一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统的制作方法

1.本发明属于飞行器试验技术领域，具体涉及一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统。


背景技术：

2.跨介质飞行器水空跨越试验高速拖曳系统是用于开展模拟跨介质飞行器冲击入水和冲击出水的运动过程的试验设备，运动机构带动模型以一定的速度冲击入水、冲击出水。
3.中国专利文献库公开了发明名称为一种变角度、变速度模型出入水装置（申请号202210291775.3），其模型出入水的轨道角和模型姿态角可大范围稳定调节（一般满足30
°
~90
°
）。出入水过程中，能够同步测量模型受到的冲击载荷、头部形变以及介质分离面形态等参数，为飞行器的研制提供数据支撑。
4.但是，根据跨介质飞行器实际使用工况，对于高速拖曳系统提高了能力要求。现要求高速拖曳系统的模型的入水角度与水平线之间的角度调节范围扩大至0
°
~120
°
，模型出入水速度范围扩大至0.1m/s～20m/s，速度控制精度达到0.1m/s。同时，受到水槽深度与出入水轨道长度限制，跨介质飞行器模型需要在较短距离内实现速度归零。
5.因此，要求用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统具备更大的出入水角度和更大范围的出入水速度调节能力，并且出入水轨道具备长悬臂结构的几何特征，尤其是，跨介质飞行器模型在加减速出入水过程中的受力复杂对结构设计具有极大的挑战。
6.当前，亟需发展一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是提供一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统。
8.本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特点是，所述的高速拖曳系统包括水槽轨道、水槽轨道车、出入水轨道组件、轨道模型车、模型车驱动系统、紧急缓冲器、前导向组件、前导向车和夹轨器；出入水轨道组件包括液压油缸驱动系统、模型车轨道梁、轨道梁支撑杆件机构；水槽轨道横跨水槽，水槽轨道的左、右两端下表面分别固定在水槽的左、右两侧顶面；水槽轨道的右侧装卡和支撑水槽轨道车；水槽轨道车的左端通过轨道梁支撑杆件机构与模型车轨道梁上段的下表面连接；水槽轨道车的中段安装有液压油缸驱动系统；水槽轨道车的右端安装有装卡在水槽轨道右端下表面的夹轨器；水槽轨道的左侧装卡和支撑前导向车；前导向车的左端安装有装卡在水槽轨道左端下表面的夹轨器；前导向车的右端通过前导向组件与模型车轨道梁下段的上表面连接；模型车轨道梁为长悬臂结构，模型车轨道梁顶端安装有模型车驱动系统；模型车
轨道梁中段的上表面安装有轨道模型车，飞行器模型通过模型支架安装在轨道模型车上；模型车轨道梁下端的上表面安装有紧急缓冲器；模型车驱动系统通过同步带驱动轨道模型车。
9.所述的轨道梁支撑杆件机构包括固定铰支座ⅰ、水平限位滑轨、连接杆ⅰ、连接杆ⅱ、连接杆ⅲ和固定铰支座ⅱ；在液压油缸驱动系统的左侧依次安装水平限位滑轨和固定铰支座ⅰ，右侧安装固定铰支座ⅱ；液压油缸驱动系统的液压杆的左端固定在左侧固定铰支座ⅰ上，液压杆的右端通过销与连接杆ⅰ固定，销装卡在水平限位滑轨中，销沿水平限位滑轨左右移动；连接杆ⅰ和连接杆ⅲ平行，连接杆ⅰ和连接杆ⅲ的固定端从下至上依次铰接在模型车轨道梁上，连接杆ⅰ的中点铰接在连接杆ⅱ的上端，连接杆ⅲ的悬空端铰接在连接杆ⅱ的下部；连接杆ⅱ与模型车轨道梁的上表面平行，连接杆ⅱ的下端铰接在固定铰支座ⅰ上；液压油缸驱动系统推动液压杆左右伸缩，通过连接杆ⅰ、连接杆ⅱ和连接杆ⅲ组成的连杆机构，改变模型车轨道梁的倾斜角度；液压杆左右伸缩过程中，连接杆ⅰ和连接杆ⅲ保持平行相位，连接杆ⅱ与模型车轨道梁的上表面保持平行相位。
