一种直升机水面漂浮特性试验模型的制作方法

1.本发明属于旋翼航空器水上迫降试验领域，具体涉及一种直升机水面漂浮特性试验模型。


背景技术：

2.直升机漂浮特性模型试验是当前开展直升机水上迫降性能评估和应急撤离编制的依据。在国内外适航规章中均作为首要推荐方法进行了推广使用。直升机浮囊刚度的差异性会直接影响运动响应的幅度值和运动频率，当波浪扰动较为剧烈时，还会对直升机的倾覆概率产生较大影响。与此同时，直升机在水上迫降时，油箱内部的燃油晃荡，同样会对直升机的运动姿态产生一定影响。在试验过程中，需分别基于全尺寸直升机的浮囊材料属性、囊压、燃油参数开展试验模型设计、制造。这个过程需结合不同专业，并开展大量统筹性的分析和论证工作。
3.目前，还未有一种全面考虑直升机漂浮特性研究需求的模型设计方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供了一种直升机水面漂浮特性试验模型。
5.本发明的技术方案是：
6.一种直升机水面漂浮特性试验模型，包括：
7.直升机机身模型1、起落架模拟装置2、便携拆装式柔性浮囊结构3、缩比旋翼4；
8.所述直升机机身模型1表面为高强薄壁蒙皮结构5，内部设置有结构加强用横向隔框6以及纵向加强桁条7，在直升机机身模型1内部还设置有密闭燃油箱8；所述高强薄壁蒙皮结构5、横向隔框6、纵向加强桁条7两两之间采用卡槽扣紧及胶合方式进行固定；所述密闭燃油箱8安装于横向隔框6预留的孔位中，并利用碳纤布胶合固定；所述起落架模拟装置2通过直升机机身模型1下腹部高强薄壁蒙皮结构5上预留的孔位与直升机机身模型1实现固结；所述缩比旋翼4安装于直升机机身模型1顶端，并通过轻质泡沫块20与高强薄壁蒙皮结构5粘接固定；所述便携拆装式柔性浮囊结构3通过起落架模拟装置2上的预留孔槽与起落架固定。
9.所述高强薄壁蒙皮结构5采用碳纤维布和定制胶水胶合，高强薄壁蒙皮结构5表面位置绘制有舱门、水线刻度。
10.所述高强薄壁蒙皮结构5在对应全尺寸直升机旋翼、起落架位置，按傅汝德相似准则换算位置坐标并预留旋翼轴边线和起落架安装孔位。
11.缩比旋翼4由碳管组19、轻质泡沫20组成；其中，轻质泡沫底面与预留的旋翼轴边线对齐；碳管组19由三根碳管组成；碳管组19与轻质泡沫20之间、轻质泡沫20与高强薄壁蒙皮结构5之间通过碳纤布胶合固定。
12.横向隔框6、纵向加强桁条7采用椴木板加工，材料表面通过水性漆作防水处理。
13.横向隔框6外形与直升机模型外形保持一致、中间区域基于结构设计方案切割减
重、底部两侧预留卡槽。
14.纵向加强桁条7在横向隔框6对应位置预留卡槽，在起落架位置预留安装孔。
15.横向隔框6、纵向加强桁条7通过横向隔框6下方的预留卡槽扣紧，并与相邻的高强薄壁蒙皮结构5粘合固定。
16.密闭燃油箱8为高强薄壁碳纤维材料，其顶面开设有活动口盖18，其他位置完全水密；所述密闭燃油箱8通过流体抽压管向活动口盖18内注入流体。
17.起落架模拟装置2由起落架横梁9、对接法兰10、起落架外梁11、转角法兰12组成；其中，起落架横梁9贯穿纵向加强桁条7上的安装孔并先后与纵向加强桁条7、高强薄壁蒙皮结构5胶结固定；所述起落架模拟装置2的总体积与全尺寸直升机的起落架结构总体积满足傅汝德几何相似关系；
18.所述对接法兰10焊接于起落架横梁9两端；所述转角法兰12焊接于起落架外梁11的最顶端；所述对接法兰10、转角法兰12上分别预留了对接螺栓孔，两者通过螺栓实现固定。
19.便携拆装式柔性浮囊结构3由柔性浮囊组13、u型槽14、浮囊对接软片15组成；
20.所述柔性浮囊组13为柔性布材料，由两组不同的浮囊构成，两组浮囊相对机身对称面左右对称，各组浮囊包含三个形状不同浮囊件16；单个浮囊件16内部设置有浮囊舱壁17；
21.所述u型槽14为铝合金材料，连接起落架横梁9和浮囊对接软片15。其中，u型槽14、起落架横梁9、浮囊对接软片15在连接位置均预留有对接孔，三者通过螺杆栓接；
