自由飞模型喷气试验装置

摘要

一种自由飞模型喷气试验装置，包括模型头部(1)、模型中间段(2)、模型尾段(3)等；模型头部(1)、模型中间段(2)、模型尾段(3)依次连接，模型头部(1)内腔、模型中间段(2)内腔、模型尾段(3)内腔连通形成模型内腔；模型内腔壁上开有内腔盲孔，喷口修形块(10)安装在模型头部(1)、模型中间段(2)或模型尾段(3)中任意一段的外壁上，喷口修形块(10)安装孔与内腔盲孔连通，压缩气瓶(4)、喷气机构安装在模型内腔中，通过喷气机构控制压缩气瓶(4)产生气体，喷口修形块(10)在气体作用下喷出。本发明解决了以往自由飞模型不能进行主动流动控制类试验的缺点，克服了气源安装、引导、触发的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞试验模型，尤其涉及一种自由飞模型喷气试验装置。

背景技术

喷气控制是一种常用的主动流动控制方式，通常是在需要改善流场品质的模型表面开设喷气口，根据需要向飞行器外部喷射气体，从而改变飞行器表面的流场机构，为飞行器提供额外的气动力及力矩，在航空航天领域，喷气式主动控制方法是一项热门的研究课题。模型自由飞风洞试验是一种常用的研究飞行器动态气动特性的研究方法，具有无支撑干扰的独特特点，区别于其他定常及准定常试验手段。模型自由飞风洞试验的基本方法是风洞流场稳定之后将模型逆气流方向高速弹出，模型短时间内会在风洞中无约束的自由飞行，同时使用高速摄影通过观察窗对模型进行拍摄，可获得飞行器模型自由飞的姿态轨迹，后期经过数据处理便可得出飞行器的动态气动参数。

通常的喷气控制模型气源来自空气压缩机或高压气瓶，使用通气管插入到模型内部，将压缩气体通到试验模型上需要喷气的位置，由于压缩机或体积巨大，通常放置在模型风洞外部。而风洞自由飞模型在试验过程中是完全自由的，在进行自由飞模型喷气试验时，不可能像以往喷气试验那样从模型外部将一根通气管插入模型来提供气源，而必须将气源安装在模型内部。通常的风洞自由飞模型往往较小，尺寸与圆珠笔相当，如何布置气源是一难点。同时，试验需要模型完全自由时进行喷气动作，喷气的解锁也是设计的一大难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自由飞模型喷气试验装置，解决了以往自由飞模型不能进行主动流动控制类试验的缺点，将压缩气源安装在模型内部，克服了气源安装、引导、触发的问题。

本发明所采用的技术解决方案是：一种自由飞模型喷气试验装置，包括模型头部、模型中间段、模型尾段、压缩气瓶、喷气机构、喷口修形块；模型头部、模型中间段、模型尾段依次连接，模型头部内腔、模型中间段内腔、模型尾段内腔连通形成模型内腔；模型内腔壁上开有内腔盲孔，喷口修形块安装在模型头部、模型中间段或模型尾段中任意一段的外壁上，喷口修形块安装孔与内腔盲孔连通，压缩气瓶、喷气机构安装在模型内腔中，通过喷气机构控制压缩气瓶产生气体，喷口修形块在气体作用下喷出。

所述喷气机构包括撞针、弹块、弹簧、弹块固定块、拔销、导引管、导引管固定块；导引管固定块安装在内腔盲孔开口端；压缩气瓶安装在模型内腔中，端部固定在模型尾段内腔中的隔板的中心孔内；弹块固定块外壁与模型尾段内壁配合，固定在模型尾段内；弹块安装在弹块固定块与模型尾段内腔中的隔板之间，弹块外壁与模型尾段内壁配合，弹块端面开有沿中心轴及径向的弹块通孔，弹块通孔连通弹块端面与侧壁面，撞针安装在弹块上、位于弹块通孔在弹块端面的开口端，撞针针头的中心孔与弹块通孔连通，弹块的弹片端部插入弹块固定块中心孔内；拔销一端插入弹片中，撑开各弹片使得弹片端部与弹块固定块中心孔端口卡紧，另一端连接拔销线；弹簧套在弹片上，两端分别连接弹块滑块、弹块固定块；导引管一端插入导引管固定块中心孔内，另一端插入弹块通孔在弹块侧壁的开口端，连通模型头部盲孔和弹块通孔；通过拔销线拔出拔销，释放弹块，弹块在弹簧推动下带动撞针插入压缩气瓶，释放气体。

