CN104568370A - 超声速着陆器快速开伞风洞试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声速着陆器快速开伞试验装置。包括着陆器模型、支架和开伞机构，着陆器模型包括后盖和前盖，两者通过螺栓连接，前盖后部中间位置具有一块凸起，后盖后部中间位置具有一通孔，开伞机构包括两条高压气管路、传动机构和拔销汽缸，支架用于将着陆器模型固定在风洞中，并且将开伞机构支撑在着陆器模型内，从而在传动机构与前盖之间形成密闭空腔，并且通过传动机构与后盖在圆柱形空间处形成有后部开口的空间，用于放置折叠好的伞，伞拴系在后盖上，一条高压气管路向密闭空腔内充入高压气体，另一条高压气管路用于控制拔销汽缸，拔销汽缸安装在后盖上。本发明响应快速、稳定可靠，保证试验过程与真实过程更加相似的模拟。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验模型支撑及投放，尤其涉及一种超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，属于航空航天工程领域。
背景技术
超声速着陆器在飞行时具有不稳定的特性，为了避开这一段飞行速度，要求着陆器开伞时要处于失稳马赫数之前更高的飞行速度。使用风洞试验技术模拟此时超声速状态的开伞情况，常规的试验方法是将伞拖在缩比的模型后方，直接吹风试验，或者是将伞事先绑在一根圆柱棒上，圆柱棒穿过伞的中心孔，由另一单独的模型支杆固定在风洞洞壁上，试验开始时将伞上的捆绑约束解除，但圆棒始终穿过伞的中心孔。
现有的超声速着陆器开伞试验装置具有如下问题：
(1)试验前伞体暴露在流场中，与真实情况不符。试验开始前降落伞裸露在流场里，或直接暴露，或绑在后方的圆柱棒上，这些都不是着陆器开伞前实际的情况，试验结果的可信度大大降低；
(2)模型受到过多约束。在模型中心孔加上圆柱棒定位，可以减小试验难点，但也增加了过多的约束，使得试验观察不到伞体自然的展开情况，无法真实的研究伞体的失稳情况。这同样降低了试验结果的可信度；
(3)模型干扰较多。无论是上下支杆或在模型尾部添加降落伞中心孔尾支杆，都会增加额外的流场干扰；
(4)为了更好地观查开伞时的流场特性，有些试验将伞模型做成刚性的，这使得试验非常简单，但刚性伞也无法研究伞体的打开过程。
本发明在总结了前人试验技术及试验装置特点的基础上，提出了改进型试验机构。此试验装置不仅试验前能够将伞体藏在模型内部，更能在试验开始时快速将伞体抛出，与真实抛伞、开伞过程相同。且模型无多余支撑，不存在多余约束及干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在超声速条件下从着陆器模型内部将降落伞弹射到流场中，在气流作用下打开，研究伞在打开过程中的姿态变化及其动态特性。
为了达到上述功能，本发明超声速着陆器快速开伞风洞试验装置包括着陆器模型、支架和开伞机构，所述着陆器模型包括后盖和前盖，两者通过螺栓连接形成外形与着陆器相同的模型，所述前盖后部中间位置具有一块凸起，所述后盖后部中间位置具有一通孔，形成圆柱形空间，所述开伞机构包括两条高压气管路、传动机构和拔销汽缸，所述支架用于将所述着陆器模型固定在风洞中，并且将所述开伞机构支撑在所述着陆器模型内，从而在所述传动机构与所述前盖之间形成密闭空腔，并且通过所述传动机构与所述后盖在所述圆柱形空间处形成有后部开口的空间，用于放置折叠好的伞，所述伞拴系在所述后盖上，一条所述高压气管路向所述密闭空腔内充入高压气体，另一条高压气管路用于控制所述拔销汽缸，所述拔销汽缸安装在所述后盖上，在没有进行试验时将所述传动机构锁死，当进行试验时，所述拔销汽缸进行解锁，从而使所述传动机构在所述密闭空腔中的高压气体的作用下，向后运动，以将所述伞从其放置空间推出。
优选所述支架包括左支板和右支板，所述左支板包括板状立壁和圆柱筒状的支撑筒，所述立壁连接在所述支撑筒的正下方，所述支撑筒的前端开口，并且前端壁上带有法兰，用于与所述前盖连接，两者之间安装有密封圈，所述支撑桶与法兰之间的侧壁上有接通高压气的螺纹孔，所述支撑筒的后端具有筒底壁，在所述筒底壁上具有中通孔，所述立壁上具有两条截面为半圆的凹槽，并且设置有多个螺栓孔，所述右支板为与所述立壁相配合的板状结构，在与所述立壁相对应的位置具有同样的两条凹槽和螺栓孔，左支板和右支板相配合形成两条所述高压气管的配置通道，并能够通过螺栓将所述着陆器模型固定在风洞中。
