水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道及设计、使用方法与流程

1.本发明属于跨介质飞行器试验装置技术领域，具体涉及一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道及设计、使用方法。


背景技术：

2.水上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，其运动机构带动飞行器试验模型以一定的速度冲击入水、冲击出水。飞行器试验模型出入水的轨道角和姿态角分别在一定范围内可调节。在出入水过程中，同步测量飞行器试验模型受到的冲击载荷、形变以及介质分离面形态等参数，为跨介质飞行器的研制提供数据支撑。
3.冲击入水滑行轨道作为飞行器试验模型的载体，负责引导飞行器试验模型冲击入水和冲击出水以及后续的滑行运动，其结构需要具备较长尺度，并且机械性能需要保证高刚度以减小长距离轨道的弯曲曲率及下降挠度。同时，为了满足调整飞行器试验模型出入水轨道角的要求，冲击入水滑行轨道需要具备绕一点旋转功能。
4.目前，水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道均采用液压杆驱动，并在轨道车边缘处设置固定支座作为滑轨旋转点。由于上述特点，为实现冲击入水滑行轨道与水平面的夹角在30
°
~90
°
范围内调节，不仅需要较长距离的冲击入水滑行轨道，而且对旋转点支座压力载荷增大，会对冲击入水滑行轨道的控制精度与水上高速拖曳系统的安全性造成威胁。因此，如何有效地降低长距离冲击入水滑行轨道重力载荷对液压杆与旋转支座的作用是水上高速拖曳系统急需解决的问题。
5.当前，亟需发展一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道及设计、使用方法。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的一个技术问题是提供一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的设计方法，本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的使用方法，用以克服现有技术的缺陷。
7.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，其特点是，所述的冲击入水滑行轨道装置包括冲击入水滑行轨道本体、充气气囊、充气泵和充气管道；冲击入水滑行轨道本体整体上为顶面封闭、底面开口、两侧对称的门字型框架结构；在顶面的上表面、沿门字型框架长度方向安装钢结构轨道，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动；顶面与两侧侧面围合，形成长方形空腔，空腔内设置若干个平行隔断，将长方形空腔分隔成若干个相互连通的隔间，每个隔间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊；顶面的上表面的前段还安装有充气泵，充气泵的充气管道伸入长方形空腔，在顶面的下表面、沿门字型框架长度方向向后延伸至门字型框架的后段，充气管道沿途为各隔间内的充气气囊充气；每个充气气囊内均设置有压力传感器。
8.进一步地，所述的冲击入水滑行轨道本体采用不锈钢板材焊接而成。
9.进一步地，所述的冲击入水滑行轨道本体与充气气囊之间采用紧固螺栓连接。
10.进一步地，所述的充气气囊与充气管道的材质为有机橡胶。
11.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的设计方法，包括以下步骤：s51.确定冲击入水滑行轨道本体尺寸根据飞行器试验模型冲击入水、出水滑行试验要求，确定所需要的冲击入水滑行轨道本体外形尺寸；s52.确定充气气囊的布局数量根据冲击入水滑行轨道本体外形尺寸，采用有限元数值分析在飞行器试验模型冲击入水和出水条件下，计算冲击入水滑行轨道本体的载荷响应，确定所需的充气气囊的总容量，进而确定冲击入水滑行轨道本体空腔内的若干个平行隔断设置位置，在每个隔间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊，同时确定每个充气气囊的容量；s53.确定充气泵的功率和充气管道的尺寸根据充气气囊的总容量和每个充气气囊的容量，以及试验效率要求，确定充气泵的功率和配套的充气管道的尺寸。