所述弹块固定块包括圆筒结构、环形端面；环形端面位于圆筒结构一端，环形端面中部的中心孔端口边缘有倒角。

所述弹块包括滑块、弹片，滑块为十字形，滑块外壁与模型尾段内壁配合，滑块一端端面开有弹块通孔，弹块通孔在弹块侧壁的开口端在滑块十字形两臂夹角内，另一端端面中部沿周向分布有个弹片，弹片端部有弹片凸台，弹片内表面为弹块锥形斜面，弹片凸台斜面可与弹块固定块中心孔的倒角形成斜面接触配合。

所述拔销包括圆锥段、连接端，连接端位于锥段大端，连接端与拔销线连接，圆锥段的外圆锥面与锥块锥形斜面配合。

所述模型尾段内腔中的隔板上开有模型尾段通孔，导引管从模型尾段通孔穿过。

还包括密封圈，密封圈套在撞针针头上，与压缩气瓶瓶口配合。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用可安装在模型内部的微型压缩气瓶，解决了自由飞模型的喷气气源问题。自由飞喷气试验需要模型完全自由时进行喷气动作，因此气源不可能像以往喷气试验一样使用通气管将气源导入模型内部，而需将气源和模型设计为一体，采用压缩气瓶的方式解决了这一难题。将压缩气瓶设计成模型的一部分，与模型固定连接，从而解决了自由飞模型喷射气体来源的难题；

(2)本发明通过中空的撞针及密封垫圈，可保证模型在完全自由的情况下进行喷气动作，达到设计要求。本发明解决了如何能在需要的时刻将气体导出压缩气瓶的问题，由于压缩气瓶内气体压力较高，引气装置触发必须快捷，并具有较好密封性，能防止高压气体泄露。使用弹簧撞针及后方拔销，可保证模型在完全自由的情况下触发喷气机构，解决了模型自由时，机构的触发难题；

(3)本发明通过导引管固定块保证喷口可设置在模型任意位置，并可防止喷气时喷气管不固定导致管路被抽出引起的试验失败。喷气流动控制的位置是不固定的，可能在模型头部，也可能在模型机翼处、或者在模型尾部，使用导引管固定块可满足所有喷气位置。较长软管在进行喷气时由于作用力与反作用力原理必将引起抽打现象，喷气管路被固定块，同时具有防止喷气时喷气管被从喷口处抽出引起的试验失败；

(4)本发明通过设置反向螺纹，使得模型安装更加方便，避免了因拧紧模型而导致模型内部管路打结的问题。喷气管路一端固定于模型头部，一端固定于气瓶处，而气瓶往往位于模型尾部，若仅使用一次螺纹连接，当管路被固定好并拧紧螺纹时，必定会使模型内部管路一起随之拧转，从而使管路打结，引起喷气时气流不畅，甚至导致试验失败。而本发明通过在模型中间加装反向螺纹段，只需在模型安装前调整好管路、安装时固定模型头部和尾部不动，只旋转模型中间段，便可将模型整体安装好，而模型内部管路相对位置不会改变，完全避免了管路打结的问题；

(5)本发明通过设置喷口修形块，解决了以往模型在喷气前喷口处外形缺损的情况。以往在进行喷气试验时，喷口位置外形是固定不变的，这与真实情况不符。本发明设计了喷口修形块，使模型在进行喷气前外形与不喷气模型外形一致，提高了试验的真实性。