22.所述浮囊对接软片15为柔性布材料，尺寸大小与u型槽14完全相同，加工时与浮囊件16同时加工并胶结固定。
23.本发明的优点是：
24.采用本发明提出的直升机水面漂浮特性试验模型，可完全满足全尺寸直升机水面漂浮特性试验所需兼顾考虑的浮囊材料、浮囊舱段分隔、油箱燃油晃荡等问题，试验过程中模型外形、旋翼位置形态的近似模拟也能真实反映直升机在漂浮过程中的旋翼触水、浮囊淹没情况。此外，模型上方设置的航向控制挂环既可实现直升机的自由漂浮运动，还能保证直升机的遭遇环境与预设条件一致。有效降低了传统试验模型所引起的极限漂浮能力预计误差。
附图说明
25.图1是本发明直升机漂浮特性试验模型示意图。
26.图2是本发明机身结构示意图。
27.图3是本发明缩比旋翼示意图。
28.图4是本发明横向隔框示意图。
29.图5是本发明顶部纵向加强桁条示意图。
30.图6是本发明底部纵向加强桁条示意图。
31.图7是本发明密闭燃油箱示意图。
32.图8是本发明起落架模拟装置示意图。
33.图9是本发明柔性浮囊组示意图。
34.图10是本发明浮囊件及气门芯、传感器结构示意图。
35.图11是本发明蒙皮铺层结构示意图。
36.图12是机身表面标识线示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
38.本发明公开了一种直升机水面漂浮特性试验模型，用于在试验水域开展指定环境条件下的漂浮特性试验，所述直升机漂浮特性试验模型外形与全尺寸直升机满足傅汝德几何相似准则，模型部件与全尺寸直升机一一对应。所述直升机漂浮特性试验模型表面为高强薄壁蒙皮结构，内部设置有横向隔框、纵向加强桁条和密闭燃油箱。所述直升机漂浮特性试验模型机身顶端有缩比旋翼、机身上方首尾两侧有航向控制挂环。所述直升机漂浮特性试验模型两侧有穿透高强薄壁蒙皮结构的起落架模拟结构，所述起落架模拟结构上方安装有便携拆装式柔性浮囊结构。本发明的直升机水面漂浮特性试验模型利用流体抽压管将流体注入密闭燃油箱、通过空压机向浮囊结构中充入气体，以分别实现对全尺寸直升机燃油量和柔性浮囊囊压的模拟。试验时，将调整状态的直升机放入试验水域，并给定目标波浪、风速等环境干扰，在此扰动下，直升机浮囊结构出现轻微移动和挤压变形，传感器实时记录直升机的偏航、横漂、俯仰、垂荡、横滚等参数，摄录系统实时监测直升机的横滚/倾覆状态、旋翼触水情况。克服了现有技术无法真实反映燃油箱、柔性浮囊对直升机运动特性干扰、模型试验无法真实评估直升机抗倾覆能力的技术缺陷。
39.本发明一种直升机水面漂浮特性试验模型，用于在试验水域开展指定环境条件下的漂浮特性试验，试验模型各部件外形与全尺寸直升机一一对应，包括：直升机机身模型1、起落架模拟装置2、便携拆装式柔性浮囊结构3、缩比旋翼4；
40.所述直升机机身模型1表面为高强薄壁蒙皮结构5，内部设置有结构加强用横向隔框6以及纵向加强桁条7，为保证对全尺寸直升机燃油箱的等效模拟，在直升机机身模型1内部还设置有密闭燃油箱8。
41.所述高强薄壁蒙皮结构5、横向隔框6、纵向加强桁条7两两之间采用卡槽扣紧及胶合方式进行固定。
42.所述密闭燃油箱8安装于横向隔框6预留的孔位中，并利用碳纤布胶合固定。
43.所述起落架模拟装置2通过直升机机身模型1下腹部高强薄壁蒙皮结构5上预留的孔位与直升机机身模型1实现固结。
44.所述缩比旋翼4安装与直升机机身模型1顶端，并通过轻质泡沫块20与高强薄壁蒙皮结构5粘接固定。
45.所述便携拆装式柔性浮囊结构3通过起落架模拟装置2上的预留孔槽与起落架固定。
46.所述高强薄壁蒙皮结构5采用碳纤维布和定制胶水胶合，并利用抽真空技术对材料厚度进行控制。高强薄壁蒙皮结构5表面位置绘制有舱门、水线刻度等标记线。
47.所述高强薄壁蒙皮结构5在对应全尺寸直升机旋翼、起落架位置，按傅汝德相似准则换算位置坐标并预留旋翼轴边线和起落架安装孔位。
