本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)計(jì)和風(fēng)洞試驗(yàn)，尤其涉及一種自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)及航空航天工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

舵面是飛行器的主要控制面，為了獲得足夠機(jī)動(dòng)能力，大多飛行器依靠舵面偏轉(zhuǎn)來(lái)提供多種控制力矩，但隨著飛行速度的增加，舵偏氣動(dòng)效率會(huì)明顯下降，直接威脅飛行器的飛行穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。

現(xiàn)有的多種高超聲速飛行器仍采用舵面提供控制力矩。針對(duì)高超聲速飛行器舵面效率問(wèn)題，現(xiàn)有的主要試驗(yàn)研究手段是采用靜態(tài)測(cè)力等定常技術(shù)，此類(lèi)技術(shù)雖可進(jìn)行較高馬赫數(shù)試驗(yàn)，但未考慮舵面偏轉(zhuǎn)后控制與運(yùn)動(dòng)耦合動(dòng)態(tài)問(wèn)題。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的風(fēng)洞虛擬飛行試驗(yàn)技術(shù)很好解決了上述缺陷，把傳統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)拓展到流動(dòng)、飛行、控制一體化高度。但風(fēng)洞虛擬飛行試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)有能力僅能做到亞聲速。由上可知，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)超聲速及高超聲速飛行器的舵面控制效果問(wèn)題的研究能力是有限的，而高超時(shí)舵面的控制效果恰恰是最容易出問(wèn)題。因此急需一種將舵面偏轉(zhuǎn)與飛行器耦合運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的試驗(yàn)技術(shù)來(lái)研究高超聲速飛行器舵面動(dòng)態(tài)控制效果問(wèn)題，而開(kāi)發(fā)試驗(yàn)技術(shù)需要配套的試驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置，該偏轉(zhuǎn)裝置克服了風(fēng)洞自由飛模型小、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大等問(wèn)題，解決了模型在風(fēng)洞自由飛無(wú)支撐過(guò)程中的舵面偏轉(zhuǎn)觸發(fā)及角度控制難題。

本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置，包括舵面組件、轉(zhuǎn)軸塊、壓縮彈簧、拔銷(xiāo)以及舵偏控制塊，其中舵面組件為兩個(gè)，通過(guò)舵面轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)安裝在轉(zhuǎn)軸塊上，壓縮彈簧安裝在轉(zhuǎn)軸塊內(nèi)部的盲孔中，舵面控制塊上開(kāi)設(shè)通孔，轉(zhuǎn)軸塊上開(kāi)設(shè)拔銷(xiāo)孔，舵面組件處于初始偏轉(zhuǎn)角度時(shí)，拔銷(xiāo)穿過(guò)舵面控制塊的通孔插入轉(zhuǎn)軸塊的拔銷(xiāo)孔中，壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)；拔銷(xiāo)拔出后，轉(zhuǎn)軸塊在壓縮彈簧推力的作用下帶動(dòng)舵面組件共同繞著舵面轉(zhuǎn)軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)軸塊的角度控制面碰到舵偏控制塊的舵偏控制面。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述舵面組件包括轉(zhuǎn)軸和舵面，轉(zhuǎn)軸的一端與舵面固定連接，轉(zhuǎn)軸的另一端形成凸臺(tái)，通過(guò)所述凸臺(tái)與轉(zhuǎn)軸塊固定連接。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述凸臺(tái)通過(guò)采用兩個(gè)平行的平面對(duì)轉(zhuǎn)軸的圓柱端進(jìn)行切削形成，所述兩個(gè)平行的平面與過(guò)轉(zhuǎn)軸軸線的平面平行，且關(guān)于所述平面對(duì)稱(chēng)。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述轉(zhuǎn)軸塊上開(kāi)設(shè)貫通的轉(zhuǎn)軸安裝孔，且轉(zhuǎn)軸安裝孔的上下端面上各對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)兩個(gè)通孔，所述轉(zhuǎn)軸的凸臺(tái)分別從轉(zhuǎn)軸安裝孔的兩端伸入安裝孔內(nèi)，并通過(guò)螺釘擰入轉(zhuǎn)軸塊的通孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)舵面組件與轉(zhuǎn)軸塊的固定。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，還包括底板，壓縮彈簧一端固定在所述底板上，另一端頂在轉(zhuǎn)軸塊內(nèi)部開(kāi)設(shè)的盲孔底部，且舵偏控制塊固定安裝在底板上。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述盲孔底部一側(cè)的轉(zhuǎn)軸塊本體上開(kāi)設(shè)安裝孔，另一側(cè)的轉(zhuǎn)軸塊本體表面上形成角度控制面，且轉(zhuǎn)軸塊本體開(kāi)設(shè)拔銷(xiāo)孔。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述舵偏控制塊為一端敞開(kāi)的腔體結(jié)構(gòu)，所述腔體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁平面作為舵偏控制面，轉(zhuǎn)軸塊帶有角度控制面的本體一端容納在所述腔體結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)軸塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸塊的角度控制面與舵偏控制塊的舵偏控制面接觸。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述舵偏控制塊腔體結(jié)構(gòu)的底部開(kāi)設(shè)通孔，拔銷(xiāo)穿過(guò)所述通孔插入轉(zhuǎn)軸塊的拔銷(xiāo)孔中。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，所述拔銷(xiāo)的軸線過(guò)自由飛模型的質(zhì)心；采用絲線將拔銷(xiāo)和外部發(fā)射裝置連接起來(lái)，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，自由飛模型被發(fā)射裝置發(fā)射到流場(chǎng)中，當(dāng)絲線達(dá)到其長(zhǎng)度極限時(shí)，拔銷(xiāo)被拔出。

