[發明專利]一種基于兩套運動機構的級間分離風洞試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 201811212433.8
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109297666B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 錢豐學;高鵬;張新明;劉奇;郭鵬;王元靖;暢利俠;王紅彪;易國慶
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 李欽

1.一種基于兩套運動機構的級間分離風洞試驗裝置，其特征在于包括飛行器前級模型運動機構和飛行器后級模型運動機構，

所述飛行器前級模型運動機構包括設置在風洞壁板外的上驅動機構和設置在風洞壁板內的前級模型，前級模型通過前級天平連接到上支臂，上支臂通過上機構穿出風洞壁板連接到上驅動機構；

所述飛行器后級模型運動機構包括設置在風洞壁板外的下驅動機構和設置在風洞壁板內的后級模型，后級模型通過后級天平和天平支桿連接到下支臂，下支臂通過下機構穿出風洞壁板連接到下驅動機構；

所述上驅動機構和下驅動機構分別連接到控制器，控制器獨立控制兩個驅動機構，實現前、后級模型分離姿態的同步模擬，

上驅動機構和下驅動機構分別包括有驅動器和由驅動器控制的電機，所述上驅動機構的電機輸出通過絲桿和上機構連接到上支臂、所述下驅動機構的電機輸出通過絲桿和下機構連接到下支臂。

2.根據權利要求1所述的一種基于兩套運動機構的級間分離風洞試驗裝置，其特征在于所述上支臂為倒Z型葉片支臂，一端連接到前級天平的后錐上，前級天平與前級模型連接。

3.根據權利要求2所述的一種基于兩套運動機構的級間分離風洞試驗裝置，其特征在于所述上支臂的主干部分后傾，截面沿高度方向線性收斂。

4.根據權利要求1所述的一種基于兩套運動機構的級間分離風洞試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：系統連接與風洞啟動，前、后級模型與兩套系統連接，檢查連接邏輯和物理關系，上電、啟動、自檢，準備參數，包括前、后級風洞試驗模型氣動力試驗參數，預置前、后級模型風洞啟動關車姿態和位置，啟動風洞建立穩定流場，前級模型調節到分離過程的初始姿態，后級模型調節到初始姿態和初始位置，賦予時間變量計數為初始時刻；

步驟二：測量前、后級模型氣動力，模型到達給定的姿態和位置，判斷流場穩定后，通過前級天平測量前級模型氣動載荷，后級天平測量后級模型氣動載荷，并采用風洞常規測力試驗數據處理方法作測量數據修正、無量綱化處理，獲得前級模型氣動力系數、后級模型氣動力系數，再與各自模型相同狀態自由流試驗結果進行比較，獲得級間分離過程中前、后級模型上的干擾氣動力、和力矩系數；

步驟三：飛行器前、后級實物的運動參數計算，依據當前時刻飛行條件，以及前、后級實物的氣動力模型、大氣模型、推力模型和重力模型，計算作用于飛行器前、后級實物上的體軸系氣動力、體軸系推力、體軸系重力，獲得飛行器前級上的合力和合力矩，以及后級實物上的合力和合力矩，然后，依據飛行器前級實物體軸系動力學方程和運動學方程，求解下一時刻前級實物體軸系線速度、角速度、俯仰角和質心在地面坐標系的位置，同樣求得后級實物體軸系線速度、角速度、俯仰角和質心在地面坐標系的位置；

步驟四：依據步驟三的計算結果，判斷下一時刻飛行器前后級是否出現分離失敗故障或者是否滿足安全分離條件，若是則轉向步驟八，否則轉向步驟五；

步驟五：飛行器前、后級實物姿態和位置變化量計算，首先，由飛行器前級體軸系速度關系，求得下一時刻飛行器前級實物迎角，由飛行器前級速度、地面坐標系和后級體軸系之間的關系，求得下一時刻飛行器后級實物相對于前級速度的迎角，由后級實物質心相對前級實物航跡坐標系的位置關系，求出下一時刻后級實物相對前級實物航跡坐標系的位置，然后，通過當前時刻與下一時刻參數對比，獲得從當前時刻狀態過渡到下一時刻狀態的變化量；

步驟六：飛行器前、后級模型的姿態和位置調節量計算，由風洞試驗與飛行相似原則，得到從當前時刻到下一時刻，風洞中飛行器前級模型姿態調節量，飛行器后級模型姿態調節量，飛行器后級模型總平動向量；

步驟七：飛行器前、后級模型的姿態和位置調節，依據上面步驟獲得的前、后級模型姿態變化量和后級模型總平動向量，由控制機向上驅動器發出姿態調節命令，通過前級模型運動系統將前級模型的姿態變換到下一時刻的目標值；向下驅動器發出姿態和位置調節命令，通過后級模型運動系統將后級模型的姿態和位置變換到下一時刻的目標值，將下一時刻賦予當前時間變量，轉向步驟二進入級間分離過程中的新時刻點繼續試驗；

步驟八：輸出試驗結果，將后級模型位置調節到預設的風洞啟動關車位置，將前、后級模型姿態置零，然后向風洞測控系統發出關車指令，終止試驗。