一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置，包括：俯仰铰链(5)、运动传递装置、支撑装置、驱动装置；所述的运动传递装置包括推杆(6)、上拨针(9)、下拨针(11)、限位块(13)；驱动装置放置在支撑装置内腔，其输出端与置于支撑装置内腔的推杆(6)一端相连，驱动推杆(6)前后运动；俯仰铰链(5)一端固连支撑装置，另一端与短钝外形试验模型相连；限位块(13)安装在支撑装置上，限制推杆(6)只做前后运动；下拨针(11)安装在推杆(6)上，上拨针(9)安装在短钝外形试验模型上；试验前后均通过推杆(6)限制俯仰铰链的运动；试验过程中，通过推杆的前后运动由下拨针(11)驱动上拨针(9)向上运动，进而带动短钝外形模型(1)绕俯仰铰链(5)的转动中心做自由振动运动。
【技术实现步骤摘要】
一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置
本专利技术涉及一种针对短钝外形飞行器采用自由振动动导数试验方法获取俯仰方向动导数的风洞试验装置。
技术介绍
飞行器的气动设计和控制系统设计都要求提供飞行器在其飞行条件下的动稳定导数数据。飞行器在作姿态改变的动作或受到气流干扰时,会发生偏离平衡姿态的俯仰、偏航或滚转振动。动稳定性研究的目的是预示这些振动的衰减趋势和规律。对于被动式阻尼控制的飞行器来说，飞行器的动态飞行品质和可靠性要求对飞行器动稳定性的预示提出了极高的要求。过低的动稳定性容易导致飞行器的角运动发散，这样，将严重影响飞行器的飞行姿态。因此，动导数的准确预示显得尤为重要。动导数也称动稳定性导数，用来描述飞行器进行机动飞行和受到扰动时的气动特性。是飞行器气动性能设计、控制系统和总体设计中必不可少的气动参数。动稳定性导数对于飞行器设计师们来说是很重要的，因为这些导数能提供飞行器的自然稳定性、控制舵面效率和机动性能，另外这些导数也使得飞行器的几何特性在初步设计过程中呈现着特别重要的意义。短钝外形飞行器多指载人载入大气层飞行器或者飞船返回舱等，如美国的阿波罗载人返回舱、前苏联的联盟号返回舱、我国的神舟返回舱，火星探测器着陆舱等，其大钝头特点能够满足载入飞行期间各种飞行速度下所需的升力、阻力要求，使之安全平稳着陆。短钝外形飞行器气动设计中主要的工作之一是动稳定特性的研究。由于这类飞行器接近球形的外形特点，在亚、跨声速阶段，其动稳定阻尼很小，还可能出现动不稳定现象，确认这类飞行器具有良好的动稳定特性，确保其飞行安全，是这类飞行器动稳定特性研究的最终目的。研究短钝外形飞行器的动稳定特性，一个主要的手段是获取其动稳定导数，目前主要方法有理论分析、数值计算和风洞试验，而风洞试验是最直观的获取短钝外形动稳定导数的一种方法。目前风洞动稳定导数试验常用的方法是自由振动试验方法和强迫振动试验方法，通过测量作用于模型上的气动力、力矩和测量模型的运动参数，求出其动稳定导数。由于强迫振动试验方法需要同时测量模型气动力和角位移，需要模型前后方向内部空间较大，针对钝头体外形飞行器，采用强迫振动试验方法难以实现。而自由振动试验方法只需要进行角位移的测量，可以实现对短钝外形飞行器动导数的测量，而相对传统自由振动试验装置，针对这类飞行器的自由振动动导数试验还需要进一步研究。因此为获取短钝外形飞行器动稳定导数，设计了一套自由振动动导数试验装置，用于研究短钝外形飞行器动稳定特性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置。本专利技术的技术解决方案是：一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置，包括：俯仰铰链、运动传递装置、支撑装置、驱动装置；所述的运动传递装置包括推杆、上拨针、下拨针、限位块；驱动装置放置在支撑装置内腔，其输出端与置于支撑装置内腔的推杆一端相连，驱动推杆前后运动；俯仰铰链一端固连支撑装置，另一端与短钝外形试验模型相连；限位块安装在支撑装置上，限制推杆只做前后运动；下拨针安装在推杆上，上拨针安装在短钝外形试验模型上；试验前后均通过推杆限制俯仰铰链的运动；试验过程中，通过推杆的前后运动由下拨针驱动上拨针向上运动，进而带动短钝外形模型绕俯仰铰链的转动中心做自由振动运动。进一步的，所述的驱动装置采用能够承受不低于5Mpa气源压力的气缸。进一步的，气缸缸体厚度不小于10mm，气缸缸体前端气缸盖与气缸缸体密封接触面长度不小于40mm；气缸进气/出气管嘴的螺纹配合长度不小于20mm。进一步的，所述的气缸除密封垫外其余部件材质选用钢材。进一步的，所述的驱动装置的输出速度不小于2m/s。进一步的，通过调节上拨针、下拨针的顶点距离差来控制短钝外形试验模型的振幅。进一步的，所述的俯仰铰链为一体结构，包括模型链接锥、支杆连接面、横梁、运动梁；模型链接锥设中心内孔，通过该内孔与推杆配合限制俯仰铰链的运动；支杆连接面设阶梯内孔，其中支撑装置通过大孔与支杆连接面连接，小孔用于支撑推杆；位于模型链接锥与支杆连接面之间的一对横梁、一对运动梁均厚度一致且对称分布，一对运动梁置于横梁之间，且相邻运动梁与横梁之间的间隙不小于0.5mm；通过运动梁使得模型链接锥能够相对支杆连接面运动。进一步的，通过调节横梁厚度改变短钝外形试验模型的振动频率。进一步的，横梁厚度范围0.6mm-2.5mm。进一步的，所述的运动梁包括前中后三部分，中间部分为厚度与横梁厚度一致的直梁；前后两部分与中间部分的夹角一致，通过前后两部分连接模型链接锥与支杆连接面并使得直梁与横梁垂直。进一步的，所述的夹角范围30°-60°。进一步的，所述的支撑装置包括支杆、整流罩、中轴；中空的支杆采用锥面配合方式，通过前端连接楔子和定位键安装在中轴上，中轴与风洞攻角机构连接；整流罩安装在中轴前端。