[发明专利]一种两级入轨飞行器水平级间分离风洞实验组合结构

权利要求书

1.一种基于两级入轨飞行器水平级间分离风洞实验组合结构的实验方法，包括助推级飞行器模型和轨道级飞行器模型，其特征在于，所述助推级飞行器模型的顶部设置有安装所述轨道级飞行器模型的水平导轨，且所述水平导轨使所述助推级飞行器模型和轨道级飞行器模型的质心位于同一法线方向上；所述助推级飞行器模型的尾部设置有杆式应变天平，且所述杆式应变天平的连接锥连接所述助推级飞行器模型；所述杆式应变天平通过应变支架安装有气缸组件，且所述气缸组件的活塞推杆接触连接所述轨道级飞行器模型；

所述轨道级飞行器模型的背部表面设置有多个圆盘电磁铁以及电性连接所述圆盘电磁铁的电磁控制系统，且多个所述圆盘电磁铁对称分布在水平轨道两侧的所述轨道级飞行器模型表面上；

所述助推级飞行器模型和所述轨道级飞行器模型之间由多个所述圆盘电磁铁与所述助推级飞行器模型表面的电磁吸附作用而产生的静摩擦力与所述气缸组件施加在所述轨道级飞行器模型上的推力相平衡；

所述水平导轨靠近所述气缸组件的端部设置有定位块；

其特征在于，所述实验方法包括具体步骤：

步骤100、将轨道级飞行器模型安装在水平导轨中，且通过定位块对轨道级飞行器模型在水平导轨中的位置进行定位，电磁控制系统控制圆盘电磁铁工作使轨道级飞行器模型和助推级飞行器模型之间产生静摩擦力，再将轨道级飞行器模型的尾部与气缸组件的活塞推杆的端部接触连接；

步骤200、通过静摩擦力的换算设定气缸组件对于轨道级飞行器模型的初始推射作用力，气缸组件通过活塞推杆将初始推射作用力施加在轨道级飞行器模型上；

步骤300、设定气缸组件的活塞推杆不超过水平导轨长度的行程，使轨道级飞行器模型在水平导轨中实现与活塞推杆接触的直线移动和脱离活塞推杆后的直线移动的两个运动状态；

步骤400、在实验风洞工作时，电磁控制系统使所述圆盘电磁铁断电，使轨道级飞行器模型失去圆盘电磁铁的电磁吸附用作而对轨道级飞行器模型产生的水平方向的作用力的制约，气缸组件通过活塞推杆对轨道级飞行模型的尾部施加初始推射作用力，使轨道级飞行器模型推射弹出，完成步骤300中轨道级飞行器在水平导轨中的两个直线运动状态；

步骤500、通过在轨道级飞行器模型中设置安装PCB三自由度加速度计传感器和姿态传感器，测量轨道级运动气动载荷和姿态参数，并且通过杆式应变天平采集应变支架的作用力以及助推级飞行器模型和轨道级飞行器模型之间分离作用力数据。

2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述轨道级飞行器模型的背部设置有多个滑轮，所述滑轮嵌入所述水平导轨中与所述水平导轨滚动连接，且多个所述滑轮处于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于，所述助推级飞行器模型的上表面与轨道级飞行器模型的下表面无间隙贴合。

4.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，轨道级飞行器模型在水平导轨中实现与活塞推杆接触的直线移动和脱离活塞推杆后的直线移动的两个运动状态具体包括：

活塞推杆接触的直线移动：轨道级飞行器模型在活塞推杆作用下，沿着水平导轨在活塞推杆的行程中作近似匀加速直线运动；

脱离活塞推杆后的直线移动：轨道级飞行器模型脱离活塞推杆作近似匀减速直线运动，轨道级飞行器模型脱离助推级飞行器模型的头部在风洞的气动力作用下作自由运动。

5.根据权利要求4所述的实验方法，其特征在于，在步骤300中，还包括助推级飞行器模型和轨道级飞行器模型之间完成级间分离的轨道级飞行器模型运动速度理论参考值v的计算，具体包括：

设定所述的气缸活塞推杆行程为s，轨道级飞行器模型从定位块所在的初始位置运动到刚好脱离助推级头部前缘的运动距离为x，轨道级飞行器模型的质量为m，轨道级飞行器模型所受到的阻力为f；

气缸组件通过活塞推杆施加的初始推射作用力F与气缸直径的关系式为：

F＝P*D*D*π/4；

分离运动时间T与变量参数的关系：

级间分离时轨道级飞行器模型的运动速度理论参考值v：

其中，D为气缸组件的气缸直径；P为气缸组件的气缸充气压力。

6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于，其中，根据气缸直径D以及充气压力P确定轨道级飞行器模型和助推级飞行器模型的级间分离时间T，或者根据设定级间分离时间T确定气缸活塞推杆推力F，进而选择气缸直径D和气缸充气压力P。