[发明专利]自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验装置和方法

说明书

本发明公开一种自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验装置，包括强迫旋转组件和自动切换组件，强迫旋转组件和自动切换组件设于试验模型内部，强迫旋转组件和自动切换组件配合，能稳定驱动试验模型进行强迫旋转；设计了自动切换组件中各部件的结构及连接方式，通过电磁制动原理，实现了不同试验模型在自由旋转和强迫旋转来回切换的试验需求；本发明公开一种自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验方法，实现了试验模型在不同来流马赫数、尾支杆姿态、尾翼鸭舵舵面角度以及自旋角度速度下的静态和动态测力试验，结构简单，拆装方便，且易于操作和控制。

技术领域

本发明是一种自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验装置和方法，属于风洞试验技术领域。

背景技术

为了简化控制系统及克服推力偏心、气动偏心和质量偏心等不利因素的影响，往往使导弹在飞行中作低速旋转，但是导弹的旋转又产生了一个不利的因素---侧向诱导效应，称为马格努斯效应。该效应对导弹的稳定性和操纵性有严重影响。马格努斯效应试验的目的在于通过风洞试验测量旋转模型上的马格努斯力和力矩的量值，研究不同气动外形、马赫数、雷诺数、攻角以及旋转速率等因素对马格努斯力和力矩的影响规律，进一步评估马格努斯效应对气动特性、飞行特性和控制特性的影响。

目前马格努斯效应试验按模型旋转方式分自转和强迫旋转两类。模型自转是靠弹体上的斜置翼或不同的舵偏角产生的滚转力矩产生的，自转模型转速有一稳定值，此值的大小随模型外形、弹翼斜置角、气流M数及模型迎角等变化，同时自由旋转往往由于支撑系统的机械阻尼不能达到需要的旋转速率而得不到完整的马格努斯效应数据，更多地用于旋转速率和旋转阻尼试验；强迫旋转是借助外力强迫模型旋转，模型的转速是不断变化的，利用增速法或减速法来记录模型气动力数据随转速的变化，对于电机驱动的系统，可以保持旋转速率为常数而记录不同攻角下的数据，或者在每个攻角下改变旋转速率，但是有时需要100000rpm的高转速来模拟全尺寸飞行的旋转速率参数，如果采用合理尺寸的电机驱动，达到这样的速度是非常困难的，甚至是不可能的，较高转速的模型一般不适用于电机驱动。为了减少常规风洞试验和马格努斯效应试验来回拆装模型、马格努斯效应试验针对不同试验模型需要在自由旋转和强迫旋转来回切换以及试验过程中舵偏状态工况的远程操控，并提高试验效率、减少吹风次数，对以上试验项目进行结构优化和功能组合成为设计的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验装置和方法，设计了强迫旋转组件和自动切换组件的结构，通过电机系统及电磁制动组件的工作状态调整试验模型的旋转状态，实现了不同试验模型在自由旋转和强迫旋转来回切换的试验需求。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种自由旋转和强迫旋转自动切换的风洞测力试验装置，包括强迫旋转组件和自动切换组件；

所述强迫旋转组件包括电机系统、电机连接轴和安装机构；所述强迫旋转组件通过安装机构安装于试验模型内部，电机系统的输出轴与电机连接轴连接，且与试验模型同轴；

所述自动切换组件包括电磁制动组件、压紧分离组件和推力组件；所述电磁制动组件包括转子和定子，定子与所述安装机构固定连接；所述压紧分离组件包括固定件和运动件；所述固定件与试验模型内壁固定连接；所述运动件套于电机连接轴外部，所述运动件可沿电机连接轴轴线移动并传递扭矩；所述运动件尾端设有推力组件；

电磁制动组件未启动时，所述转子与定子分离，推力组件推动运动件沿试验模型轴向移动，实现固定件和运动件的配合，电机连接轴依次带动运动件、固定件和试验模型进行强迫旋转；

电磁制动组件启动时，所述转子与定子贴紧，转子带动运动件克服推力组件的推力，解除固定件和运动件的配合，试验模型自由旋转。

进一步的，所述固定件和运动件分别设有相互匹配的第一限位机构和第二限位机构；第一限位机构和第二限位机构配合实现固定件和运动件在轴向的连接且限制第一限位机构和第二限位机构沿周向的相对运动。