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)设计的小尺寸俯仰铰链相比于以往自由振动动导数试验俯仰铰链，具有更小的轴向尺寸，可以更好的匹配短钝外形飞行器模型。(2)上拨针和下拨针均采用细牙螺纹方式连接，可以简单快捷的调节模型获得的初始角位移。(3)通过限位块限制推杆滚转方向运动，可以保证每次驱动都可以有效实施。(4)俯仰铰链不同梁厚度可以满足试验模型不同自由振动频率的需求。附图说明图1为根据本专利技术的实施例的装配示意图；图2为根据本专利技术的实施例的俯仰铰链示意图；图3为根据本专利技术的实施例的支杆示意图；图4为根据本专利技术的实施例的限位块示意图；图5为根据本专利技术的实施例的高压气缸示意图；图6为根据本专利技术的实施例的推杆示意图；图7为根据本专利技术的实施例的下拨针示意图；图8为根据本专利技术的实施例的上拨针示意图；图9为根据本专利技术的实施例的采集到的俯仰角位移信号。具体实施方式下面结合附图详细描述本专利技术的实施例。如图1-8所示，用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置，包括俯仰铰链5、运动传递装置、支撑装置、驱动装置；本实例中具体包括如下零部件：短钝外形模型1、俯仰铰链拉紧垫块2、俯仰铰链拉紧螺钉3、俯仰铰链连接锥套4、俯仰铰链5、推杆6、俯仰铰链连接锥销7、俯仰铰链连接螺钉8、上拨针9、上拨针紧定螺钉10、下拨针11、支杆12、限位块13、限位块固定螺钉14、气缸15、高压气缸固定螺钉16、整流罩17、连接楔子18、定位键19、中轴20；如图5所示，气缸15采用能够承受不低于5Mpa气源压力的高压气缸，作为本专利技术装置的驱动装置，放置在支撑装置的内腔。气缸缸体厚度不小于10mm，气缸缸体前端气缸盖与气缸缸体密封接触面长度不小于40mm；气缸进气/出气管嘴的螺纹配合长度不小于20mm。气缸除密封垫外其余部件材质选用钢材。驱动装置的输出速度不小于2m/s。支撑装置主要包括支杆12、整流罩17、中轴20；中空的支杆12采用锥面配合方式，通过前端连接楔子18和定位键19安装在中轴20上，中轴20与风洞攻角机构连接；整流罩17通过螺纹方式安装在中轴20前端。如图2所示，俯仰铰链5为一体结构，包括模型链接锥51、支杆连接面52、横梁53、运动梁54；模型链接锥51设中心内孔，通过该内孔与推杆6配合限制俯仰铰链的运动；支杆连接面52设阶梯内孔，其中支撑装置通过大孔与支本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置，其特征在于，包括：俯仰铰链(5)、运动传递装置、支撑装置、驱动装置；所述的运动传递装置包括推杆(6)、上拨针(9)、下拨针(11)、限位块(13)；驱动装置放置在支撑装置内腔，其输出端与置于支撑装置内腔的推杆(6)一端相连，驱动推杆(6)前后运动；俯仰铰链(5)一端固连支撑装置，另一端与短钝外形试验模型相连；限位块(13)安装在支撑装置上，限制推杆(6)只做前后运动；下拨针(11)安装在推杆(6)上，上拨针(9)安装在短钝外形试验模型上；试验前后均通过推杆(6)限制俯仰铰链的运动；试验过程中，通过推杆的前后运动由下拨针(11)驱动上拨针(9)向上运动，进而带动短钝外形模型(1)绕俯仰铰链(5)的转动中心做自由振动运动。
【技术特征摘要】
1.一种用于短钝外形飞行器俯仰方向自由振动动导数试验装置，其特征在于，包括：俯仰铰链(5)、运动传递装置、支撑装置、驱动装置；所述的运动传递装置包括推杆(6)、上拨针(9)、下拨针(11)、限位块(13)；驱动装置放置在支撑装置内腔，其输出端与置于支撑装置内腔的推杆(6)一端相连，驱动推杆(6)前后运动；俯仰铰链(5)一端固连支撑装置，另一端与短钝外形试验模型相连；限位块(13)安装在支撑装置上，限制推杆(6)只做前后运动；下拨针(11)安装在推杆(6)上，上拨针(9)安装在短钝外形试验模型上；试验前后均通过推杆(6)限制俯仰铰链的运动；试验过程中，通过推杆的前后运动由下拨针(11)驱动上拨针(9)向上运动，进而带动短钝外形模型(1)绕俯仰铰链(5)的转动中心做自由振动运动。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的驱动装置采用能够承受不低于5Mpa气源压力的气缸。3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：气缸缸体厚度不小于10mm，气缸缸体前端气缸盖与气缸缸体密封接触面长度不小于40mm；气缸进气/出气管嘴的螺纹配合长度不小于20mm。4.根据权利要求2或3所述的试验装置，其特征在于：所述的气缸除密封垫外其余部件材质选用钢材。5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的驱动装置的输出速度不小于2m/s。6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：通过调节上拨针(9)、下拨针(11)的顶点距离差来控制短钝外形试验模型的振幅。7.根据权利要求1所述的试验装...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金，宋玉辉，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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