[发明专利]一种悬浮试验装置及设计方法

说明书

本发明提出本发明提出一种悬浮试验装置及设计方法，通过悬浮系统和推进系统设计、悬浮橇车的初始外形设计、数值仿真、气动力矩判断、升力判断、气动阻力判断、悬浮橇车外形修正等步骤实现。本发明采用特殊的悬浮橇车设计，通过对设计步骤综合设置，降低设计周期，使设计后的悬浮橇车能够满足试验要求，避免由于橇车原因造成试验无法进行，从而重复设计试验装置。

技术领域

本发明涉及一种悬浮试验装置及设计方法，属于高速试验装置技术领域。

背景技术

目前，国内外火箭橇试验轨道大多采用滑块-轨道形式，采用滑块与轨道的接触，实现橇车及其上任务载荷的支撑，橇车在动力的作用下，在轨道上高速滑行，实现对橇车及任务载荷的加速。由于橇车在近地面高速滑跑，随着滑跑速度的增大，橇车所承受的气动载荷也越大，同时由于橇车贴近轨道高速行驶，使得橇车产生明显的地面效应，从而使得橇车产生较大升力，当橇车升力大于重力时会发生与轨道撞击甚至脱轨的严重，目前一般对橇车滑块进行限位，使其在一定范围内沿轨道行驶，避免了脱轨现象的产生。

发明ZL200610114636.4《地面高速超导磁悬浮撬体试验装置》提出了一种悬浮撬体试验装置，其中提出采用流线化的撬体外形设计来减小气动载荷，未提及具体如何设计，而流线化外形是高速运动物体的惯常设计，设计方式对设计周期及试验装置的安全性有直接影响。对于采用磁悬浮实现承载的新型橇车，由于悬浮装置的支撑刚度系数小于钢轨的支撑刚度系数，难以进行限位，且悬浮间隙加大了气动作用的影响，亟待解决橇车气动负载对橇车稳定性造成的影响，实现橇车的高速稳定的行驶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种能降低设计成本、提高试验安全性的适用于悬浮试验装置的橇车及设计方法，有效降低橇车气动负载，提高试验装置稳定性。

本发明的技术解决方案：一种悬浮试验装置的设计方法，通过以下步骤实现：

第一步，设计悬浮系统和推进系统；

根据试验目的，进行悬浮系统及推进系统的设计，悬浮系统和推进系统的设计可采用现有的设计方式，如可参考磁悬浮列车、高铁等相关技术。

第二步，设计悬浮橇车的初始外形；

根据悬浮系统确定悬浮橇车的尺寸约束，根据悬浮橇车的尺寸约束设计悬浮橇车的初始外形，悬浮橇车的尺寸约束包括了橇车的长宽高基础尺寸。悬浮橇车的初始外形采用尖锥流线形，具体设计可采用现有火箭撬等高速运动物体外形设计。

第三步，采用数值仿真方法，开展全试验速度包络、多状态参数下悬浮橇车的气动特性分析，得到悬浮橇车气动阻力、升力及气动力矩；

全试验速度包络是指试验要求的速度范围，预先指定的试验条件。多状态参数是指悬浮高度和悬浮橇车上负载，悬浮高度和负载是试验的要求，预先指定的试验条件。

数值仿真方法为现有技术，可采用现有的工程软件进行，如CFD数值仿真方法等。

第四步，气动力矩判断，

将第三步得到的全试验速度包络、多状态参数下悬浮橇车的气动力矩与悬浮系统确定的悬浮橇车气动力矩可承受的最大值进行对比，若所有气动力矩都小于等于气动力矩可承受的最大值，则转入第五步，否则转入第七步；

第五步，升力判断

将第三步得到的全试验速度包络、多状态参数下悬浮橇车的升力与悬浮系统确定的悬浮橇车升力可承受的最大值进行对比，若所有升力都小于等于升力可承受的最大值，则转入第六步，否则转入第八步；

第六步，气动阻力判断，

将第三步得到的全试验速度包络、多状态参数下悬浮橇车的气动阻力与推进系统确定的悬浮橇车气动阻力可承受的最大值进行对比，若所有气动阻力都小于等于气动阻力的可承受的最大值，则转入第十步，否则转入第九步；