[发明专利]吸气式高超声速飞行器分段部件气动力的测量方法

权利要求书

1.一种吸气式高超声速飞行器分段部件气动力的测量方法，用于高超声速风洞试验中，其特征在于：将吸气式高超声速飞行器分为前体、燃烧中段和后体三部分，以进气道出口为前体和燃烧中段的分界线，以尾喷管入口为燃烧中段和后体的分界线，燃烧中段设有支架，在前体和燃烧中段之间设有前天平，燃烧中段和后体之间设有后天平，燃烧中段和支架之间设有中天平，通过在高超声速风洞中开展测力试验，前天平和后天平分别对前体和后体的气动力进行测量，中天平对整机的气动力进行测量，对三台天平的测力结果进行解算得到各个部件的气动力和力矩；前体、燃烧中段和后体为3个独立的部分，前体通过螺钉与前天平连接，前天平再通过螺钉与第一支撑板相连，第一支撑板利用销钉定位并通过螺钉与燃烧中段固连，后体通过螺钉与后天平连接，后天平再通过螺钉与第二支撑板相连，第二支撑板利用销钉定位并通过螺钉与燃烧中段固连；燃烧中段通过螺钉与中天平相连，中天平再通过螺钉固定在支架上。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：三台天平为六分量应变天平。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述天平均采用扁平框式结构，即：将天平浮动框和固定框布置在相同的水平高度上，轴向力元件用偏心梁，其余五分量用矩形梁，分别对称布置在天平设计中心前后。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：前体和燃烧中段之间、燃烧中段和后体之间保留0.5-1.5mm的缝隙。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：前体和燃烧中段之间、燃烧中段和后体之间的缝隙采用耐高温橡胶进行密封。

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：三台天平分别测量前体、整机和后体的气动力和力矩，并且其测得的力和力矩分量是相对各自校准中心的，需要经过一定换算才能得到各部件相对模型力矩参考点的气动力和力矩，假设前、中、后三台天平的校准中心和模型的力矩参考点在体轴系下的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)，(x₃,y₃,z₃)和(x_m,y_m,z_m)，三台天平的测力结果分别为(X’₁,Y’₁,Z’₁,Mx’₁,My’₁,Mz’₁)，(X’₂,Y’₂,Z’₂,Mx’₂,My’₂,Mz’₂)和(X’₃,Y’₃,Z’₃,Mx’₃,My’₃,Mz’₃)，三台天平的测力结果相对模型力矩参考点表示为，

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_1=X_1^{\′}& {\mathrm{Mx}}_1={\mathrm{Mx}}_1^{\′}-Y_1^{\′}(z_1-z_m)+Z_1^{\′}(y_1-y_m)\\ Y_1=Y_1^{\′}& {\mathrm{My}}_1={\mathrm{My}}_1^{\′}+X_1^{\′}(z_1-z_m)-Z_1^{\′}(x_1-x_m)\\ Z_1=Z_1^{\′}& {\mathrm{Mz}}_1={\mathrm{Mz}}_1^{\′}-X_1^{\′}(y_1-y_m)+Y_1^{\′}(x_1-x_m)\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_2=X_2^{\′}& {\mathrm{Mx}}_2={\mathrm{Mx}}_2^{\′}-Y_2^{\′}(z_2-z_m)+Z_2^{\′}(y_2-y_m)\\ Y_2=Y_2^{\′}& {\mathrm{My}}_2={\mathrm{My}}_2^{\′}+X_2^{\′}(z_2-z_m)-Z_2^{\′}(x_2-x_m)\\ Z_2=Z_2^{\′}& {\mathrm{Mz}}_2={\mathrm{Mz}}_2^{\′}-X_2^{\′}(y_2-y_m)+Y_2^{\′}(x_2-x_m)\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_3=X_3^{\′}& {\mathrm{Mx}}_3={\mathrm{Mx}}_3^{\′}-Y_3^{\′}(z_3-z_m)+Z_3^{\′}(y_3-y_m)\\ Y_3=Y_3^{\′}& {\mathrm{My}}_3={\mathrm{My}}_3^{\′}+X_3^{\′}(z_3-z_m)-Z_3^{\′}(x_3-x_m)\\ Z_3=Z_3^{\′}& {\mathrm{Mz}}_3={\mathrm{Mz}}_3^{\′}-X_3^{\′}(y_3-y_m)+Y_3^{\′}(x_3-x_m)\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中X,Y,Z表示沿x,y,z三个坐标轴方向的气动力，Mx,My,Mz表示相对x,y,z三个坐标轴的气动力矩，气动力和力矩的下标“1,2,3”分别表示前、中、后三台天平的测力结果，上标“’”表示天平的直接测力结果，不带上标“’”表示将力矩参考点从天平校准中心变到模型力矩参考点后的结果，从整机气动力和力矩中扣除前体和后体的气动力和力矩得燃烧中段的气动力和力矩，即三段的气动力和力矩分别表示为，

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_{fore}=X_1& {\mathrm{Mx}}_{fore}={\mathrm{Mx}}_1\\ Y_{fore}=Y_1& {\mathrm{My}}_{fore}={\mathrm{My}}_1\\ Z_{fore}=Z_1& {\mathrm{Mz}}_{fore}={\mathrm{Mz}}_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_{comb}=X_2-X_1-X_3& {\mathrm{Mx}}_{comb}={\mathrm{Mx}}_2-{\mathrm{Mx}}_1-{\mathrm{Mx}}_3\\ Y_{comb}=Y_2-Y_1-Y_3& {\mathrm{My}}_{comb}={\mathrm{My}}_2-{\mathrm{My}}_1-{\mathrm{My}}_3\\ Z_{comb}=Z_2-Z_1-Z_3& {\mathrm{Mz}}_{comb}={\mathrm{Mz}}_2-{\mathrm{Mz}}_1-{\mathrm{Mz}}_3\end{array}\right.---\left(5\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_{aft}=X_3& {\mathrm{Mx}}_{aft}={\mathrm{Mx}}_3\\ Y_{aft}=Y_3& {\mathrm{My}}_{aft}={\mathrm{My}}_3\\ Z_{aft}=Z_3& {\mathrm{Mz}}_{aft}={\mathrm{Mz}}_3\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中下标fore表示前体，下标comb表示燃烧中段，下标aft表示后体，经过上述变换，就得到各部件的气动力和力矩。