10.进一步地，所述的前导向组件包括l型杆、倾斜限位滑轨和直杆；倾斜限位滑轨为板条，中心轴线上开有通槽，还设置有上端缺口；l型杆的竖直段固定在前导向车的下表面，l型杆的水平段与水面平行，水平段的末端通过销装卡在倾斜限位滑轨的通槽内；直杆垂直于模型车轨道梁的上表面，直杆的固定端固定在模型车轨道梁上，直杆的自由端通过销装卡在倾斜限位滑轨的通槽内；液压油缸驱动系统通过轨道梁支撑杆件机构带动模型车轨道梁改变倾斜角度，使得前导向组件带动前导向车沿水槽轨道左右移动，倾斜限位滑轨限制模型车轨道梁下端的横向位移，并提高竖直方向刚度，当模型车轨道梁的倾斜角度小于30
°
时，模型车轨道梁通过倾斜限位滑轨上端缺口与前导向车脱离，避免干涉影响。
11.进一步地，所述的出入水轨道组件的材料为304钢板，高速拖曳系统的剩余组件的材料为q355b钢板。
12.进一步地，所述的同步带具有弹性，符合包括gbt13487在内的圆弧齿同步带标准。
13.本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，通过液压油缸驱动系统驱动轨道梁支撑杆件机构实现模型车轨道梁的倾斜角度在0
°
~120
°
范围内的连续大范围调节，实现了调节飞行器模型入水角度的功能。飞行器模型在轨道模型车的带动下进行冲击入水或者冲击出水试验，当飞行器模型的头部接触水面时，模型车驱动系统控制轨道模型车减速停车，紧急缓冲器防止模型车驱动系统制动失效导致飞行器模型损坏模型车轨道梁。飞行器模型的出入水速度通过模型车驱动系统自动调节，飞行器模型的姿态角通过更换模型支架手动调节。前导向组件和前导向车限制模型车轨道梁下端的横向位移，并提高竖直方向刚度；当模型车轨道梁倾斜角度小于30
°
时，模型车轨道梁通过前导向组件上端缺口与前导向车脱离，避免出现干涉影响；在试验结束时，使模型车轨道梁脱离水面，减小锈腐蚀损伤，便于保养维修，延长高速拖曳系统的使用寿命。夹轨器提高了水槽轨道车的结构稳定性，防止水槽轨道车倾倒并抑制飞行器模型出入水时刻产生的冲击载荷。
14.另外，相比传统液压油缸直接支撑模型车轨道梁的方式，本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统中的轨道梁支撑杆件机构能够有效减小液压杆的行程，
提升液压油缸驱动系统的稳定性。同时不需要更换铰点就能够实现模型车轨道梁（4）的倾斜角度在0
°
~120
°
范围调节，首次实现了倾斜角度大于90
°
的工况能力。
15.本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统具有以下特点：1.通过设计水槽轨道车、出入水轨道组件与前导向组件的结构尺寸与连接方式，在液压油缸行程较短、不更换铰点的情况下，具备飞行器模型大范围入水角度调节能力，使入水角度与水平线之间的角度范围为0
°
～120
°
，实现了大于90
°
的冲击入水试验工况，并具备了较高稳定性。
16.2.模型车驱动系统采用二次调节液压马达驱动的同步带带动飞行器模型高速出入水，实现短距离速度大范围调节能力与高精度速度控制精度。
17.3.在模型车轨道梁入水端增加前导向组件与前导向车，具备与模型车轨道梁组合、脱离功能，在提高出入水轨道组件刚度同时，也不阻碍模型车轨道梁脱离水面，有助于降低腐蚀损伤，提高保养安全性。
18.总而言之，本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统具备不更换铰点实现大角度出入水角度（0
°
~120
°
）、大范围出入水速度（0.1m/s～20m/s）、更精确的速度调节能力（0.1m/s），能够为跨介质飞行器研制提供技术支持。
附图说明
19.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
20.图1为本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统的结构示意图；图2为本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统中的轨道梁支撑杆件机构放大图。
