[發明專利]風洞投放模型試驗中彈簧壓縮長度確定方法

在審

• 申請號: 202011481613.3
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112649175A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 蔣增輝;董壘;魯偉;王譽超;宋威;薛飛;秦煜
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08;G01M9/04
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

本發明提出了一種風洞投放模型試驗中彈簧壓縮長度確定方法，包括：計算投放物模型的初始投放動能以及彈簧當量動能；確定所述彈簧需要提供的總動能；基于所述彈簧需要提供的總動能計算彈簧的變形量，確定彈簧壓縮長度。本發明的特點是彈簧參數的確定加入了彈簧自身消耗動能，可以滿足在彈簧質量不可忽略情況下的風洞投放試驗模型試驗要求，獲得包括壓縮長度在內的彈簧參數，從而確保風洞投放模型試驗中投放物模型獲得試驗所要求的投放分離初速度，避免出現以往的彈簧設計方法，在彈簧質量不可忽略情況下，設計的彈簧參數使得投放物模型獲得投放分離初速度明顯不能滿足試驗要求的情況。

技術領域

本發明屬于飛行器多體分離技術領域，涉及風洞試驗研究技術，具體地涉及彈簧質量不可忽略情況下的風洞投放試驗模型分離參數確定方法。

背景技術

風洞投放模型試驗作為研究多體分離問題的一種有效手段，在飛行器多體分離問題的研究中得到了較多的應用，其可覆蓋各種多體分離問題的研究，如飛機外掛物投放、內埋武器投放分離、子母彈拋撒以及頭罩/殼片分離等諸多多體分離問題，馬赫數范圍也涵蓋了從低速到亞、跨、超，直至高超聲速。作為一種非定常風洞試驗手段，其對相似準則的嚴格要求，尤其是動力相似的嚴格要求，使得風洞投放模型試驗技術能夠較好的實現對分離瞬間瞬態氣動力的模擬，進而實現對多體分離過程的相似模擬，保證試驗結果與真實飛行取得相似。

投放分離參數的模擬問題是高速風洞投放模型試驗的一個較為關鍵的問題，只有對投放分離參數作正確的相似模擬，才能確保模型投放軌跡與實物投放軌跡相似。由于試驗所要模擬的是投放后物體的運動規律，因此只需通過對投放力所做的功進行相似模擬即可實現對投放物運動規律的模擬。投放分離參數(投放初速度、初角速度)的相似模擬，通常可通過采用彈簧或氣缸提供的投放作用力來實現，而投放作用力的地實現，又是通過設計彈簧或者氣缸的相關參數來實現，對于彈簧來說，就是設計彈簧剛度和壓縮長度，對于氣缸來說，則是設計活塞桿橫截面積和氣源的壓強。

彈簧與氣缸對于投放分離參數的模擬有個明顯的區別，就是由于彈簧參數設計好以后，其最大應變能基本固定，如再以達到彈簧壓縮極限的情況下投放物模型分離速度仍然不夠的話，就需要重新設計彈簧來實現投放物模型的分離速度，從而增加試驗周期和成本；而氣缸通常可以通過調節氣源壓強來調節投放物模型的分離速度，因此采用彈簧提供投放分離力的情況，就需要對彈簧參數作準確設計。

受母彈內部空間限制以及其他一些因素的影響，有些投放試驗只能采用彈簧作為投放分離力的來源。通常情況下，由于投放物模型質量遠大于彈簧質量，因此在彈簧由壓縮狀態逐漸開張并將投放物模型逐漸加速投放分離過程中，彈簧自身消耗的動能與彈簧應變能相比是個極小量，對投放物模型最后獲得的動能和速度影響可以忽略不計，因此，通常情況下的風洞投放試驗中分離彈簧的設計均對其自身消耗動能不予考慮。

但對于某些較為特殊的情況，如拋撒大量動能塊和導彈殼片的情況來說，由于被拋物體積和質量與母彈相比要小得多，因此在縮比風洞投放試驗中，這類拋撒投放物通常體積和質量都很小，很多情況下其質量跟提供投放分離力的彈簧質量相差已不是很懸殊。此時彈簧自身在恢復原長時消耗的動能已經占到了彈簧應變能的較大比例，此時若還是按照傳統的彈簧設計方法，將使投放物模型獲得動能明顯小于試驗所要求的動能，進而造成投放物模型獲得投放分離初速度明顯小于試驗要求的速度，從而造成試驗結果失真。

基于此，本文提出一種考慮加入彈簧自身消耗動能的風洞投放模型試驗彈簧參數確定方法，以滿足在彈簧質量不可忽略情況下的風洞投放試驗模型試驗要求。

發明內容

本發明提供一種考慮加入彈簧自身消耗動能的風洞投放模型試驗彈簧參數確定方法，以確保在投放分離彈簧質量不可忽略的情況下，通過獲得彈簧從壓縮狀態開始開張至完全恢復原長過程中的當量動能表達式獲得其實際當量質量與彈簧質量的關系，再根據投放物模型的投放分離初動能與彈簧當量動能之和獲得彈簧需要提供的總能量(也即總功)，進而根據彈簧應變能的表達式，獲得包括壓縮長度在內的彈簧參數，從而確保風洞投放模型試驗中投放物模型獲得試驗所要求的投放分離初速度。