附图说明

图1为本发明的模型整体等轴视图；

图2为本发明的模型装配好后触发前全剖等轴视图；

图3为本发明的模型触发后全剖等轴视图；

图4为本发明的主要部件全剖爆炸视图；

图5为本发明的主要部件爆炸视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

自由飞模型喷气试验装置包括模型头部1，模型中间段2、模型尾段3、压缩气瓶4、撞针5、弹块6、弹簧7、弹块固定块8、拔销9、喷口修形块10、密封圈11、导引管12、导引管固定块13；

模型整体分为三段，分别为模型头部1，模型中间段2以及模型尾段3。模型头部1、模型中间段2、模型尾段3依次连接，模型头部1内腔、模型中间段2内腔、模型尾段3内腔连通形成模型内腔，内腔壁上开有内腔盲孔，导引管固定块13安装在内腔盲孔开口端，喷口修形块10安装在模型侧壁上，喷口修形块10的安装孔与内腔盲孔盲端连通；

压缩气瓶4安装在模型内腔中，端部固定在模型尾段3内腔中的隔板的中心孔3-1内；弹块固定块8外壁与模型尾段3内壁配合，固定在模型尾段3内；弹块6安装在弹块固定块8与模型尾段3内腔中的隔板之间，弹块6外壁与模型尾段3内壁配合，弹块6端面开有沿中心轴及径向的弹块通孔，弹块通孔连通弹块6端面与侧壁面，撞针5安装在弹块6上、位于弹块通孔在弹块6端面的开口端6-3，撞针针头5-1的中心孔与弹块通孔连通，弹块6的弹片6-5端部插入弹块固定块8中心孔内；拔销9一端插入弹片6-5中，撑开各弹片6-5使得弹片6-5端部与弹块固定块8中心孔端口卡紧，另一端连接拔销线；弹簧7套在弹片6-5上，两端分别连接弹块6滑块、弹块固定块8；导引管12一端插入导引管固定块中心孔13-4内，另一端插入弹块通孔在弹块侧壁的开口端6-2，连通模型头部盲孔1-2和弹块通孔；通过拔销线拔出拔销9，释放弹块6，弹块6在弹簧7推动下带动撞针5插入压缩气瓶4，释放气体，喷口修形块10在喷气作用下向模型外移动。密封圈11套在撞针针头5-1上，与压缩气瓶4瓶口配合。

弹块固定块8包括圆筒结构、环形端面；环形端面位于圆筒结构一端，环形端面中部的中心孔端口边缘有倒角8-1。弹块6包括滑块、弹片6-5，滑块为十字形，滑块外壁与模型尾段3内壁配合，滑块一端端面开有弹块通孔，弹块通孔在弹块侧壁的开口端6-2在滑块十字形两臂夹角内，另一端端面中部沿周向分布有4个弹片6-5，弹片6-5端部有弹片凸台6-1，弹片6-5内表面为弹块锥形斜面6-4，弹片凸台6-1斜面可与弹块固定块中心孔的倒角8-1形成斜面接触配合。拔销9包括圆锥段、连接端，连接端位于锥段大端，连接端与拔销线连接，圆锥段的外圆锥面9-1与锥块锥形斜面6-4配合。模型尾段3内腔中的隔板上开有模型尾段通孔3-2，导引管12从模型尾段通孔3-2穿过。

导引管固定块13可设置在模型任意位置，使得喷气流动控制的位置是不固定的，可能在模型头部，也可能在模型机翼处、或者在模型尾部，使用导引管固定块13可满足所有喷气位置。

实施例：

本实施例中，自由飞模型喷气试验装置将喷口设置在模型头部1。模型头部1为锥形，锥形表面为弧面，模型中间段2、模型尾段3均为圆筒形结构，模型尾段3尾部带有尾翼；模型头部1内腔的端面上沿中心轴开有模型头部盲孔1-2，模型头部1侧壁开有模型头部台阶孔1-1，模型头部台阶孔1-1与模型头部盲孔1-2盲端连通，喷口修形块10安装在模型头部台阶孔1-1内，压缩气瓶4、喷气机构安装在模型内腔中，通过喷气机构控制压缩气瓶4产生气体，喷口修形块10在气体作用下向模型头部1外侧运动。导引管固定块13安装在模型头部盲孔1-2开口端。