21.图中，1.水槽轨道；2.水槽轨道车；3.液压油缸驱动系统；4.模型车轨道梁；5.轨道梁支撑杆件机构；6.轨道模型车；7.模型车驱动系统；8.紧急缓冲器；9.前导向组件；10.前导向车；11.夹轨器；501.固定铰支座ⅰ；502.水平限位滑轨；503.连接杆ⅰ；504.连接杆ⅱ；505.连接杆ⅲ；506.固定铰支座ⅱ；901.l型杆；902.倾斜限位滑轨；903.直杆。
实施方式
22.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
23.如图1所示，本发明的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统包括水槽轨道1、水槽轨道车2、出入水轨道组件、轨道模型车6、模型车驱动系统7、紧急缓冲器8、前导向组件9、前导向车10和夹轨器11；出入水轨道组件包括液压油缸驱动系统3、模型车轨道梁4、轨道梁支撑杆件机构5；水槽轨道1横跨水槽，水槽轨道1的左、右两端下表面分别固定在水槽的左、右两侧顶面；水槽轨道1的右侧装卡和支撑水槽轨道车2；水槽轨道车2的左端通过轨道梁支撑杆件机构5与模型车轨道梁4上段的下表面连接；水槽轨道车2的中段安装有液压油缸驱动系统3；水槽轨道车2的右端安装有装卡在水槽轨道1右端下表面的夹轨器11；
水槽轨道1的左侧装卡和支撑前导向车10；前导向车10的左端安装有装卡在水槽轨道1左端下表面的夹轨器11；前导向车10的右端通过前导向组件9与模型车轨道梁4下段的上表面连接；模型车轨道梁4为长悬臂结构，模型车轨道梁4顶端安装有模型车驱动系统7；模型车轨道梁4中段的上表面安装有轨道模型车6，飞行器模型通过模型支架安装在轨道模型车6上；模型车轨道梁4下端的上表面安装有紧急缓冲器8；模型车驱动系统7通过同步带驱动轨道模型车6。
24.进一步地，如图2所示，所述的轨道梁支撑杆件机构5包括固定铰支座ⅰ501、水平限位滑轨502、连接杆ⅰ503、连接杆ⅱ504、连接杆ⅲ505和固定铰支座ⅱ506；在液压油缸驱动系统3的左侧依次安装水平限位滑轨502和固定铰支座ⅰ501，右侧安装固定铰支座ⅱ506；液压油缸驱动系统3的液压杆的左端固定在左侧固定铰支座ⅰ501上，液压杆的右端通过销与连接杆ⅰ503固定，销装卡在水平限位滑轨502中，销沿水平限位滑轨502左右移动；连接杆ⅰ503和连接杆ⅲ505平行，连接杆ⅰ503和连接杆ⅲ505的固定端从下至上依次铰接在模型车轨道梁4上，连接杆ⅰ503的中点铰接在连接杆ⅱ504的上端，连接杆ⅲ505的悬空端铰接在连接杆ⅱ504的下部；连接杆ⅱ504与模型车轨道梁4的上表面平行，连接杆ⅱ504的下端铰接在固定铰支座ⅰ501上；液压油缸驱动系统3推动液压杆左右伸缩，通过连接杆ⅰ503、连接杆ⅱ504和连接杆ⅲ505组成的连杆机构，改变模型车轨道梁4的倾斜角度；液压杆左右伸缩过程中，连接杆ⅰ503和连接杆ⅲ505保持平行相位，连接杆ⅱ504与模型车轨道梁4的上表面保持平行相位。
25.进一步地，所述的前导向组件9包括l型杆901、倾斜限位滑轨902和直杆903；倾斜限位滑轨902为板条，中心轴线上开有通槽，还设置有上端缺口；l型杆901的竖直段固定在前导向车10的下表面，l型杆901的水平段与水面平行，水平段的末端通过销装卡在倾斜限位滑轨902的通槽内；直杆903垂直于模型车轨道梁4的上表面，直杆903的固定端固定在模型车轨道梁4上，直杆903的自由端通过销装卡在倾斜限位滑轨902的通槽内；液压油缸驱动系统3通过轨道梁支撑杆件机构5带动模型车轨道梁4改变倾斜角度，使得前导向组件9带动前导向车10沿水槽轨道1左右移动，倾斜限位滑轨902限制模型车轨道梁4下端的横向位移，并提高竖直方向刚度，当模型车轨道梁4的倾斜角度小于30
°
时，模型车轨道梁4通过倾斜限位滑轨902上端缺口与前导向车10脱离，避免干涉影响。
26.进一步地，所述的出入水轨道组件的材料为304钢板，高速拖曳系统的剩余组件的材料为q355b钢板。
27.进一步地，所述的同步带具有弹性，符合包括gbt13487在内的圆弧齿同步带标准。
28.实施例1
