本發(fā)明屬于風(fēng)洞試驗(yàn)，具體涉及一種模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、進(jìn)氣道是飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，飛行器外形尺寸越來(lái)越大，大多數(shù)大型飛行器一般都采用了機(jī)體/推進(jìn)系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)氣道已經(jīng)成為飛行器機(jī)身密不可分的一部分，而且前機(jī)身與進(jìn)氣道融合度越來(lái)越高，部分飛行器還存在動(dòng)態(tài)變進(jìn)氣道幾何形狀的情況，進(jìn)氣道的進(jìn)氣流動(dòng)對(duì)飛行器的氣動(dòng)特性影響很大，飛行器的精細(xì)設(shè)計(jì)工作迫切需要獲取進(jìn)氣流動(dòng)對(duì)整機(jī)氣動(dòng)特性的影響。

2、風(fēng)洞試驗(yàn)是獲取飛行器氣動(dòng)特性最直接、最可靠的技術(shù)手段，能夠快速、系統(tǒng)和科學(xué)地獲得飛行器的氣動(dòng)特性。目前，在1米～2米量級(jí)風(fēng)洞中開(kāi)展的通氣模型氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)一般都采用“桿式天平+尾支桿”的支撐方式，由于受通氣模型尺度及其空間的限制，部分通氣模型內(nèi)部出現(xiàn)了超聲速流動(dòng)（天平及支桿占據(jù)了一定空間，通氣模型內(nèi)部流動(dòng)空間有限），對(duì)飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度造成了一定影響，而且流量調(diào)節(jié)往往采用在通氣模型內(nèi)部流動(dòng)通道預(yù)置流量環(huán)方式，很難實(shí)現(xiàn)流量和進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)的精細(xì)化模擬。此外，雖然個(gè)別1米～2米量級(jí)風(fēng)洞綜合運(yùn)用測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)和進(jìn)氣道試驗(yàn)兩種試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法發(fā)展了飛行器通氣測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)，采用“尾撐+腹撐”的支撐方案，通過(guò)流量計(jì)和引射器的介入，解決了進(jìn)氣道全流量范圍內(nèi)的流動(dòng)模擬問(wèn)題，但存在一定的支撐干擾；而且，對(duì)于大型飛行器而言，過(guò)渡縮比會(huì)造成模擬嚴(yán)重失真的問(wèn)題，同時(shí)，由于通氣模型過(guò)小，也無(wú)法模擬大型飛行器在進(jìn)氣道變幾何形狀的動(dòng)態(tài)過(guò)程中的氣動(dòng)特性。

3、4米量級(jí)以上大型連續(xù)式風(fēng)洞為發(fā)展精確模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)技術(shù)提供了較好的基礎(chǔ)條件；4米量級(jí)以上大型連續(xù)式風(fēng)洞的通氣模型相對(duì)較大，可以在通氣模型上安裝電機(jī)對(duì)進(jìn)氣道變幾何形狀的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行模擬，并獲得動(dòng)態(tài)過(guò)程中的氣動(dòng)特性。但是，在大型連續(xù)式風(fēng)洞中，通氣模型和支撐系統(tǒng)尺度均較大，載荷呈指數(shù)增加，氣流管路系統(tǒng)呈倍數(shù)增加，通氣模型、流量計(jì)和引射器的支撐都面臨極大的困難，同時(shí)，大型連續(xù)式風(fēng)洞還要求實(shí)現(xiàn)側(cè)滑角的連續(xù)可調(diào)（迎角的連接變化可以通過(guò)風(fēng)洞的彎刀機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)），相關(guān)技術(shù)的建立難度很大；另外，如何降低進(jìn)氣道下游流動(dòng)對(duì)上游流動(dòng)以及支撐系統(tǒng)對(duì)通氣模型表面流動(dòng)的干擾，也是急需解決的問(wèn)題。

