一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统技术方案

本发明专利技术提供了一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，属于高速风洞试验技术、飞行器飞行力学领域，包括安装于风洞试验段的半臂攻角机构，载机模型通过载机支杆与半臂攻角机构固连，载弹基座通过竖直运动机构与风洞试验段壁面连接，并联底板通过转轴与载弹基座连接，并联底板上分别安装三自由度并联机构，三自由度并联机构另一端与动平台连接，动平台内设滚转驱动机构，动平台通过载弹支杆与载弹天平及载弹模型连接。本发明专利技术利用两载弹天平分别测量载弹模型受到气动力和力矩大小，反解两个载弹模型的运动模式，控制各驱动装置运动，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统
本专利技术涉及一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，用于航天、航空飞行器的级间分离，机弹、外挂物分离的轨迹捕获风洞试验，属于高速风洞试验技术、飞行器飞行力学领域。
技术介绍
在航天器、火箭级间分离、飞机外挂物的发射与投放、子母弹抛撒，以及脱壳穿甲弹与弹托分离等飞行阶段，分离体和母体处于复杂的相互干扰的流场中，不良的分离特性不仅影响效果，还会导致多体间的相撞，甚至危及母机的安全。因此，通过地面风洞模拟试验来了解投放或分离的过程和动力学特性的轨迹捕获风洞试验(CaptiveTrajectorySystem—CTS)就十分必要。随着飞行器应用需求的提升，试验模拟中需实现两个投放物的同时分离模拟，或飞行器具有头罩外形，需模拟两个半头罩同时展开的过程模拟。国内现有的CTS试验技术只能实现一个分离体的试验模拟，试验中只能将另一个分离体进行位置固定处理，试验结果较真实情况偏差加大，难以满足试验需求。俄罗斯T109风洞采用直角坐标型结构，可以同时测量两个外挂物的分离特性，但由于其分离体模型由一悬臂梁支承，悬臂梁的总长度约为分离体模型长度的4～5倍，甚至更长，造成高速风洞试验时，其弹性变形较大，而且存在各结构间存在误差积累并难以消除等问题，该结构布局在做两个外挂物的分离特性试验时，存在系统阻塞度大、刚度差、试验精度低等问题，在做头罩展开类试验时，无法满足试验要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，该轨迹捕获系统通过串并混联的多自由度装置分别对两个外挂物模型进行支撑，混联的多自由度装置可将分离载弹模型的多自由度运动转换成多方向直线运动和绕固定轴的旋转运动，将两个分离模型支撑在风洞试验段指定位置，通过调节各机构运动实现两个分离体模型各自的位置和姿态变化，完成对双分离体模型运动轨迹的模拟。本专利技术提供一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获系统，其设于风洞试验段，包括半臂攻角机构、竖直运动机构、载弹基座、载机模型及两个载弹模型，所述半臂攻角机构穿过所述风洞试验段的上壁面并与其配合安装，所述载机模型的尾部通过载机支杆与所述半臂攻角机构的底端固定连接；所述竖直运动机构穿过所述风洞试验段的下壁面并与其配合安装，所述载弹基座固定于所述竖直运动机构上，可随其沿竖直方向运动，所述载弹基座上设有与其可转动连接的并联底板；每个所述载弹模型分别与一用于测量其受到的气动力和力矩的载弹天平固定连接，所述载弹模型及所述载弹天平与一载弹支杆的一端固定连接，所述载弹支杆的另一端与一动平台的顶端配合安装，所述动平台的底端与三自由度并联机构相连接，所述三自由度并联机构的外壳置于所述并联底板上；所述载弹模型可随所述动平台及所述载弹支杆，在所述三自由度并联机构、所述并联底板及所述竖直运动机构的配合作用下在多个自由度方向进行直线运动或旋转运动，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟。该系统利用两个载弹天平分别测量两个载弹模型受到气动力和力矩的结果，分别反解两个载弹模型的运动模式，控制系统将载弹模型的运动转换成多条直线驱动装置的位移指令，分别控制每个直线驱动装置的运动，通过多机构的联动分别带动两个动平台的运动，通过安装于两个动平台前端的载弹支杆及载弹天平将两个载弹模型分别移动到指定位置及姿态变化，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，从而实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟。进一步地，所述三自由度并联机构包括直线驱动电机、外壳、直线滑台、滑块及支撑杆，所述直线滑台的数量为三个，均设于所述外壳内部，且沿所述风洞试验段的轴向平行布置，所述滑块的数量为三个，每个所述滑块分别与一所述直线滑台配合滑动，所述滑块上固定连接有转动铰链，所述支撑杆的数量为三根，每根所述支撑杆的第一端分别与一所述滑块通过所述转动铰链活动连接，所述支撑杆的第二端与所述动平台的底部可转动连接。进一步地，所述动平台的内部设有滚转驱动机构，所述动平台的顶端通过所述载弹支杆与所述载弹天平及所述载弹模型相连接，所述动平台的底端设有三个球铰链，每个所述球铰链分别与一所述支撑杆的第二端相连接。进一步地，所述并联底板包括两个安装底板，两所述安装底板的相邻一端均与一转轴固定连接，所述转轴与所述载弹基座配合可转动连接，所述载弹基座上设有底板翻转电机，两个所述安装底板可在所述底板翻转电机作用下绕所述转轴转动；两个所述安装底板表面分别设有直线导轨，所述直线导轨的方向垂直于所述风洞试验段气流的方向，所述三自由度并联机构的外壳与所述直线导轨滑动配合，所述安装底板的底部设有直线运动电机。