29.为了表述简洁，实施例1中的飞行器模型简称模型，液压马达简称马达。
30.本实施例的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统能够用于以下工况：a.模型低速入水模型从空气进入水中，速度小于10m/s（对应的液压马达转速750rpm，正向旋转），存在以下两种试验工况：匀速入水工况：模型从静止加速，在头部入水之前，速度达到设定的匀速值；在模
型头部接触水面直至模型完全入水的整个过程中（静水条件），模型均维持匀速状态；在模型尾部完全入水后，模型开始减速并在到达轨道端部之前停止。在模型入水前的匀速阶段，当模型设定的匀速值介于0.1m/s～10m/s（对应马达转速范围60rpm～750rpm）之间时，速度控制精度为
±
0.1m/s（对应马达转速精度
±
7.5rpm）。
31.自由入水工况：模型从静止加速，在头部入水之前，速度达到设定的匀速值；在模型头部距水面一定距离时，马达开始卸载；在模型头部接触水面之前，马达全部卸载、输出力矩为零，模型自由入水；在模型尾部完全入水后，马达加载、输出制动力矩，模型在到达轨道端部之前减速停车。在模型入水前的匀速阶段且马达还未卸载时，当模型设定的匀速值介于0.1m/s～10m/s之间时，速度控制精度为
±
0.1m/s。
32.b.模型高速入水模型从空气进入水中，速度介于10m/s～20m/s（对应液压马达转速范围750rpm～1500rpm，正向旋转），存在以下两种试验工况。
33.匀速入水工况：模型从静止加速，在头部入水之前，速度达到设定的匀速值；在模型头部接触水面直至模型完全入水的整个过程中（静水条件），模型均维持匀速状态；在模型尾部完全入水后，模型开始减速并在到达轨道端部之前停止。
34.自由入水工况：模型从静止加速，在头部入水之前，速度达到设定的匀速值；在模型头部距水面一定距离时，马达开始卸载；在模型头部接触水面之前，马达全部卸载、输出力矩为零，模型自由入水；在模型尾部完全入水后，马达加载、输出制动力矩，模型在到达轨道端部之前减速停车。
35.c.模型出水模型从水中进入空气，速度小于10m/s（对应液压马达转速750rpm，反向旋转），存在以下两种试验工况。
36.匀速出水工况：模型从静止加速，在头部出水之前，速度达到设定的匀速值；在模型头部接触水面直至模型完全出水的整个过程中（静水条件），模型均维持匀速状态；在模型尾部完全出水后，模型开始减速并在到达轨道端部之前停止。
37.自由出水工况：模型从静止加速，在头部出水之前，速度达到设定的匀速值；在模型头部距水面一定距离时，马达开始卸载；在模型头部接触水面之前，马达全部卸载、输出力矩为零，使模型自由出水。在模型尾部完全出水后，马达开始加载、输出制动力矩，使模型在到达轨道端部之前减速停车。
38.本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特征在于，所述的高速拖曳系统包括水槽轨道（1）、水槽轨道车（2）、出入水轨道组件、轨道模型车（6）、模型车驱动系统（7）、紧急缓冲器（8）、前导向组件（9）、前导向车（10）和夹轨器（11）；出入水轨道组件包括液压油缸驱动系统（3）、模型车轨道梁（4）、轨道梁支撑杆件机构（5）；水槽轨道（1）横跨水槽，水槽轨道（1）的左、右两端下表面分别固定在水槽的左、右两侧顶面；水槽轨道（1）的右侧装卡和支撑水槽轨道车（2）；水槽轨道车（2）的左端通过轨道梁支撑杆件机构（5）与模型车轨道梁（4）上段的下表面连接；水槽轨道车（2）的中段安装有液压油缸驱动系统（3）；水槽轨道车（2）的右端安装有装卡在水槽轨道（1）右端下表面的夹轨器（11）；水槽轨道（1）的左侧装卡和支撑前导向车（10）；前导向车（10）的左端安装有装卡在水槽轨道（1）左端下表面的夹轨器（11）；前导向车（10）的右端通过前导向组件（9）与模型车轨道梁（4）下段的上表面连接；模型车轨道梁（4）为长悬臂结构，模型车轨道梁（4）顶端安装有模型车驱动系统（7）；模型车轨道梁（4）中段的上表面安装有轨道模型车（6），飞行器模型通过模型支架安装在轨道模型车（6）上；模型车轨道梁（4）下端的上表面安装有紧急缓冲器（8）；模型车驱动系统（7）通过同步带驱动轨道模型车（6）。