优选所述传动机构包括推杆与推块，所述推杆包括圆盘状部分和位于圆盘状部分后部中轴线的杆状部分，所述推杆配置在所述支撑筒中，能够在所述支撑筒中作活塞运动，在运动的最小行程处，所述前盖的凸台顶在所述圆盘状部分的前表面，所述杆状部分穿过所述支撑筒底壁的中通孔与配置于所述支撑筒后部的所述推块螺纹连接，所述推块为圆板状，配置于所述后盖的中通孔中，能够在所述中通孔内做活塞运动，所述推块后端形成有圆环形凸台。
优选所述拔销气缸紧贴所述支架的后壁安装在所述后盖上，不进行试验时，所述拔销气缸的内芯压紧在所述推块的凸台斜边上。
优选所述支架后壁为倾斜面，其与铅垂线夹角约为13°，所述拔销气缸的安装角度与之相同，所述推块的凸台斜边与竖直面的夹角也与之相同，从而使所述凸台斜边与所述拔销气缸内芯配合角度为0°。
优选所述后盖后部中通孔的周壁上设置有多个挂耳，所述伞的伞绳拴系在所述挂耳上。
优选所述推杆的杆状部分上设置有平台，所述支撑筒的筒底壁上的中通孔内壁上具有与所述推杆上的平台后相配合的平台，用以防止所述推杆转动。
该试验装置可实现人工远程控制触发，响应快速可靠。
与国内外现有试验技术相比，本试验装置真正的实现了超声速条件下的开伞，此试验装置具有以下优点：
(1)装置消除了降落伞受到的过多约束，使伞体可以自由展开；
(2)试验前伞体藏于着陆器内部，试验开始时突然弹出，弹出展开过程与真实情况完全相同，实现了百分百试验模拟；
(3)试验装置只有一个支杆，减少了外界干扰；
(4)充分利用了着陆器的内部空间，为模型测力打下基础；
(5)伞体弹出响应快，试验操作简单可靠。
附图说明
图1为各部件安装顺序图；
图2为装置正视全剖视图；
图3为装置三视图全剖图；
图4为装置内部主要部件示意图；
图5为推块与拔销活塞关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。
本文中规定顺着气流方向为后方，逆着气流方向为前方，面向风洞来流，左侧为左，右侧为右。
参见图1、图2、图3和图4所示，后盖4和前盖5通过螺栓连接形成外形与着陆器相同的模型，推杆1具有圆盘状和杆状两部分，在推杆1上有平台1-1，左支板2包括板状立壁和圆柱筒状的支撑筒两部分，立壁连接在支撑筒的正下方，支撑筒的前端开口，前端壁上带有法兰，用于与前盖4连接，支撑筒的后端具有筒底壁，在筒底壁上具有中通孔，左支板2与推杆相配合的地方有对应的平台。平台1-1的作用是防止推杆1在左支板2空腔内作活塞运动时产生转动。立壁挖有两个截面为半圆的凹槽2-1和2-2，并设有多个螺栓孔，右支板7为与立壁相配合的板状结构，并在与立壁相对应的位置具有同样的两条凹槽和螺栓孔，左支板和右支板相配合形成两条高压气管的配置通道，2-1接拔销气缸6，2-2接接头12。并能够通过螺栓将着陆器模型固定在风洞中。
试验开始时先用左右支板2、7将两根高压气管路夹住，用螺栓将左右支板固定拧紧，再将其固定在风洞支架上。将推杆1装入到左支板2空腔后，将推块3安装在推杆1上，推块3与推杆1通过螺纹连接。推块3为圆板状，配置于后盖5后部的中通孔中，能够在中通孔内做活塞运动，推块5后端形成有圆环形凸台。
左支板2后壁为倾斜面，其与铅垂线夹角13°，拔销活塞6安装在后盖5上，并且紧贴左支板2后壁。所以拔销气缸6与装置轴线有一定夹角，为了更好的符合力学原理，推块3上设计有圆环形斜凸台3-1，这样可以减小推块3对拔销气缸6内芯的剪切力矩。拔销气缸6的内芯与推块3后部的凸台斜面夹角为0度，内芯与垂直面夹角约为13°(如图5)。
左支板2上带有法兰2-3，法兰2-3上有螺栓孔。使用螺栓9将前盖4与左支板2固定在一起。前盖4的中间有一块凸起4-1，凸起4-1的作用是定位推杆的位置，防止推杆过分靠近前盖而堵塞高压气管路口12。图3中有一凹槽4-2，4-2的作用的为安装高压管路接头12留下扳手空间。左支板2和前盖4之间有密封圈8密封，这样可以更好的保证推杆有足够的推力，防止泄气。使用螺栓10将后盖5与前盖4固定在一起，形成着陆器外形。后盖5后部中间位置具有一通孔，形成圆柱形空间13，推块5配合空间13，形成活塞接触，后盖5与推块3之间的空间13用来存储叠好的降落伞，挂耳5.1用来拴住降落伞的伞绳。
