一种测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置

摘要

本发明公开了一种测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置。该试验装置包括降落伞模型支撑装置、天平、转子和开伞装置。当高速风洞试验段内的气流达到规定的流场条件时，步进电机的转轴带动螺杆旋转，螺杆上的螺母后移并将伞舱堵盖、降落伞模型从伞舱内拔出，降落伞模型在高速气流作用下打开，在开伞过程中，高速风洞数据采集系统对天平测值进行连续采集。本发明的试验装置开伞方式安全，开伞动力对天平基本上无干扰且不会损坏天平；本发明的试验装置采用了倒锥形前锥的杆式应变天平作为天平，防止了天平与降落伞模型支撑装置脱离而损坏天平及高速风洞事故的发生。

说明书

技术领域

本发明属于降落伞模型高速风洞试验技术领域，具体涉及一种测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置。

背景技术

降落伞作为一种减速稳定器，具有体积小、质量轻、携带方便和稳定效果好等显著优点，在现代航空航天领域中有着非常广泛的应用。随着无人飞行平台投放、高速弹射救生、航天器回收、外星球探测器（如火星探测器）减速着陆等任务日益增多，愈来愈多的飞行器在高速（超过0.3倍声速）飞行条件下采用降落伞进行减速，降落伞能否在高速条件下正常开伞、开伞过程阻力系数时间历程等开伞特性直接关系到上述任务能否成功实施。

由于在高速风洞中测量降落伞模型开伞特性具有试验周期短、获取试验数据精准、试验费用低廉等显著优点，国内逐渐开始利用高速风洞进行降落伞模型高速开伞特性试验。测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置主要包括降落伞模型支撑装置、天平、开伞装置。现有的高速风洞天平常采用前锥为正锥的杆式应变天平，在高速气流的作用下，降落伞模型产生方向向后的气动力，天平存在与高速风洞洞壁支架发生脱离的风险，会造成损坏天平及高速风洞的事故，因此前锥为正锥的杆式应变天平并不适宜进行单独降落伞模型测力试验。现有高速风洞开伞装置主要依靠高压气体、火药作为开伞动力。当高压气体引入降落伞舱时，高压气体会对天平测值产生干扰并有可能损坏测力天平，而火药存在自爆等不安全因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置。

本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置包括降落伞模型支撑装置、天平、转子和开伞装置，天平的前端与降落伞模型支撑装置连接，天平的后端与转子的固定段连接，降落伞模型与转子的旋转段连接，降落伞模型的伞衣顶端与开伞装置的伞舱堵盖用棉线连接。

所述的降落伞模型支撑装置包括高速风洞洞壁支架和采用降落伞减速的飞行器模型，高速风洞洞壁支架内留有天平导线槽，用于天平信号传输。

所述的天平为倒锥形前锥的杆式应变天平，天平后端有与转子的固定段相连的插销孔。

所述的转子分为固定段、旋转段两部分，固定段与天平后端相连，旋转段与降落伞模型相连。

所述的开伞装置包括伞舱堵盖、细铁丝、螺母、螺杆Ⅰ、支座、步进电机、支撑架，细铁丝的一端与伞舱堵盖连接，细铁丝的另一端通过螺母上部的通孔与螺母连接，螺母安装在螺杆Ⅰ上，螺杆Ⅰ通过螺栓Ⅰ固定在步进电机的转轴上，支座通过螺栓Ⅱ与步进电机的壳体连接，支座通过螺栓Ⅲ与支撑架连接。

本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置具有以下优点：

1.采用了倒锥形前锥的杆式应变天平，防止了天平与降落伞模型支撑装置发生相对运动，避免了天平与降落伞模型支撑装置脱离而损坏天平及高速风洞的事故发生；

2.采用了步进电机的转轴带动螺杆旋转、螺杆上的螺母后移拔出伞舱堵盖、降落伞模型的开伞方式，开伞方式安全，开伞动力对天平基本上无干扰且不会损坏天平。

本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置能够安全地进行降落伞模型高速开伞特性试验，开伞动力对天平基本上无干扰且不会损坏天平，天平与降落伞模型支撑装置连接牢靠。

附图说明

图1为本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置结构示意图；

图2为本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置中的开伞装置（未包括伞舱堵盖、细铁丝）的A向示意图；