2.根据权利要求1所述的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特征在于，所述的轨道梁支撑杆件机构（5）包括固定铰支座ⅰ（501）、水平限位滑轨（502）、连接杆ⅰ（503）、连接杆ⅱ（504）、连接杆ⅲ（505）和固定铰支座ⅱ（506）；在液压油缸驱动系统（3）的左侧依次安装水平限位滑轨（502）和固定铰支座ⅰ（501），右侧安装固定铰支座ⅱ（506）；液压油缸驱动系统（3）的液压杆的左端固定在左侧固定铰支座ⅰ（501）上，液压杆的右端通过销与连接杆ⅰ（503）固定，销装卡在水平限位滑轨（502）中，销沿水平限位滑轨（502）左右移动；连接杆ⅰ（503）和连接杆ⅲ（505）平行，连接杆ⅰ（503）和连接杆ⅲ（505）的固定端从下至上依次铰接在模型车轨道梁（4）上，连接杆ⅰ（503）的中点铰接在连接杆ⅱ（504）的上端，连接杆ⅲ（505）的悬空端铰接在连接杆ⅱ（504）的下部；连接杆ⅱ（504）与模型车轨道梁（4）的上表面平行，连接杆ⅱ（504）的下端铰接在固定铰支座ⅰ（501）上；液压油缸驱动系统（3）推动液压杆左右伸缩，通过连接杆ⅰ（503）、连接杆ⅱ（504）和连接杆ⅲ（505）组成的连杆机构，改变模型车轨道梁（4）的倾斜角度；液压杆左右伸缩过程中，连接杆ⅰ（503）和连接杆ⅲ（505）保持平行相位，连接杆ⅱ（504）与模型车轨道梁（4）的上表面保持平行相位。3.根据权利要求1所述的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特征在于，所述的前导向组件（9）包括l型杆（901）、倾斜限位滑轨（902）和直杆（903）；倾斜限位滑轨（902）为板条，中心轴线上开有通槽，还设置有上端缺口；l型杆（901）的竖直段固定在前导向车（10）的下表面，l型杆（901）的水平段与水面平行，水平段的末端通过销装卡在倾斜限位滑轨（902）的通槽内；直杆（903）垂直于模型车轨道梁（4）的上表面，直杆（903）的固定端固定在模型车轨道梁（4）上，直杆（903）的自由端通过销装卡在倾斜限位滑轨（902）的通槽内；
液压油缸驱动系统（3）通过轨道梁支撑杆件机构（5）带动模型车轨道梁（4）改变倾斜角度，使得前导向组件（9）带动前导向车（10）沿水槽轨道（1）左右移动，倾斜限位滑轨（902）限制模型车轨道梁（4）下端的横向位移，并提高竖直方向刚度，当模型车轨道梁（4）的倾斜角度小于30
°
时，模型车轨道梁（4）通过倾斜限位滑轨（902）上端缺口与前导向车（10）脱离，避免干涉影响。4.根据权利要求1所述的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特征在于，所述的出入水轨道组件的材料为304钢板，高速拖曳系统的剩余组件的材料为q355b钢板。5.根据权利要求1所述的用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统，其特征在于，所述的同步带具有弹性，符合包括gbt13487在内的圆弧齿同步带标准。

技术总结
本发明属于飞行器试验技术领域，公开了一种用于跨介质飞行器水空跨越试验的高速拖曳系统。高速拖曳系统的水槽轨道横跨水槽的左、右两端。水槽轨道的右侧装卡水槽轨道车。水槽轨道车的左端通过轨道梁支撑杆件机构与模型车轨道梁上段的下表面连接；中段安装液压油缸驱动系统；水槽轨道车的右端安装夹轨器。水槽轨道的左侧装卡前导向车；前导向车的左端安装夹轨器，右端通过前导向组件与模型车轨道梁下段的上表面连接。模型车轨道梁顶端安装模型车驱动系统，中段通过轨道模型车安装飞行器模型，下端的上表面安装紧急缓冲器。具备不更换铰点实现0


技术研发人员：刘博文 王可 孙德文 宋远佳 李胤
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/5/5