4、當(dāng)前，亟需發(fā)展一種模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置，本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)方法，降低進(jìn)氣道下游對(duì)上游流動(dòng)以及支撐系統(tǒng)對(duì)通氣模型表面流動(dòng)的干擾。

2、本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置，包括支撐裝置、變側(cè)滑角裝置和測(cè)量裝置；

3、支撐裝置包括尾撐支架和安裝平臺(tái)，通氣支桿的尾部固定在尾撐支架的上部，尾撐支架和安裝平臺(tái)之間通過(guò)變側(cè)滑角裝置連接，安裝平臺(tái)的后端固定連接風(fēng)洞的彎刀機(jī)構(gòu)；

4、變側(cè)滑角裝置采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或者軌道式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)尾撐支架繞安裝平臺(tái)的前段轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，改變通氣模型的側(cè)滑角；

5、測(cè)量裝置包括從前至后順序連接的天平波紋管、通氣支桿、伸縮套筒、流量計(jì)轉(zhuǎn)接段、流量計(jì)和引射器，其中伸縮套筒的前后兩端分別通過(guò)球鉸擋圈連接通氣支桿和流量計(jì)轉(zhuǎn)接段，剩余的各部件之間通過(guò)法蘭連接；天平波紋管的前端連接通氣模型的出氣口，通氣模型出口氣流通過(guò)天平波紋管、通氣支桿、伸縮套筒、流量計(jì)轉(zhuǎn)接段、流量計(jì)和引射器排入風(fēng)洞主流；流量計(jì)通過(guò)固定在安裝平臺(tái)上的流量計(jì)支座固定支撐，引射器通過(guò)固定在安裝平臺(tái)上的引射器支座固定支撐。

6、進(jìn)一步地，所述的軌道式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括從前至后通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸順序連接的側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件和安裝平臺(tái)，側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件和安裝平臺(tái)按照右手定則沿旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線(xiàn)方向采用弧面配合；側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件的前段與尾撐支架的后段通過(guò)圓周等距分布的螺釘連接；

7、在安裝平臺(tái)的左側(cè)側(cè)面設(shè)置有直線(xiàn)軌道工件，直線(xiàn)軌道工件上設(shè)置有與風(fēng)洞中心軸線(xiàn)平行的、內(nèi)徑為r的腰型孔ⅰ，以腰型孔ⅰ為直線(xiàn)軌道?。?/p>

8、側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)徑為r的腰型孔ⅱ，腰型孔ⅱ的中心線(xiàn)與腰型孔ⅰ的中心線(xiàn)之間的夾角為α，以腰型孔ⅱ為直線(xiàn)軌道ⅱ；

9、直線(xiàn)軌道ⅰ和直線(xiàn)軌道ⅱ相交，相交處為與旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線(xiàn)平行的、內(nèi)徑為r的內(nèi)切圓柱空腔，內(nèi)切圓柱空腔內(nèi)插入外徑為r的圓柱形的作動(dòng)桿，作動(dòng)桿與直線(xiàn)軌道ⅰ和直線(xiàn)軌道ⅱ之間均為線(xiàn)配合；

10、在安裝平臺(tái)的左側(cè)側(cè)面還設(shè)置有通過(guò)電機(jī)固定支座固定的直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)，直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)桿與作動(dòng)桿固定連接。

11、進(jìn)一步地，所述的尾撐支架具有迎角預(yù)偏角。

12、進(jìn)一步地，所述的伸縮套筒在內(nèi)側(cè)套筒外表面和外側(cè)套筒內(nèi)表面分別設(shè)置密封圈。

13、進(jìn)一步地，所述的夾角α按照右手定則為銳角或鈍角。

14、進(jìn)一步地，所述的直線(xiàn)軌道ⅱ替換為彎曲軌道。

15、進(jìn)一步地，所述的直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)替換為包括電動(dòng)缸在內(nèi)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。