12.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的使用方法，包括以下步骤：s61.安装冲击入水滑行轨道本体如图3所示，先将冲击入水滑行轨道本体的前段装卡在水上高速拖曳系统的水上轨道车的旋转支座上，再将冲击入水滑行轨道本体的前端与水上轨道车的液压杆接口连接，冲击入水滑行轨道本体的后端依次穿过轨道踏面、水面进入水池；s62.设置冲击入水滑行轨道本体与水面的夹角液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体绕旋转支座旋转，改变冲击入水滑行轨道本体与水面的夹角，直至冲击入水滑行轨道本体与水面的夹角达到试验要求；s63.充气气囊充气打开充气泵，通过充气管道为充气气囊分别充气，同时检查各充气气囊的密封效果，对于存在漏气现象的充气气囊进行密封处理或者更换；各充气气囊内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，在各充气气囊达到预先设定的压力值后停止充气；s64.开展冲击入水、出水滑行试验按照冲击入水、出水滑行试验要求，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动，在试验过程中，各充气气囊内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，充气泵随时通过充气管道为充气气囊分别补气，确保试验过程中，各充气气囊的气压恒定；s65.冲击入水滑行轨道本体日常维护完成冲击入水滑行试验后，冲击入水滑行轨道本体进入日常维护状态，液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体绕旋转支座旋转，将冲击入水滑行轨道本体置于日常停放角度，各充气气囊向外排气，直至各充气气囊内的压力达到日常停放压力，固定冲击入水滑行轨道本体，最后关闭水上高速拖曳系统。
13.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的冲击入水滑行轨道本体承受飞行器试验模型与钢结构轨道的重力载荷，充气气囊通过充气泵充气，排除位于水下的冲击入水滑行轨道本体空腔中的液体，利用冲击入水滑行轨道主体在水下空间的浮力减小飞
行器试验模型与钢结构轨道的重力载荷，降低水上高速拖曳系统的旋转支座载荷与液压杆驱动载荷。同时，充气气囊提供的浮力均匀传递至冲击入水滑行轨道本体的两侧，还能够避免对轨道造成扭转载荷。最终实现提高水上高速拖曳系统的结构强度和安全性，提高冲击入水滑行轨道主体与水平面夹角的控制精度的目的。
14.简而言之，本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道将冲击入水滑行轨道、充气气囊组合为一体，能够有效利用冲击入水滑行轨道本体水下空间的浮力减小钢结构轨道对液压杆与旋转支座的载荷，提高冲击入水滑行轨道本体的位置控制精度与水上高速拖曳系统的安全性。
附图说明
15.图1为本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的结构示意图；图2为本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的剖面示意图；图3为本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道在水上高速拖曳系统的安装示意图。
16.图中，1.冲击入水滑行轨道本体；2.充气气囊；3.充气泵；4.充气管道；5.紧固螺栓。
实施方式
17.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
18.如图1、图2所示，本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道包括冲击入水滑行轨道本体1、充气气囊2、充气泵3和充气管道4；冲击入水滑行轨道本体1整体上为顶面封闭、底面开口、两侧对称的门字型框架结构；在顶面的上表面、沿门字型框架长度方向安装钢结构轨道，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动；顶面与两侧侧面围合，形成长方形空腔，空腔内设置若干个平行隔断，将长方形空腔分隔成若干个相互连通的隔间，每个隔间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊2；顶面的上表面的前段还安装有充气泵3，充气泵3的充气管道4伸入长方形空腔，在顶面的下表面、沿门字型框架长度方向向后延伸至门字型框架的后段，充气管道4沿途为各隔间内的充气气囊2充气；每个充气气囊2内均设置有压力传感器。
19.进一步地，所述的冲击入水滑行轨道本体1采用不锈钢板材焊接而成。
20.进一步地，所述的冲击入水滑行轨道本体1与充气气囊2之间采用紧固螺栓5连接。
21.进一步地，所述的充气气囊2与充气管道4的材质为有机橡胶。