48.缩比旋翼4由碳管组19、轻质泡沫20组成。其中，轻质泡沫底面与预留的旋翼轴边线对其，主要用于固定碳管组，并对旋翼安装高度进行控制。碳管组19由三根碳管组成，用于模拟旋翼桨叶，其长度、安装倾角与全尺寸直升机旋翼保持几何相似。碳管组19与轻质泡沫20之间、轻质泡沫20与高强薄壁蒙皮结构5之间通过碳纤布胶合固定。
49.横向隔框6、纵向加强桁条7采用椴木板加工，材料表面通过水性漆作防水处理。
50.横向隔框6外形与直升机模型外形保持一致、中间区域基于结构设计方案切割减重、底部两侧预留卡槽。
51.纵向加强桁条7在横向隔框6对应位置预留卡槽，在起落架位置预留安装孔。
52.横向隔框6、纵向加强桁条7通过横向隔框6下方的预留卡槽扣紧，并与相邻的高强薄壁蒙皮结构5粘合固定。
53.密闭燃油箱8为高强薄壁碳纤维材料，其顶面开设有活动口盖18，其他位置完全水密。
54.所述密闭燃油箱8可通过流体抽压管可读数确定流体体积向活动口盖18内注入流体，以模拟全尺寸直升机在对应状态下燃油体积。
55.起落架模拟装置2由起落架横梁9、对接法兰10、起落架外梁11、转角法兰12等部件组成，各部件均为铝合金材料。其中，起落架横梁9贯穿纵向加强桁条7上的安装孔并先后与纵向加强桁条7、高强薄壁蒙皮结构5胶结固定。所述起落架模拟装置2的总体积与全尺寸直升机的起落架结构总体积满足傅汝德几何相似关系。
56.所述对接法兰10焊接于起落架横梁9两端。所述转角法兰12焊接于起落架外梁11的最顶端。所述对接法兰10、转角法兰12上分别预留了对接螺栓孔，两者通过螺栓实现固定。
57.便携拆装式柔性浮囊结构3由柔性浮囊组13、u型槽14、浮囊对接软片15组成。
58.所述柔性浮囊组13为柔性布材料，由两组不同的浮囊构成，两组浮囊相对机身对称面左右对称，各组浮囊包含三个形状不同浮囊件16。单个浮囊件16内部设置有浮囊舱壁17，用于对浮囊件进行分隔、划分。
59.所述u型槽14为铝合金材料，主要用于连接起落架横梁9和浮囊对接软片15。其中，u型槽14、起落架横梁9、浮囊对接软片15在连接位置均预留有对接孔，三者通过螺杆栓接。
60.所述浮囊对接软片15为柔性布材料，其尺寸大小与u型槽14完全相同，加工时与浮囊件16同时加工并胶结固定。
61.单个浮囊件16为柔性可充气结构，在单个浮囊件16的各舱室外侧预留有气门芯和压力传感器接口。借助空压机向单个浮囊件16的对应舱室充气，利用压力传感器监测、控制浮囊内部压力，可实现对全尺寸直升机的浮囊囊压和舱室破损情况模拟。
62.机身上方首尾两侧有航向控制挂环17用于对直升机遭遇的波浪、风载方向进行控制。必要时还可用于对直升机的漂浮安全水域进行调整。
63.实施例
64.如图1——图11所示，本发明提出的直升机水面漂浮特性试验模型具体如下：
65.a本发明部件分割原则：
66.根据模型部件所在位置，并考虑到模型加工装配的便利性，将直升机水面漂浮特性试验模型分为直升机机身模型1、起落架模拟装置2、便携拆装式柔性浮囊结构3、缩比旋
翼4等部件。
67.其中，直升机机身模型1内部包含高强薄壁蒙皮结构5结构加强用横向隔框6纵向加强桁条7密闭燃油箱8活动口盖18；起落架模拟装置2包含起落架横梁9、对接法兰10、起落架外梁11、转角法兰12；便携拆装式柔性浮囊结构3包含柔性浮囊组13、u型槽14、浮囊对接软片15单个浮囊件16内部设置有浮囊舱壁17；缩比旋翼4包含碳管组19轻质泡沫块20。
68.b本发明模型结构设计如下：
69.结构加强用横向隔框6、纵向加强桁条7位于高强薄壁蒙皮结构5内部，其外缘与高强薄壁蒙皮结构5内表面贴合，并通过碳纤维布粘接。横向隔框6与纵向加强桁条7在四周环向位置均预留有安装卡槽，两者通过卡槽确定安装位置，并采用碳纤维布粘接固定。高强薄壁蒙皮结构5、结构加强用横向隔框6、纵向加强桁条7三者之间的两两固结保证了直升机机身模型1的整体结构强度。