图3为本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置中的倒锥形前锥的杆式应变天平几何外形示意图。

图中，1.降落伞模型支撑装置2.天平3.转子4.降落伞模型5.伞舱堵盖6.细铁丝7.螺母Ⅰ8.螺杆Ⅰ9.螺栓Ⅰ10.支座11.步进电机12.支撑架13.高速风洞试验段尾支撑机构14.螺栓Ⅱ15.螺栓Ⅲ16.螺栓Ⅳ17.高速风洞试验段洞壁101.高速风洞洞壁支架102.采用降落伞减速的飞行器模型103.伞舱301.插销Ⅰ302.转子的固定段303.转子的旋转段304.插销Ⅱ401.伞连接绳1101.步进电机的转轴1102.步进电机的壳体。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例详细说明本发明。

为了更清楚地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1

如图1-3所示，本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置包括降落伞模型支撑装置1、天平2、转子3和开伞装置，天平2的前端与降落伞模型支撑装置1连接，天平2的后端与转子3的固定段302连接，降落伞模型4与转子3的旋转段303连接，降落伞模型4的伞衣顶端与开伞装置的伞舱堵盖5用棉线连接；

所述的降落伞模型支撑装置1包括高速风洞洞壁支架101和采用降落伞减速的飞行器模型102，高速风洞洞壁支架内留有天平导线槽，用于天平信号传输；

所述的天平2为倒锥形前锥的杆式应变天平，天平2后端有与转子3 的固定段302相连的插销孔；

所述的转子3分为固定段302、旋转段303两部分，固定段302与天平2后端相连，旋转段303与降落伞模型4相连；

所述的开伞装置包括伞舱堵盖5、细铁丝6、螺母7、螺杆Ⅰ8、支座10、步进电机11、支撑架12，细铁丝6的一端与伞舱堵盖5连接，细铁丝6的另一端通过螺母7上部的通孔与螺母7连接，螺母7安装在螺杆Ⅰ8上，螺杆Ⅰ8通过螺栓Ⅰ9固定在步进电机11的转轴1102上，支座10通过螺栓Ⅱ14与步进电机11的壳体1101连接，支座10通过螺栓Ⅲ15与支撑架12连接。

所述的棉线为市售的缝纫用细棉线；所述的细铁丝为市售的铁丝，铁丝直径约为2毫米。

本发明的测量高速风洞降落伞模型开伞特性的试验装置的工作过程如下：

a.采用螺栓连接的方式，在高速风洞试验段洞壁17上安装降落伞模型支撑装置1；

b.采用降落伞减速的飞行器模型102内的倒锥空腔与天平2前端的倒锥配合连接，天平2固定在降落伞模型支撑装置1的采用降落伞减速的飞行器模型102内，天平2的导线与高速风洞数据采集系统连接；

c.转子3的固定段302通过插销Ⅰ301与天平后端相连，转子3的旋转段303通过插销Ⅱ304与降落伞模型4的伞连接绳401相连，降落伞模型伞衣顶端与伞舱堵盖5用棉线连接后，伞舱堵盖5把降落伞模型4封堵在伞舱103内；

d.支座10通过螺栓Ⅱ14与步进电机11的壳体1101连接，支座10通过螺栓Ⅲ15与支撑架12连接，支撑架12通过螺栓Ⅳ16安装在高速风洞试验段尾支撑机构13上，螺母7安装在螺杆Ⅰ8上，螺杆Ⅰ8通过螺栓Ⅰ9固定在步进电机11的转轴1102上；

e.确定步进电机11的转轴1102的旋转方向，使得步进电机11的转轴1102的旋转时，螺母7后移，步进电机11工作时，步进电机11的转轴1102带动螺杆Ⅰ8旋转，螺杆Ⅰ8上的螺母7部分位于支座10的凹槽内，螺母7不能旋转，螺母7只能前后移动；

f.螺母7与伞舱堵盖5之间用细铁丝6连接；

g.高速风洞试验段内的气流达到规定的流场条件时，步进电机11工作，螺母7后移并将伞舱堵盖5和降落伞模型4从伞舱103内拔出，降落伞模型4在高速气流作用下打开，在开伞过程中，高速风洞数的据采集系统对天平2测值进行连续采集，在降落伞模型4从伞舱103内拔出后，由于伞舱堵盖5运动速度比降落伞模型4快，伞衣顶端与伞舱堵盖5的连接棉线迅速被拉断，与降落伞模型4的气动载荷相比，伞衣顶端与伞舱堵盖5的连接棉线能承受的载荷很小，对降落伞模型4气动力测量结果的影响可以忽略；

h.高速风洞吹风结束，试验完成，通过天平2测值结果获得降落伞模型4的开伞特性。