16、本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

17、s10.風(fēng)洞試驗(yàn)準(zhǔn)備；

18、在風(fēng)洞中安裝模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置，調(diào)整通氣模型的姿態(tài)為初始迎角和初始側(cè)滑角；常規(guī)試驗(yàn)時(shí)，初始迎角和初始側(cè)滑角均為零度，大迎角試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)尾撐支架實(shí)現(xiàn)迎角預(yù)偏，初始迎角不為零；

19、s20.開(kāi)展風(fēng)洞試驗(yàn)；

20、啟動(dòng)風(fēng)洞，建立穩(wěn)定流場(chǎng)；通過(guò)直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)作動(dòng)桿沿直線(xiàn)軌道ⅰ直線(xiàn)移動(dòng)，強(qiáng)迫側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件繞旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)，將直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為側(cè)滑旋轉(zhuǎn)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使通氣模型達(dá)到指定側(cè)滑角位置，通過(guò)彎刀機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)通氣模型迎角的連續(xù)變化；通過(guò)流量計(jì)對(duì)通氣模型的氣流流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和測(cè)量，通過(guò)引射器增大通氣模型的氣流流量模擬范圍；按照試驗(yàn)計(jì)劃，調(diào)整風(fēng)洞流場(chǎng)速度，獲得所有試驗(yàn)狀態(tài)下的通氣模型的氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)；

21、試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉風(fēng)洞；

22、s30.試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；

23、根據(jù)要求，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得通氣模型的氣動(dòng)特性。

24、本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，具有以下特點(diǎn)：

25、1.真實(shí)反映了飛行器進(jìn)氣道入口至出口的管道形狀，進(jìn)氣流動(dòng)獲得精確模擬，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加可靠；

26、2.采用“尾撐”的方式將通氣模型安裝在尾撐支架上，采用“托舉”的方式將流量計(jì)和引射器分別通過(guò)流量計(jì)支座和引射器支座固定在安裝平臺(tái)上；采用“尾撐+托舉”支撐方式，干擾小，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通氣模型進(jìn)氣道出口氣流的“直線(xiàn)”流動(dòng)；

27、3.通氣模型側(cè)滑角采用傳動(dòng)效率較高的軌道式傳動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了側(cè)滑角的連續(xù)可調(diào)；

28、4.采用兩端帶球鉸、中空的伸縮套筒，實(shí)現(xiàn)了側(cè)滑角偏轉(zhuǎn)所引起氣流管路長(zhǎng)度和角度變化的補(bǔ)償；

29、5.伸縮套筒采用“雙層異側(cè)”密封設(shè)計(jì)，可靠性高、伸縮平穩(wěn)。

30、本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置的通氣模型通過(guò)天平波紋管和通氣支桿安裝在尾撐支架上部，尾撐支架后段和安裝平臺(tái)之間安裝有變側(cè)滑角裝置，流量計(jì)和引射器等測(cè)量裝置固定在安裝平臺(tái)上，安裝平臺(tái)的后端固定連接風(fēng)洞的彎刀機(jī)構(gòu)；變側(cè)滑角裝置改變通氣模型的側(cè)滑角。本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)方法采用“尾撐+托舉”的支撐方式，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)的完美結(jié)合，解決了大型連續(xù)式風(fēng)洞進(jìn)氣流動(dòng)精確模擬試驗(yàn)支撐困難的問(wèn)題，降低了進(jìn)氣道下游流動(dòng)對(duì)上游流動(dòng)以及支撐系統(tǒng)對(duì)通氣模型表面流動(dòng)的干擾，采用軌道式傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了側(cè)滑角的連續(xù)可調(diào)；采用兩端帶球鉸、中空伸縮套筒，實(shí)現(xiàn)了側(cè)滑角偏轉(zhuǎn)所引起氣流管路長(zhǎng)度和角度變化的補(bǔ)償。

31、本發(fā)明的模擬進(jìn)氣流動(dòng)的飛行器氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法為大型連續(xù)式高速風(fēng)洞進(jìn)氣流動(dòng)精確模擬提供了解決方案，具有工程實(shí)用價(jià)值。