性、非线性飞行动力学特性和飞行控制特性及其耦合密切相关。在风洞试验中模拟旋转弹箭角运动并测量其运动过程中非定常气动力，是旋转弹箭动态气动特性研究的主要手段。因此，发展可以复现旋转弹箭在高旋转、高过载和高速度下的高动态运动与气动耦合特性的新型风洞试验模型支撑技术，尤其需具备支撑干扰小、刚度高的特点，又可以同时完成多种动态试验的支撑技术，对摸清炮弹章动特性、锥形运动稳定性和动态气动特性等具有重要现实意义，也是国家增强国防力量的需求。

现有的旋转弹箭角运动模拟试验装置主要有串联的杆件硬式支撑(CN109540452A)，这种悬臂梁支撑方式刚度较弱，在动态试验中容易产生振动，造成气动导数测量失真。通常，这种硬式尾支撑方式中，模型内部安装测力天平和设计轴承结构，使得旋转弹或旋转尾翼可以自由旋转，现有的旋转弹箭的强迫旋转试验装置(CN 204495534 U)和测力试验装置(CN105527068 A)，可以部分地模拟旋转弹箭飞行时的旋转效应，但转速难以真实模拟或转速随攻角变化而变化即转速不稳定。现有的用于旋转弹箭模型的张线支撑主要是采用套环固定于模型上并用张线支撑起来，具有对空气流场干扰小的优势且能强迫旋转控制，但无法实现旋转弹箭多自由度复杂的角运动，特别是梅花线运动轨迹，而且采用张线支撑方式，模型的运动范围不大。现有的绳牵引并联支撑方式(CN104132795 B)主要用于飞机模型的六自由度运动主动控制，若旋转弹箭模型采用这种支撑方式就不能释放模型的滚转自由度，而且旋转弹箭模型的运动轨迹是自转、进动与章动三种运动形式按某种复杂规律组合形成的梅花线和螺旋线，这个轨迹不是简单的由三个平移和三个转动的六自由度运动能实现的。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供用于旋转弹箭模型风洞动态试验的支撑装置和试验系统，能够为实现模拟旋转弹箭的自转、进动和章动的耦合运动提供支撑基础并进而方便动态试验，同时还具有支撑干扰小、刚度高的特点。

为达成上述目的，采用如下技术方案：