22.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的设计方法，包括以下步骤：s51.确定冲击入水滑行轨道本体1尺寸根据飞行器试验模型冲击入水、出水滑行试验要求，确定所需要的冲击入水滑行轨道本体1外形尺寸；s52.确定充气气囊2的布局数量根据冲击入水滑行轨道本体1外形尺寸，采用有限元数值分析在飞行器试验模型冲击入水和出水条件下，计算冲击入水滑行轨道本体1的载荷响应，确定所需的充气气囊2的总容量，进而确定冲击入水滑行轨道本体1空腔内的若干个平行隔断设置位置，在每个隔
间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊2，同时确定每个充气气囊2的容量；s53.确定充气泵3的功率和充气管道4的尺寸根据充气气囊2的总容量和每个充气气囊2的容量，以及试验效率要求，确定充气泵3的功率和配套的充气管道4的尺寸。
23.本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的使用方法，包括以下步骤：s61.安装冲击入水滑行轨道本体1先将冲击入水滑行轨道本体1的前段装卡在水上高速拖曳系统的水上轨道车的旋转支座上，再将冲击入水滑行轨道本体1的前端与水上轨道车的液压杆接口连接，冲击入水滑行轨道本体1的后端依次穿过轨道踏面、水面进入水池；s62.设置冲击入水滑行轨道本体1与水面的夹角液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体1绕旋转支座旋转，改变冲击入水滑行轨道本体1与水面的夹角，直至冲击入水滑行轨道本体1与水面的夹角达到试验要求；s63.充气气囊2充气打开充气泵3，通过充气管道4为充气气囊2分别充气，同时检查各充气气囊2的密封效果，对于存在漏气现象的充气气囊2进行密封处理或者更换；各充气气囊2内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，在各充气气囊2达到预先设定的压力值后停止充气；s64.开展冲击入水、出水滑行试验按照冲击入水、出水滑行试验要求，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动，在试验过程中，各充气气囊2内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，充气泵3随时通过充气管道4为充气气囊2分别补气，确保试验过程中，各充气气囊2的气压恒定。
24.s65.冲击入水滑行轨道本体1日常维护完成冲击入水滑行试验后，冲击入水滑行轨道本体1进入日常维护状态，液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体1绕旋转支座旋转，将冲击入水滑行轨道本体1置于日常停放角度，各充气气囊2向外排气，直至各充气气囊2内的压力达到日常停放压力，固定冲击入水滑行轨道本体1，最后关闭水上高速拖曳系统。
25.实施例1
26.本实施例的冲击入水滑行轨道本体1长为15m，截面尺寸为700
×
720mm~1000
×
720mm，不锈钢板的密度为7.8g/cm3，板厚为20mm，重量为10920kg；冲击入水滑行轨道与水平面夹角为30
°
，液压支座垂直于冲击入水滑行轨道。
27.充气气囊2具有以下影响：冲击入水滑行轨道本体1在水下体积为3391000cm3，内置的充气气囊2产生33910n的浮力。
28.冲击入水滑行轨道本体1重力对液压杆作用点力矩为4423255nm，水下的充气气囊2的浮力对液压杆作用点力矩为2071291nm，充气气囊2使得液压杆的驱动力降低了46.8%。
29.无充气气囊2时，旋转支座承受竖直向下载荷为261720n，有充气气囊2时，旋转支座承受竖直向下载荷为151550n，充气气囊2使得旋转支座承受的竖直向下载荷降低42%。
30.可见，本发明的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道能够显著降低旋转支座载荷与液压驱动力，有效提高提高冲击入水滑行轨道的控制精度与水上高速拖曳系统的安全
性。
31.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.水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，其特征在于，所述的冲击入水滑行轨道装置包括冲击入水滑行轨道本体（1）、充气气囊（2）、充气泵（3）和充气管道（4）；冲击入水滑行轨道本体（1）整体上为顶面封闭、底面开口、两侧对称的门字型框架结构；在顶面的上表面、沿门字型框架长度方向安装钢结构轨道，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动；顶面与两侧侧面围合，形成长方形空腔，空腔内设置若干个平行隔断，将长方形空腔分隔成若干个相互连通的隔间，每个隔间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊（2）；顶面的上表面的前段还安装有充气泵（3），充气泵（3）的充气管道（4）伸入长方形空腔，在顶面的下表面、沿门字型框架长度方向向后延伸至门字型框架的后段，充气管道（4）沿途为各隔间内的充气气囊（2）充气；每个充气气囊（2）内均设置有压力传感器。