模型头部1上有模型头部台阶孔1-1、模型头部盲孔1-2，模型头部台阶孔1-1也为本次设计的喷口位置。喷口修形块10可放入模型头部台阶孔1-1内，并形成配合，只允许喷口修形块10向模型外侧运动。模型头部盲孔1-2内有螺纹，可与导引管固定块13的外螺纹13-3配合，导引管固定块13有两个导引管固定块缺口13-2，使用工具旋转导引管固定块缺口13-2可将导引管固定块13固定在模型头部1上。导引管固定块13有导引管固定块中心孔13-4，导引管12通过导引管固定块中心孔13-4可插进导引管固定块13，导引管固定块13有导引管固定块盲孔13-1，当导引管12插进导引管固定块13后，在导引管固定块盲孔13-1内填充胶水可将导引管12与导引管固定块13固连在一起。

导引管12另一端插入弹块6的弹块盲孔6-2内部，同样使用胶水固连。同时弹块6上有4个弹片6-5，弹片6-5端部有弹片凸台6-1，内表面为弹块锥形斜面6-4，可与拔销9的外圆锥面9-1配合。弹块6上有弹块螺纹盲孔6-3，撞针5的外表面有撞针外螺纹5-2，可与弹块螺纹盲孔6-3配合，从而将撞针5与弹块6固定在一起。撞针5有中空撞针针头5-1。

弹块6后侧有弹块固定块8，弹块固定块8有弹块固定块外螺纹8-2，可与模型尾段3的模型尾段内螺纹3-3配合，4个弹片6-5可插入弹块固定块8中间孔内，并且弹片凸台6-1斜面可与弹块固定块中心孔倒角8-1形成斜面接触配合。

模型尾段3内腔中有隔板，隔板的中心孔3-1为螺纹孔，可将压缩气瓶4的压缩气瓶螺纹头4-1拧在模型尾段3上。模型中间段2有模型中间段外螺纹2-1及模型中间段内螺纹2-2，模型中间段外螺纹2-1与模型中间段内螺纹2-2为反向螺纹，模型中间段外螺纹2-1与模型头部1配合，模型中间段内螺纹2-2与模型尾段3配合，从而保证模型头部1、模型中间段2以及模型尾段3连接在一起。

试验开始前，将弹块6与撞针5螺纹连接在一起，将导引管12一端与弹块6胶连在一起，将密封圈11套在撞针针头5-1上，将导引管12另一端通过模型尾段3的模型尾段通孔3-2向前伸出模型尾段3，弹块6从模型尾部插入模型尾段3内部，将弹簧7套在弹片6-5外侧，将弹块固定块8拧进模型尾段3，使用螺丝刀通过模型尾段通孔3-2推动弹块6向模型尾部运动，并压缩弹簧7，直至弹片凸台6-1斜面与弹块固定块中心孔倒角8-1形成斜面接触配合，从模型尾部将拔销9插入弹块锥形斜面6-4，从而锁住机构。将压缩气瓶4拧在模型尾段3上。将导引管12伸出端与导引管固定块13胶连，导引管固定块13穿过模型中间段2并拧在模型头部1上，并将喷口修形块10塞入模型头部台阶孔1-1。最后，调整好导引管12前后位置保证管路通畅，固定住模型头部1及模型尾段3，只旋转模型中间段2将模型头部1、模型中间段2以及模型尾段3连接在一起，模型安装完毕。

试验开始时，将拔销9通过拔销线连接在风洞上，当风洞流场建立起来后，另使用模型发射装置将模型整体发射到流场中，由于拔销线的长度限制，当模型向前运动到拔销线长度极限时，拔销9被从模型内部拔出，从而在弹簧7的推动作用下，弹块6带动撞针5向前运动撞穿压缩气瓶4头部较薄区域，并且由于密封圈11的作用，使压缩气瓶4内部的高压气体通过导引管12被引到喷口位置。当开始喷射气体，不再需要喷口修形块10，由于压力作用，喷口修形块10被向外喷出，同时气流从喷口向外喷射，达到试验要求的喷气效果，试验完毕。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

本发明说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。