在上述自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)舵偏控制面的上下高度可調(diào)節(jié)舵面組件的舵面偏轉(zhuǎn)角度；通過(guò)采用不同彈力的壓縮彈簧可模擬多種舵面偏轉(zhuǎn)速度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)、本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置，該裝置包括舵面組件、轉(zhuǎn)軸塊、壓縮彈簧、拔銷(xiāo)以及舵偏控制塊，通過(guò)對(duì)舵面偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，克服了風(fēng)洞自由飛模型小、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大等問(wèn)題，解決了模型在風(fēng)洞自由飛無(wú)支撐過(guò)程中的舵面偏轉(zhuǎn)觸發(fā)及角度控制難題；

(2)、本發(fā)明中舵偏角控制面可控制轉(zhuǎn)軸塊及舵面的偏轉(zhuǎn)角度，通過(guò)調(diào)節(jié)舵偏控制面到拔銷(xiāo)孔軸線的距離便可達(dá)到調(diào)節(jié)舵面偏角的目的，通過(guò)使用不同彈力彈簧可實(shí)現(xiàn)模擬不同舵偏角速度或舵偏時(shí)間的目的。

(3)、本發(fā)明整套機(jī)構(gòu)通過(guò)拔銷(xiāo)控制，拔銷(xiāo)拔出后壓縮彈簧會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)軸塊及舵軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩個(gè)舵面通過(guò)同一個(gè)轉(zhuǎn)軸塊連接，可保證兩個(gè)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)時(shí)同步性，從而避免左右舵偏轉(zhuǎn)不同步引起的氣動(dòng)干擾；

(4)、本發(fā)明拔銷(xiāo)孔軸線過(guò)模型質(zhì)心，可最大程度減小拔銷(xiāo)動(dòng)作對(duì)模型自由運(yùn)動(dòng)的影響。

(5)、本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)后彈簧仍有部分推力，從而防止舵面在氣動(dòng)力作用下回偏。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明自由飛模型中舵面位置示意圖；

圖2為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明舵面組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明舵偏控制塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置觸發(fā)前機(jī)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置觸發(fā)后機(jī)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

如圖1所示為本發(fā)明自由飛模型中舵面位置示意圖，舵面組件1位于自由飛模型兩邊翼面的后段。如圖2所示為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置包括舵面組件1、轉(zhuǎn)軸塊2、壓縮彈簧5、拔銷(xiāo)4、舵偏控制塊3以及底板6(圖2中未給出壓縮彈簧5和底板6)。

如圖3所示為本發(fā)明舵面組件結(jié)構(gòu)示意圖，舵面組件1為兩個(gè)，由圖可知本發(fā)明舵面組件1包括轉(zhuǎn)軸1-1和舵面1-3，轉(zhuǎn)軸1-1的一端與舵面1-3固定連接或一體化成型，轉(zhuǎn)軸1-1的另一端形成凸臺(tái)1-2，通過(guò)凸臺(tái)1-2與轉(zhuǎn)軸塊2固定連接。