70.密闭燃油箱8位于纵向加强桁条7上的预留卡槽内部，密闭燃油箱8外缘与纵向加强桁条7、高强薄壁蒙皮结构5两两粘接固定。密闭燃油箱8顶面适当位置开设有活动口盖18用于向密闭燃油箱8注入/抽取流体，以模拟直升机实际水面漂浮时的燃油体积。密闭燃油箱8内完成流体体积调整后，利用活动口盖18和密封胶将密闭燃油箱8作密封处理。
71.起落架横梁9位于直升机机身模型1内部，通过穿透纵向加强桁条7、高强薄壁蒙皮结构5上预留的起落架安装孔并与其粘接固定，实现与机身主体的固结。对接法兰10内端面与起落架横梁9外端面，通过对接法兰10表面预留的卡槽确定安装位置并经焊接固定。起落架外梁11位于直升机机身模型1外部，由斜梁及平行机身航向的纵梁组成。斜梁与纵梁为一体加工成型结构，斜梁顶端通过转角法兰12表面预留的卡槽确定安装位置并经焊接固定。
72.对接法兰10、转角法兰12总体尺寸及用于两者连接的安装孔位大小、位置完全相同，两者通过螺杆连接固定。
73.在单个浮囊件16与浮囊对接软片15一体加工成型，浮囊对接软片15与u型槽14大小、尺寸及预留孔位完全一致，两者通过碳纤维布粘接固定。
74.在起落架外梁11下方的纵梁上，预留有安装孔位，用于螺杆固定u型槽14和浮囊对接软片15的固结体。
75.在单个浮囊件16内部设置有浮囊舱壁17，将浮囊件分为若干封闭舱室。单个浮囊件16各舱室顶端恰当位置预留有气门芯和压力传感器接口，用于监测控制浮囊内部压力。
76.轻质泡沫块20安装于高强薄壁蒙皮结构5顶端，其外缘与蒙皮表面预留的边界线重合。固定碳管组19与轻质泡沫块20大小完全一致，两者通过粘接固定。
77.航向控制挂环17位于直升机机身模型1顶端首尾两侧，并与高强薄壁蒙皮结构5粘接固定。
78.c本发明模型起吊及试验水域调整方式：
79.直升机模型在放入试验水域或收回时，均采用航向控制挂环17进行。
80.特别是模型在水面漂浮时，其所处位置和航向调整同样通过该航向控制挂环17实现。
81.d模型漂浮时的作用结构如下：
82.模型放入水域后，受到不同程度/方向的风、波浪干扰，会出现一系列的平移和旋转运动，通过高强薄壁蒙皮结构5表面的舱门、水线刻度等标记线，可实时观测水面与模型
的相对位置、舱门下门槛及螺旋桨的入水情况、浮囊的没水情况。

技术特征：
1.一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，包括：直升机机身模型(1)、起落架模拟装置(2)、便携拆装式柔性浮囊结构(3)、缩比旋翼(4)；所述直升机机身模型(1)表面为高强薄壁蒙皮结构(5)，内部设置有结构加强用横向隔框(6)以及纵向加强桁条(7)，在直升机机身模型(1)内部还设置有密闭燃油箱(8)；所述高强薄壁蒙皮结构(5)、横向隔框(6)、纵向加强桁条(7)两两之间采用卡槽扣紧及胶合方式进行固定；所述密闭燃油箱(8)安装于横向隔框(6)预留的孔位中，并利用碳纤布胶合固定；所述起落架模拟装置(2)通过直升机机身模型(1)下腹部高强薄壁蒙皮结构(5)上预留的孔位与直升机机身模型(1)实现固结；所述缩比旋翼(4)安装于直升机机身模型(1)顶端，并通过轻质泡沫块(20)与高强薄壁蒙皮结构(5)粘接固定；所述便携拆装式柔性浮囊结构(3)通过起落架模拟装置(2)上的预留孔槽与起落架固定。2.根据权利要求1所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，所述高强薄壁蒙皮结构(5)采用碳纤维布和定制胶水胶合，高强薄壁蒙皮结构(5)表面位置绘制有舱门、水线刻度。3.根据权利要求2所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，所述高强薄壁蒙皮结构(5)在对应全尺寸直升机旋翼、起落架位置，按傅汝德相似准则换算位置坐标并预留旋翼轴边线和起落架安装孔位。4.