用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置的制作方法

本技术具体涉及一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，属于风洞烧蚀模拟试验设备。

背景技术：

1、飞行器再入大气层时受热情况严重，表面发生严重烧蚀，引起质量的非均匀损失，导致几何形状、重心、气动特性等发生变化，严重影响飞行稳定性。这些特点及问题的出现，使得烧蚀外形、表面形态和表面流态变化等产生的动力学变化因素无法忽略。因而，研究端头的烧蚀外形变化和烧蚀的表面形态成为再入飞行器设计中的一个重要课题。相关问题的主要研究手段包括理论计算与地面模拟试验。其中地面模拟试验包括高温烧蚀和低温烧蚀两种手段：高温烧蚀方法即利用电弧加热器或燃气流装置获取烧蚀外形和烧蚀表面形态；低温烧蚀方法即利用低温烧蚀材料在高超声速风洞进行气流加热与流动现象分析。目前，用理论计算来确定烧蚀外形和烧蚀表面形态是十分困难的，而高温烧蚀方法存在气流马赫数较低、流场条件较差、易造成环境污染等多方面缺陷。低温烧蚀试验虽然用的不是真实材料，但是风洞气流马赫数较高，流畅均匀，且可以进行烧蚀外形变化与气动耦合作用研究。利用合适的低温烧蚀材料进行风动试验与高温烧蚀材料的试验结果相似，是一种可行的经济方案。

2、例如，中国专利文献cn209102324u中公开了一种用于高超风速风洞试验的低温烧蚀模型制作装置。其中，利用该模型制作装置制成用于模拟飞行器的试验模型，用以在风洞中模拟飞行器的动态，为飞行器的气动设计提供指导。

3、然而，上述试验模型在实际使用过程中，由于风洞烧蚀模拟试验分为静态烧蚀试验与释放模型俯仰自由度的动态烧蚀试验，试验模型缺乏相应的装夹结构，现有的试验模型难以满足静态烧蚀试验所需要模型限制功能，即将试验模型限制在零位，以实现对称烧蚀，以及难以满足动态试验需要初始角位移激励以释放模型的俯仰自由度的功能。

技术实现思路

1、本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，用以满足风洞烧蚀模拟试验对自由振动虚拟飞模型锁定和释放俯仰自由度的需求，简化试验机构，提高试验效率。

2、本发明解决技术的方案是：一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，风洞烧蚀模拟试验中，支杆穿过自由振动虚拟飞模型的底部端盖与俯仰运动轴承连接，支杆与底部端盖之间留有间隙，该装置包括限位段、角位移激励段、作动机构、气缸活塞；

3、气缸活塞安装在支杆上，限位段为环形结构，外圆为圆锥面，内腔为圆柱孔，套在支杆外部，且与支杆滑动配合，作动机构一端连接限位段，另一端连接气缸活塞，用于驱动限位段沿支杆轴向往复运动；角位移激励段包括过渡段和楔形块，过渡段与限位段相连接，楔形块与过渡段连接，楔形块位于限位段的径向截面上，且楔角向外突出；作动机构推动限位段进入端盖与支杆之间的间隙后对自由振动虚拟飞模型限位，锁死自由振动虚拟飞模型的俯仰自由度；作动机构拉动限位段远离端盖时，通过过渡段带动楔形块一同滑动，使角位移激励段的楔形块与底部端盖形成干涉，进而对由振动虚拟飞模型提供初始角位移激励，释放了由振动虚拟飞模型的俯仰自由度。

4、优选地，所述楔形块的高度和楔角满足楔形块能在自由振动虚拟飞模型极限俯仰偏转时顺利进入和退出模型底部端盖的要求。

5、优选地，所述楔形块的高度和楔角满足为自由振动虚拟飞模型提供2°～3°的初始角位移激励的要求。

6、优选地，所述过渡段沿支杆轴向的长度满足拉出到极限位置时，限位段不与底部端盖相干涉的条件。

7、优选地，所述限位段外圆为圆锥面，内腔为圆柱孔。

8、优选地，所述限位段外径锥度与模型底部端盖的内径锥度一致，形成锥配合。

9、优选地，所述限位段内径与支杆的外径间隙配合。

10、优选地，所述楔形块为直角梯形块，上底和下底沿限位段的径向，直角腰平行于限位段的轴线。

11、优选地，所述过渡段带有一定的倾斜角度，与底部端盖锥配合。

12、本发明与现有技术相比的有益效果是：

13、(1)、本实用新型利用限位段对试验模型形成锁定，以及利用作动机构牵拉限位段，进而带动角位移激励段的楔形块对底部端盖形成干涉，在释放试验模型的俯仰自由度的同时，对试验模型提供了初始角位移激励，可兼顾风洞烧蚀静态与动态试验需求，简化了试验机构，提高了试验效率。

14、(2)、本使用新型限位段外径锥度与模型底部端盖的内径锥度一致，形成锥配合，满足角位移激励段顺利进入端盖且推紧装置后限位段能锁死模型俯仰自由度的要求；

15、(3)、本发明楔形块的高度和楔角满足一定的条件，以便于角位移激励段从自由振动虚拟飞模型的内部脱出，且能提供模型2°到3°的初始角位移激励。

技术特征：

1.一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，风洞烧蚀模拟试验中，支杆(3)穿过自由振动虚拟飞模型(1)的底部端盖与俯仰运动轴承连接，支杆(3)与底部端盖(2)之间留有间隙，其特征在于，包括限位段(4)、角位移激励段(5)、作动机构(6)、气缸活塞；

2.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述楔形块的高度和楔角满足楔形块能在自由振动虚拟飞模型(1)极限俯仰偏转时顺利进入和退出模型底部端盖的要求。

3.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述楔形块的高度和楔角满足为自由振动虚拟飞模型(1)提供2°～3°的初始角位移激励的要求。

4.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述过渡段沿支杆(3)轴向的长度满足拉出到极限位置时，限位段不与底部端盖(2)相干涉的条件。

5.根据权利要求1所述的用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述限位段外圆为圆锥面，内腔为圆柱孔。

6.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述限位段外径锥度与模型底部端盖的内径锥度一致，形成锥配合。

7.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述限位段内径与支杆(3)的外径间隙配合。

8.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述楔形块为直角梯形块，上底和下底沿限位段的径向，直角腰平行于限位段的轴线。

9.根据权利要求1所述的一种用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置，其特征在于所述过渡段带有一定的倾斜角度，与底部端盖(2)锥配合。

技术总结本技术涉及风洞烧蚀模拟试验设备技术领域，具体涉及一种用于风洞低温烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置。该装置包括限位段、角位移激励段和作动机构；装置内腔与支杆相接触，满足滑动配合要求；限位段外径锥度与底部端盖内径锥度一致，形成锥配合，满足角位移激励段顺利进入端盖且推紧装置后限位段能锁死模型俯仰自由度的要求；角位移激励段包括过渡段和楔形块，过渡段与限位段相连接且其长度满足装置拉出时限位段不与底部端盖相干涉，楔形块的高度满足其能顺利进入和退出模型底部端盖。作动机构与气缸活塞连接，安装在限位段上。该用于风洞烧蚀模拟试验的初始角位移激励装置可兼顾静态与动态试验需求，简化了试验机构,提高了试验效率。技术研发人员：张宇航,付增良,孙玮琪,赵俊波,赵力宁,周平,张妍受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院技术研发日：20231024技术公布日：2024/7/25