凸臺(tái)1-2通過(guò)采用兩個(gè)平行的平面對(duì)轉(zhuǎn)軸1-1的圓柱端進(jìn)行切削形成，兩個(gè)平行的平面與過(guò)轉(zhuǎn)軸1-1軸線的平面平行，且關(guān)于該平面對(duì)稱(chēng)，即兩個(gè)平行的平面與該平面之間的距離相等。通過(guò)切削形成的凸臺(tái)1-2為近似長(zhǎng)方形凸臺(tái)，該長(zhǎng)方形凸臺(tái)與轉(zhuǎn)軸塊2上開(kāi)設(shè)的轉(zhuǎn)軸安裝孔2-2配合實(shí)現(xiàn)固定連接。

如圖4所示為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸塊結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)軸塊2內(nèi)部開(kāi)設(shè)盲孔2-5，盲孔2-5一側(cè)的轉(zhuǎn)軸塊本體上開(kāi)設(shè)貫通的轉(zhuǎn)軸安裝孔2-2，且轉(zhuǎn)軸安裝孔2-2的上下端面上各對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)兩個(gè)圓形通孔2-1，兩個(gè)舵面組件1的轉(zhuǎn)軸1-1的凸臺(tái)1-2分別從轉(zhuǎn)軸安裝孔2-2的兩端伸入安裝孔2-2內(nèi)，并通過(guò)螺釘擰入轉(zhuǎn)軸塊的通孔2-1內(nèi)，實(shí)現(xiàn)舵面組件1與轉(zhuǎn)軸塊2的固定。安裝孔2-2為與凸臺(tái)1-2形狀匹配的近似方形孔。即左右兩個(gè)舵面組件1通過(guò)各自的舵軸1-1、以及舵軸1-1末端的長(zhǎng)方形凸臺(tái)1-2連接在同一個(gè)轉(zhuǎn)軸塊2的方孔2-2內(nèi)，并使用螺釘擰入轉(zhuǎn)軸塊圓孔2-1內(nèi)，固定舵面1和轉(zhuǎn)軸塊2，防止舵面1脫落，舵面組件1與轉(zhuǎn)軸塊2可繞舵軸1-1的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。

盲孔2-5另一側(cè)的轉(zhuǎn)軸塊2本體表面上形成角度控制面2-3，且轉(zhuǎn)軸塊2本體上開(kāi)設(shè)拔銷(xiāo)孔2-4，拔銷(xiāo)4穿過(guò)舵面控制塊3的通孔3-2插入轉(zhuǎn)軸塊2的拔銷(xiāo)孔2-4中。

壓縮彈簧5一端固定在底板6上，另一端頂在轉(zhuǎn)軸塊2內(nèi)部開(kāi)設(shè)的盲孔2-5底部，且舵偏控制塊3固定安裝在底板6上。如圖6所示。

如圖5所示為本發(fā)明舵偏控制塊結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知舵偏控制塊3內(nèi)部開(kāi)槽，形成一端敞開(kāi)的腔體結(jié)構(gòu)，腔體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁平面作為舵偏控制面3-1，轉(zhuǎn)軸塊2帶有角度控制面2-3的本體一端容納在該腔體結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)軸塊2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸塊2的角度控制面2-3與舵偏控制塊3的舵偏控制面3-1接觸。通過(guò)調(diào)節(jié)舵偏控制面3-1的上下高度可調(diào)節(jié)舵面組件1的舵面偏轉(zhuǎn)角度；通過(guò)采用不同彈力的壓縮彈簧5可模擬多種舵面偏轉(zhuǎn)速度。

舵偏控制塊3腔體結(jié)構(gòu)的底部開(kāi)設(shè)通孔3-2，拔銷(xiāo)4穿過(guò)該通孔3-2插入轉(zhuǎn)軸塊2的拔銷(xiāo)孔2-4中，拔銷(xiāo)4的軸線過(guò)自由飛模型的質(zhì)心。

本發(fā)明自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置工作過(guò)程如下：

如圖6所示為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置觸發(fā)前機(jī)構(gòu)示意圖，試驗(yàn)開(kāi)始前，將拔銷(xiāo)4通過(guò)舵面控制塊的通孔3-2插入轉(zhuǎn)軸塊的拔銷(xiāo)孔2-4中，此時(shí)自由飛模型的舵面組件1處于偏轉(zhuǎn)初始角度，同時(shí)壓縮彈簧5處于其較大壓縮狀態(tài)，拔銷(xiāo)4軸線過(guò)模型質(zhì)心，使用絲線將拔銷(xiāo)4和外部發(fā)射裝置連接起來(lái)。