根据权利要求1所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，缩比旋翼(4)由碳管组(19)、轻质泡沫(20)组成；其中，轻质泡沫底面与预留的旋翼轴边线对齐；碳管组(19)由三根碳管组成；碳管组(19)与轻质泡沫(20)之间、轻质泡沫(20)与高强薄壁蒙皮结构(5)之间通过碳纤布胶合固定。5.根据权利要求1所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，横向隔框(6)、纵向加强桁条(7)采用椴木板加工，材料表面通过水性漆作防水处理。6.根据权利要求5所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，横向隔框(6)外形与直升机模型外形保持一致、中间区域基于结构设计方案切割减重、底部两侧预留卡槽。7.根据权利要求5所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，纵向加强桁条(7)在横向隔框(6)对应位置预留卡槽，在起落架位置预留安装孔。8.根据权利要求5所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，横向隔框(6)、纵向加强桁条(7)通过横向隔框(6)下方的预留卡槽扣紧，并与相邻的高强薄壁蒙皮结构(5)粘合固定。9.根据权利要求1所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，密闭燃油箱(8)为高强薄壁碳纤维材料，其顶面开设有活动口盖(18)，其他位置完全水密；所述密闭燃油箱(8)通过流体抽压管向活动口盖(18)内注入流体。10.根据权利要求1所述的一种直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，起落架模拟装置(2)由起落架横梁(9)、对接法兰(10)、起落架外梁(11)、转角法兰(12)组成；其中，起落架横梁(9)贯穿纵向加强桁条(7)上的安装孔并先后与纵向加强桁条(7)、高强薄壁蒙皮结构(5)胶结固定；所述起落架模拟装置(2)的总体积与全尺寸直升机的起落架结构总体积满足傅汝德几何相似关系；
所述对接法兰(10)焊接于起落架横梁(9)两端；所述转角法兰(12)焊接于起落架外梁(11)的最顶端；所述对接法兰(10)、转角法兰(12)上分别预留了对接螺栓孔，两者通过螺栓实现固定。11.根据权利要求1所述的直升机水面漂浮特性试验模型，其特征在于，便携拆装式柔性浮囊结构(3)由柔性浮囊组(13)、u型槽(14)、浮囊对接软片(15)组成；所述柔性浮囊组(13)为柔性布材料，由两组不同的浮囊构成，两组浮囊相对机身对称面左右对称，各组浮囊包含三个形状不同浮囊件(16)；单个浮囊件(16)内部设置有浮囊舱壁(17)；所述u型槽(14)为铝合金材料，连接起落架横梁(9)和浮囊对接软片(15)。其中，u型槽(14)、起落架横梁(9)、浮囊对接软片(15)在连接位置均预留有对接孔，三者通过螺杆栓接；所述浮囊对接软片(15)为柔性布材料，尺寸大小与u型槽(14)完全相同，加工时与浮囊件(16)同时加工并胶结固定。

技术总结
本发明属于旋翼航空器水上迫降试验领域，具体涉及一种直升机水面漂浮特性试验模型，所述直升机机身模型(1)表面为高强薄壁蒙皮结构(5)，内部设置有结构加强用横向隔框(6)以及纵向加强桁条(7)，在直升机机身模型(1)内部还设置有密闭燃油箱(8)；所述起落架模拟装置(2)通过直升机机身模型(1)下腹部高强薄壁蒙皮结构(5)上预留的孔位与直升机机身模型(1)实现固结；所述缩比旋翼(4)安装于直升机机身模型(1)顶端；所述便携拆装式柔性浮囊结构(3)通过起落架模拟装置(2)上的预留孔槽与起落架固定。落架模拟装置(2)上的预留孔槽与起落架固定。落架模拟装置(2)上的预留孔槽与起落架固定。


技术研发人员：江婷 李万 焦俊 魏飞 桑腾蛟 黄淼 衡涛
受保护的技术使用者：中国特种飞行器研究所
技术研发日：2022.11.27
技术公布日：2023/4/19