固定好所有组件后，将推块3推至最里端，抽出拔销气缸6的内芯将推块3卡住。高压气管路12充气后便可锁住机构。将降落伞折叠好，放入空间13中。试验开始、流场稳定后，触发拔销气缸6拔出内芯。此时在高压气体的作用下将推杆1推出，推杆1推动推块3将伞体弹出着陆器。降落伞在气流作用下自由展开。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。
Claims (7)
1.一种超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：包括着陆器模型、支架和开伞机构，所述着陆器模型包括后盖和前盖，两者通过螺栓连接形成外形与着陆器相同的模型，所述前盖后部中间位置具有一块凸起，所述后盖后部中间位置具有一通孔，形成圆柱形空间，所述开伞机构包括两条高压气管路、传动机构和拔销汽缸，所述支架用于将所述着陆器模型固定在风洞中，并且将所述开伞机构支撑在所述着陆器模型内，从而在所述传动机构与所述前盖之间形成密闭空腔，并且通过所述传动机构与所述后盖在所述圆柱形空间处形成有后部开口的空间，用于放置折叠好的伞，所述伞拴系在所述后盖上，一条所述高压气管路向所述密闭空腔内充入高压气体，另一条所述高压气管路用于控制所述拔销汽缸，所述拔销汽缸安装在所述后盖上，在没有进行试验时将所述传动机构锁死，当进行试验时，所述拔销汽缸进行解锁，从而使所述传动机构在所述密闭空腔中的高压气体的作用下，向后运动，以将所述伞从其放置空间推出。
2.根据权利要求书1所述的超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述支架包括左支板和右支板，所述左支板包括板状立壁和圆柱筒状的支撑筒，所述立壁连接在所述支撑筒的正下方，所述支撑筒的前端开口，并且前端壁上带有法兰，用于与所述前盖连接，两者之间安装有密封圈，所述支撑筒与法兰之间的侧壁上有接通高压气的螺纹孔，所述支撑筒的后端具有筒底壁，在所述筒底壁上具有中通孔，所述立壁上具有两条截面为半圆的凹槽，并且设置有多个螺栓孔，所述右支板为与所述立壁相配合的板状结构，在与所述立壁相对应的位置具有同样的两条凹槽和螺栓孔，左支板和右支板相配合形成两条所述高压气管的配置通道，并能够通过螺栓将所述着陆器模型固定在风洞中。
3.根据权利要求书2所述的超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述传动机构包括推杆与推块，所述推杆包括圆盘状部分和位于圆盘状部分后部中轴线的杆状部分，所述推杆配置在所述支撑筒中，能够在所述支撑筒中作活塞运动，在运动的最小行程处，所述前盖的凸台顶在所述圆盘状部分的前表面，所述杆状部分穿过所述支撑筒底壁的中通孔与配置于所述支撑筒后部的所述推块螺纹连接，所述推块为圆板状，配置于所述后盖的中通孔中，能够在所述中通孔内做活塞运动，所述推块后端形成有圆环形凸台。
4.根据权利要求书2所述的超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述拔销气缸紧贴所述支架的后壁安装在所述后盖上，不进行试验时，所述拔销气缸的内芯压紧在所述推块的凸台斜边上。
5.根据权利要求书4所述的一种超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述支架后壁为倾斜面，其与铅垂线夹角约为13°，所述拔销气缸的安装角度与之相同，所述推块的凸台斜边与竖直面的夹角也与之相同，从而使所述凸台斜边与所述拔销气缸内芯配合角度为0°。
6.根据权利要求书1～5中任一项所述的超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述后盖后部中通孔的周壁上设置有多个挂耳，所述伞的伞绳拴系在所述挂耳上。
7.根据权利要求书1～5中任一项所述的超声速着陆器快速开伞风洞试验装置，其特征在于：所述推杆的杆状部分上设置有平台，所述支撑筒的筒底壁上的中通孔内壁上具有与所述推杆上的平台后相配合的平台，用以防止所述推杆转动。
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