进一步地，所述半臂攻角机构的侧面与一组弧形导轨配合滑动连接，所述半臂攻角机构可沿所述弧形导轨运动实现攻角变化。进一步地，所述竖直运动机构的一侧设有竖直导轨，通过所述竖直导轨与所述风洞试验段的下壁面配合上下滑动，带动所述载弹基座上下运动。进一步地，所述载弹支杆为Z型支杆。进一步地，三个所述直线滑台的端面呈“品”字型布置，且所述直线滑台的外侧面与所述外壳的内壁固定连接。进一步地，所述转动铰链的连接轴与所述滑块的对称面相垂直，所述支撑杆可在所述滑块的对称面内相对于所述滑块转动。进一步地，所述球铰链为具有滚转副的万向铰链。进一步地，所述载弹支杆与所述动平台连接处设置有绝缘垫，当载弹模型与载机模型相碰时，监测系统控制动平台实时锁止，停止运行，对系统进行保护。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的试验系统利用两个载弹天平分别测量两个载弹模型受到气动力和力矩的结果，分别反解两个载弹模型的运动模式，控制系统将载弹模型的运动转换成多条直线驱动装置的位移指令，分别控制每个直线驱动装置的运动，通过多机构的联动分别带动两个动平台的运动，通过安装于两个动平台前端的载弹支杆及载弹天平将两个载弹模型分别移动到指定位置及姿态变化，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，从而实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟；(2)本专利技术提供的试验系统，具有高刚度、高位置精度的特点，能够满足高速风洞轨迹捕获试验的要求，能够实现两个外挂物同时分离的在线测量；(3)本专利技术提供的试验系统采用极坐标动平台加三自由度并联机构的刚性的空间桁架结构对载弹模型支撑，可实现两套并联机构在风洞中同时运行，同时避免相互干涉问题，降低了结构设计的难度；(4)本专利技术提供的试验系统中载弹基座可随竖直运动机构作上下运动，可以提高分离试验的纵向工作空间；(5)本专利技术提供的试验系统适用范围广，除了可应用于双外挂物的分离试验模拟外，也可用于双分离体内埋分离的试验模拟以及双头罩展开分离的试验模拟等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，其设于风洞试验段，其特征在于，包括半臂攻角机构、竖直运动机构、载弹基座、载机模型及两个载弹模型，所述半臂攻角机构穿过所述风洞试验段的上壁面并与其配合安装，所述载机模型的尾部通过载机支杆与所述半臂攻角机构的底端固定连接；所述竖直运动机构穿过所述风洞试验段的下壁面并与其配合安装，所述载弹基座固定于所述竖直运动机构上，可随其沿竖直方向运动，所述载弹基座上设有与其可转动连接的并联底板；每个所述载弹模型分别与一用于测量其受到的气动力和力矩的载弹天平固定连接，所述载弹模型及所述载弹天平与一载弹支杆的一端固定连接，所述载弹支杆的另一端与一动平台的顶端配合安装，所述动平台的底端与三自由度并联机构相连接，所述三自由度并联机构的外壳置于所述并联底板上；所述载弹模型可随所述动平台及所述载弹支杆，在所述三自由度并联机构、所述并联底板及所述竖直运动机构的配合作用下在多个自由度方向进行直线运动或旋转运动，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，其设于风洞试验段，其特征在于，包括半臂攻角机构、竖直运动机构、载弹基座、载机模型及两个载弹模型，所述半臂攻角机构穿过所述风洞试验段的上壁面并与其配合安装，所述载机模型的尾部通过载机支杆与所述半臂攻角机构的底端固定连接；所述竖直运动机构穿过所述风洞试验段的下壁面并与其配合安装，所述载弹基座固定于所述竖直运动机构上，可随其沿竖直方向运动，所述载弹基座上设有与其可转动连接的并联底板；每个所述载弹模型分别与一用于测量其受到的气动力和力矩的载弹天平固定连接，所述载弹模型及所述载弹天平与一载弹支杆的一端固定连接，所述载弹支杆的另一端与一动平台的顶端配合安装，所述动平台的底端与三自由度并联机构相连接，所述三自由度并联机构的外壳置于所述并联底板上；所述载弹模型可随所述动平台及所述载弹支杆，在所述三自由度并联机构、所述并联底板及所述竖直运动机构的配合作用下在多个自由度方向进行直线运动或旋转运动，在风洞试验段内实现两个载弹模型的多自由度位置和姿态变化，实现对双外挂物模型运动轨迹的模拟。


2.根据权利要求1所述的一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，其特征在于，所述三自由度并联机构包括直线驱动电机、外壳、直线滑台、滑块及支撑杆，所述直线滑台的数量为三个，均设于所述外壳内部，且沿所述风洞试验段的轴向平行布置，所述滑块的数量为三个，每个所述滑块分别与一所述直线滑台配合滑动，所述滑块上固定连接有转动铰链，所述支撑杆的数量为三根，每根所述支撑杆的第一端分别与一所述滑块通过所述转动铰链活动连接，所述支撑杆的第二端与所述动平台的底部可转动连接。


3.根据权利要求2所述的一种双外挂物同时分离模拟的轨迹捕获试验系统，其特征在于，所述动平台的内部设有滚转驱动机构，所述动平台的顶端通过所述载弹支杆与所述载弹天平及所述载弹模型相连接，所述动平台的底端...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏忠武，谢峰，董金刚，李广良，赵星宇，王帅，张江，秦永明，
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