如圖7所示為本發(fā)明舵面偏轉(zhuǎn)裝置觸發(fā)后機(jī)構(gòu)示意圖，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，自由飛模型被發(fā)射裝置發(fā)射到流場(chǎng)中，當(dāng)絲線達(dá)到其長(zhǎng)度極限時(shí)，拔銷(xiāo)4被拔出，由于拔銷(xiāo)4軸線過(guò)質(zhì)心，拔銷(xiāo)過(guò)程可最大程度減小對(duì)模型運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的影響。拔銷(xiāo)4被拔出后，轉(zhuǎn)軸塊2在壓縮彈簧5推力的作用下帶動(dòng)舵面組件1共同繞著轉(zhuǎn)軸1-1的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)軸塊2角度控制面2-3碰到舵偏控制面3-1為止，此時(shí)舵面組件1的偏轉(zhuǎn)角為舵偏的最終位置，此時(shí)壓縮彈簧5仍有部分推力，可防止舵面在氣動(dòng)力作用下回偏，舵面偏轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束。

本發(fā)明具有以下主要特點(diǎn)及難點(diǎn)：

1)模型需在完全自由狀態(tài)進(jìn)行舵面偏轉(zhuǎn)工作。自由飛模型的最主要特點(diǎn)就是模型無(wú)支撐，模型運(yùn)動(dòng)無(wú)干擾，但這也對(duì)觸發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了較大難題；

2)自由飛模型尺寸受風(fēng)洞有效流場(chǎng)區(qū)域及發(fā)射系統(tǒng)性能的限制，模型尺寸一般較小。本發(fā)明試驗(yàn)中，自由飛模型外形最大尺寸≈100mm×80mm×40mm，由于飛行器機(jī)翼及頭部較薄，忽略不能被利用部分，能用來(lái)安裝作動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間遠(yuǎn)小于上述尺寸，模型設(shè)計(jì)難度增大；

3)模型作動(dòng)機(jī)構(gòu)需放置在模型內(nèi)部。風(fēng)洞自由飛試驗(yàn)區(qū)別于靜態(tài)測(cè)力試驗(yàn)，后者其作動(dòng)機(jī)構(gòu)可安裝在模型外側(cè)，而自由飛模型本身體積小，且作動(dòng)機(jī)構(gòu)又必須安裝在狹小模型內(nèi)部，同樣增加了模型設(shè)計(jì)難度；

4)自由飛模型需要與實(shí)際模型具備相似的質(zhì)量分布特性。這些特性包括模型質(zhì)心及慣量值，因此在進(jìn)行模型內(nèi)部作動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)需兼顧模型質(zhì)量參數(shù)的要求，增加了模型設(shè)計(jì)的難度；

5)本發(fā)明要求模型舵面能夠模擬多種舵面偏轉(zhuǎn)速度和多種舵面展開(kāi)角度，且舵面偏轉(zhuǎn)后為保證舵偏角，機(jī)構(gòu)需具備抵抗風(fēng)洞氣流作用能力，防止舵面回偏，模型設(shè)計(jì)難度進(jìn)一步增大。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)的自由飛模型舵面偏轉(zhuǎn)裝置很好的解決了上述問(wèn)題，整套機(jī)構(gòu)通過(guò)拔銷(xiāo)控制，拔銷(xiāo)拔出后壓縮彈簧會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)軸塊及舵軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩個(gè)舵面通過(guò)同一個(gè)轉(zhuǎn)軸塊連接，可保證兩個(gè)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)時(shí)同步性，從而避免左右舵偏轉(zhuǎn)不同步引起的氣動(dòng)干擾。舵偏角控制面可控制轉(zhuǎn)軸塊及舵面的偏轉(zhuǎn)角度，通過(guò)調(diào)節(jié)舵偏控制面到拔銷(xiāo)孔軸線的距離便可達(dá)到調(diào)節(jié)舵面偏角的目的。通過(guò)使用不同彈力彈簧可實(shí)現(xiàn)模擬不同舵偏角速度或舵偏時(shí)間的目的。拔銷(xiāo)孔軸線過(guò)模型質(zhì)心，可最大程度減小拔銷(xiāo)動(dòng)作對(duì)模型自由運(yùn)動(dòng)的影響。舵面偏轉(zhuǎn)后彈簧仍有部分推力，從而防止舵面在氣動(dòng)力作用下回偏。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。