[發(fā)明專利]遠(yuǎn)程舵控的風(fēng)洞自由飛試驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010350538.0
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111855131B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李廣良;張江;陳農(nóng);董金剛;秦永明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.遠(yuǎn)程舵控的風(fēng)洞自由飛試驗裝置，其特征在于包括載機(jī)模型，天平支桿系統(tǒng)、載機(jī)尾支撐、導(dǎo)彈模型、防沖擊裝置和攔阻網(wǎng)；

載機(jī)尾支撐通過天平支桿系統(tǒng)與所述載機(jī)模型相固連，并驅(qū)動載機(jī)模型實現(xiàn)俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航姿態(tài)變化；

所述的防沖擊裝置用于保護(hù)載機(jī)模型和導(dǎo)彈模型在風(fēng)洞吹風(fēng)啟動時免受沖擊，并在風(fēng)洞氣流穩(wěn)定后撤出；

載機(jī)尾支撐用于改變載機(jī)模型和導(dǎo)彈模型的試驗位姿；導(dǎo)彈模型脫離載機(jī)模型后，導(dǎo)彈模型上的各舵面在外部指令控制下沿模型主體軸線、舵軸及其垂直方向進(jìn)行實時角度偏轉(zhuǎn)；同時測量裝置對導(dǎo)彈模型在流場中的運(yùn)動進(jìn)行實時同步測量；天平支桿系統(tǒng)用于對載機(jī)模型進(jìn)行實時氣動特性測量；

所述的攔阻網(wǎng)用于防止導(dǎo)彈模型在自由運(yùn)動后期與風(fēng)洞洞壁進(jìn)行碰撞；

所述的導(dǎo)彈模型內(nèi)腔安裝數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、自動舵控裝置、滾轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和電源數(shù)控系統(tǒng)；

數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)獲取來自風(fēng)洞外的實時控制反饋信號，并傳輸給電源數(shù)控系統(tǒng)；

電源數(shù)控系統(tǒng)控制滾轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動各舵面沿導(dǎo)彈模型主體軸線進(jìn)行實時角度偏轉(zhuǎn)，控制自動舵控裝置驅(qū)動導(dǎo)彈模型各舵面沿舵軸及其垂直方向進(jìn)行實時角度偏轉(zhuǎn)；

所述的自動舵控裝置包括舵機(jī)主體、舵面偏轉(zhuǎn)單元和舵片；舵面偏轉(zhuǎn)單元關(guān)于舵機(jī)主體呈環(huán)形分布，其布置數(shù)量和方式根據(jù)所述導(dǎo)彈模型的舵面數(shù)量和布局形式?jīng)Q定；所述的舵面偏轉(zhuǎn)單元包括電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、彈簧、螺桿、螺母、離合裝置、蝸桿、蝸輪、連桿、滑塊、限位銷和鎖銷，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)螺桿，進(jìn)而推動螺母做直線運(yùn)動，連桿兩端分別與滑塊與螺母鉸接，與滑塊套合的舵片在連桿的作用下沿舵片和舵軸的垂直方向進(jìn)行角度偏轉(zhuǎn)直至指定角度后，鎖銷將舵片和蝸輪進(jìn)行固連，螺母在彈簧的作用下脫離螺桿的作用，并推動離合裝置將螺桿和蝸桿進(jìn)行固定，隨著電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪和舵片沿舵軸方向進(jìn)行角度偏轉(zhuǎn)，限位銷對角度偏轉(zhuǎn)范圍進(jìn)行限制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、自動舵控裝置、滾轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和電源數(shù)控系統(tǒng)在導(dǎo)彈模型內(nèi)腔中的位置、重量、慣性矩特征參照真實導(dǎo)彈特性，滿足試驗所需的氣動相似準(zhǔn)則和動力相似準(zhǔn)則。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，在螺母脫離螺桿的旋轉(zhuǎn)推動作用后，能抑制螺桿反向旋轉(zhuǎn)時對螺母的反向旋轉(zhuǎn)推動，并通過螺母的擠壓讓離合裝置始終保持閉合狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：蝸桿和蝸輪傳動具有自鎖功能，在離合裝置未將螺桿和蝸桿固定前，蝸桿固定不動，對蝸輪自鎖固定，保證舵片沿舵軸方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而對螺母進(jìn)行直線導(dǎo)向。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：通過控制電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的輸出動力軸軸線與舵面的旋轉(zhuǎn)軸線的最短距離偏離蝸輪蝸桿中心距±0.01mm以內(nèi)，使得旋轉(zhuǎn)回程間隙在3′以內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述的防沖擊裝置包括有電機(jī)組合系統(tǒng)、防沖擊基座、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、直線導(dǎo)軌和錐塊，電機(jī)組合系統(tǒng)固定在防沖擊基座上，驅(qū)動蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，并通過齒輪齒條將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥本€導(dǎo)軌導(dǎo)向下錐塊的直線運(yùn)動。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：所述的錐塊垂直來流方向的寬度大于導(dǎo)彈模型的最大寬度，對來流進(jìn)行分流導(dǎo)向作用，其伸入風(fēng)洞內(nèi)相對氣流方向的垂直長度能覆蓋并保護(hù)載機(jī)模型和導(dǎo)彈模型免受啟動氣流沖擊。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：在舵軸處設(shè)置折斷缺口保證舵片與硬物碰撞時折斷來保護(hù)自動舵控裝置的安全。

9.遠(yuǎn)程舵控的風(fēng)洞自由飛試驗方法，其特征在于步驟如下：

(1)將權(quán)利要求1所述的裝置安裝在風(fēng)洞中，控制防沖擊裝置保護(hù)載機(jī)模型和導(dǎo)彈模型；

(2)設(shè)置吹風(fēng)氣流馬赫數(shù)值，風(fēng)洞吹風(fēng)啟動后，氣流穩(wěn)定在所設(shè)馬赫數(shù)值后，撤回防沖擊裝置的防護(hù)，通過載機(jī)尾支撐改變載機(jī)模型和導(dǎo)彈模型的試驗位姿，隨后釋放導(dǎo)彈模型脫離載機(jī)模型，并對導(dǎo)彈模型在流場中的運(yùn)動進(jìn)行實時測量，通過天平支桿系統(tǒng)對載機(jī)模型進(jìn)行實時氣動特性測量；

(3)導(dǎo)彈模型在氣流中進(jìn)行自由運(yùn)動過程中，導(dǎo)彈模型上的各舵面在外部指令控制下沿模型主體軸線、舵軸及其垂直方向進(jìn)行實時角度偏轉(zhuǎn)；

導(dǎo)彈模型各舵面位姿變化與導(dǎo)彈模型在流場中的運(yùn)動測量進(jìn)行同步，進(jìn)而獲取舵面位姿變化下導(dǎo)彈模型的實時運(yùn)動位姿，進(jìn)而實時獲得不同馬赫數(shù)下載機(jī)模型不同位姿下的氣動受力情況，并獲取在載機(jī)模型不同位姿下導(dǎo)彈模型在不同舵偏狀態(tài)下的自由運(yùn)動姿態(tài)和動態(tài)運(yùn)動特性；

(4)測量結(jié)束后，載機(jī)模型在載機(jī)尾支撐的驅(qū)動控制下回到零攻角狀態(tài)，停止風(fēng)洞吹風(fēng)，完成試驗。