[发明专利]一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置。

背景技术

传统的轴对称高超声速再入体（如洲际导弹弹头、返回式卫星等，以下简称再入体），一般采用零攻角惯性再入方式，再入体端部烧蚀外形总体上呈轴对称分布、外形不对称程度低。特别是大型化再入体的质量、惯量和尺寸都比较大，因而上述外形变化对再入体气动性能的影响相对较小。而目前，某些高超声速再入体采用小倾角再入方式，再入过程中不可避免地产生小不对称烧蚀现象，将对再入体的气动力特性（包括的升阻特性、力矩特性）和静动态稳定性等产生明显影响；而同时因控制系统的需要，系统对小倾角再入体气动特性的预测精度提出了更高的要求，滚转气动力矩系数误差常值项预测精度需达到10^-5量级（滚转力矩测量精度需达到10^-2Nm量级，即再入体模型支撑装置自身的滚转阻尼力矩需小于10^-4Nm量级）。因此，如何精确预测小不对称烧蚀外形再入体的气动特性，是型号设计必须解决的关键技术问题。

目前，高超声速风洞气动力试验是获得高超声速再入体气动力特性数据、评估其气动性能的主要手段之一。新型高超声速再入体的气动布局、小不对称烧蚀以及控制系统对气动特性系数预示精度要求高等特点，对弹头气动特性的风洞试验预测精度提出了很高的要求，包括小不对称外形高精度六分量气动特性、小滚转力矩高精度测量等，都是尚未完全解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置。

本发明的气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特点是：包括尾支杆、气浮轴承支撑装置、模型后段、模型前段、平键、M6带销螺钉、正反拉紧螺母和内天平组件；尾支杆后端与风洞试验段内模型机构固定连接，尾支杆前端与气浮轴承支撑装置中内天平组件通过1:5锥面、平键和正反拉紧螺母固定连接；气浮轴承支撑装置与模型后段之间采用1:10锥面连接，通过M6带销螺钉定位、紧固；模型后段与模型前段通过螺纹固定连接。

所述的气浮轴承支撑装置是小不对称再入体气动力测量装置的主要部件，包括内天平组件、后端盖、内轴套、外轴套、浮动外轴、前端盖、外天平、平垫、弹性垫片、外六角头螺栓、内六角螺钉和M5带销螺钉；内轴套与外轴套过盈配合组成带有空气回路的固定内轴；内天平组件与内轴套之间采用1:5锥面连接，通过外六角头螺栓、弹性垫片和平垫紧固；内天平组件与外天平内环之间通过外六角头螺栓、弹性垫片和平垫连接紧固，保证连接可靠；外天平外环与浮动外轴通过M5带销螺钉实现小间隙配合；前端盖、后端盖通过内六角螺钉与外轴套固定连接，浮动外轴与前端盖、后端盖和外轴套之间形成气隙，浮动外轴与外轴套之间可实现滚转摩擦阻尼小于10^-4Nm量级的相对转动；浮动外轴与外轴套之间产生较小的相对转动时，通过M5带销螺钉驱动外天平的外环进行转动，使得外天平的内环和外环之间产生变形，通过测量变形输出，即可得到滚转力矩。

所述的气浮轴承支撑装置与再入体模型连接位置处于模型的中后部。

所述的内天平组件包括天平本体、波纹管、通气管和堵头；天平本体采用中心通气的杆式六分量天平结构，直径为Ф35mm，轴向力元件采用T形梁结构，置于天平力矩中心位置，并相对于天平力矩中心在T形梁结构两侧布置支撑粱；内天平组件的 QUOTE、 QUOTE 、 QUOTE 、 QUOTE 和 QUOTE 分量采用三柱矩形柱典型结构测量，对称布置于轴向力元件两端，尽量增大天平横侧向的 QUOTE 、 QUOTE 、 QUOTE 以及 QUOTE 分量的应变信号输出；内天平组件的前后锥装配面与测量梁之间设置过渡段，以减小装配应力影响。

所述的内天平组件中的波纹管采用与天平本体相同的材料加工，通气管采用不锈钢材料，通过结构优化设计保证波纹管的强度、减小对内天平组件轴向力测量灵敏度的影响；堵头采用铜合金材料加工，防止天平本体前端漏气；波纹管、通气管和堵头内置于天平本体中空的通孔内，与天平本体共同组成气浮轴承的部分通气回路；波纹管、通气管和天平本体之间，连接部位采用焊接或胶封等措施。