2.根据权利要求1所述的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，其特征在于，所述的冲击入水滑行轨道本体（1）采用不锈钢板材焊接而成。3.根据权利要求1所述的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，其特征在于，所述的冲击入水滑行轨道本体（1）与充气气囊（2）之间采用紧固螺栓（5）连接。4.根据权利要求1所述的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道，其特征在于，所述的充气气囊（2）与充气管道（4）的材质为有机橡胶。5.根据权利要求1~4任意一种所述的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s51.确定冲击入水滑行轨道本体（1）尺寸根据飞行器试验模型冲击入水、出水滑行试验要求，确定所需要的冲击入水滑行轨道本体（1）外形尺寸；s52.确定充气气囊（2）的布局数量根据冲击入水滑行轨道本体（1）外形尺寸，采用有限元数值分析在飞行器试验模型冲击入水和出水条件下，计算冲击入水滑行轨道本体（1）的载荷响应，确定所需的充气气囊（2）的总容量，进而确定冲击入水滑行轨道本体（1）空腔内的若干个平行隔断设置位置，在每个隔间内安装两个对称且并列排列对称的充气气囊（2），同时确定每个充气气囊（2）的容量；s53.确定充气泵（3）的功率和充气管道（4）的尺寸根据充气气囊（2）的总容量和每个充气气囊（2）的容量，以及试验效率要求，确定充气泵（3）的功率和配套的充气管道（4）的尺寸。6.根据权利要求1~4任意一种所述的水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：s61.安装冲击入水滑行轨道本体（1）先将冲击入水滑行轨道本体（1）的前段装卡在水上高速拖曳系统的水上轨道车的旋转支座上，再将冲击入水滑行轨道本体（1）的前端与水上轨道车的液压杆接口连接，冲击入水滑行轨道本体（1）的后端依次穿过轨道踏面、水面进入水池；s62.设置冲击入水滑行轨道本体（1）与水面的夹角液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体（1）绕旋转支座旋转，改变冲击入水滑行轨道本体（1）与水面的夹角，直至冲击入水滑行轨道本体（1）与水面的夹角达到试验要求；
s63.充气气囊（2）充气打开充气泵（3），通过充气管道（4）为充气气囊（2）分别充气，同时检查各充气气囊（2）的密封效果，对于存在漏气现象的充气气囊（2）进行密封处理或者更换；各充气气囊（2）内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，在各充气气囊（2）达到预先设定的压力值后停止充气；s64.开展冲击入水、出水滑行试验按照冲击入水、出水滑行试验要求，飞行器试验模型车沿钢结构轨道滑行进行出水、入水运动，在试验过程中，各充气气囊（2）内的压力传感器向试验控制系统反馈压力数值，充气泵（3）随时通过充气管道（4）为充气气囊（2）分别补气，确保试验过程中，各充气气囊（2）的气压恒定；s65.冲击入水滑行轨道本体（1）日常维护完成冲击入水滑行试验后，冲击入水滑行轨道本体（1）进入日常维护状态，液压杆拉动冲击入水滑行轨道本体（1）绕旋转支座旋转，将冲击入水滑行轨道本体（1）置于日常停放角度，各充气气囊（2）向外排气，直至各充气气囊（2）内的压力达到日常停放压力，固定冲击入水滑行轨道本体（1），最后关闭水上高速拖曳系统。

技术总结
本发明属于跨介质飞行器试验装置技术领域，公开了一种水上高速拖曳系统的冲击入水滑行轨道及设计、使用方法。装置包括冲击入水滑行轨道本体、充气气囊、充气泵和充气管道。冲击入水滑行轨道本体承受飞行器试验模型与钢结构轨道重力载荷，水中的充气气囊产生的浮力，减轻了水上高速拖曳系统中旋转支座的载荷和液压杆的驱动载荷，提升了冲击入水滑行轨道的角度控制精度与水上高速拖曳系统的安全性。设计方法包括确定冲击入水滑行轨道本体尺寸，确定充气气囊的布局数量，确定充气泵的功率和充气管道的尺寸。使用方法包括安装冲击入水滑行轨道本体，设置冲击入水滑行轨道本体水面的夹角，充气气囊充气，开展冲击入水、出水滑行试验，日常维护。日常维护。日常维护。


技术研发人员：刘博文 孙德文 杨毅晟 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：2023/4/25