高速空-水介质跨越测试回收试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及高速跨介质试验技术领域，尤其涉及一种高速空-水介质跨越测试回收试验装置及试验方法。


背景技术：

2.高速跨介质飞行器在跨域突防攻击与侦查、水中无人系统快速投放、海上灾难紧急救援、深海资源勘探等军事及民用领域都有着非常广阔的应用前景。目前高速跨介质飞行器还处于关键技术研究阶段，高速跨介质过渡机理研究、高速入水及水下航行机理研究等需要进行大量的仿真和试验作为研究依据和验证支撑，而试验实测数据又是仿真分析验证的有力支撑，因此实飞试验及测试数据的积累和分析对于关键技术的研究具有非常重要的意义。但受限于试验方法、条件及回收手段，大多数高速跨空-水介质飞行器的试验和测试是通过分步骤分阶段验证或通过缩比模型进行试验验证，或者在试验实施中由于速度过高没有相应回收手段而放弃产品回收，使得仿真分析与试验测试间难以相互对比验证，试验数据获得不够全面，不利于研究工作开展。
3.因此需要研发出一种高速空-水介质跨越测试回收试验装置及试验方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种高速空-水介质跨越测试回收试验装置及试验方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.高速空-水介质跨越测试回收试验装置，包括：
7.被试载荷舱；
8.用于提供高压气体的气源舱；
9.可折叠-展开翼面结构；可折叠-展开翼面结构设置在气源舱外壁上；
10.浮囊舱；气源舱安装在浮囊舱的第一端与被试载荷舱之间；浮囊舱内设置有浮囊，气源舱的高压气体出口与浮囊连接；
11.控制舱；浮囊舱的第二端与控制舱连接；
12.舵面结构；舵面结构设置在控制舱上；
13.数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件的信号端分别与被试载荷舱的信号端、气源舱的信号端、可折叠-展开翼面结构的信号端连接。
14.具体地，舵面结构包括舵面操纵机构、制导控制系统及多个舵面；多个舵面均匀的分布在控制舱的侧壁上，制导控制系统的信号端与舵面操纵机构的信号端连接。
15.具体地，气源舱内设置有高压气瓶，高压气瓶的高压气体出口与浮囊连接。
16.具体地，浮囊舱上设置有开口，开口上设置有浮囊舱密封盖，浮囊舱密封盖的安装
处设置有用于炸开浮囊舱密封盖的第一火工品，第一火工品的引爆机构的信号端与数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件的信号端连接。
17.具体地，浮囊的顶面设置有用于定位的卫星天线。
18.具体地，可折叠-展开翼面结构包括翼面折叠展开驱动器及传动机构和多个翼面，翼面折叠展开驱动器及传动机构与多个翼面传动连接，在气源舱的外壁上设置有用于翼面折叠后放置的凹槽。
19.具体地，在控制舱和浮囊舱的连接处设置第二火工品。
20.高速空-水介质跨越测试回收试验方法，包括以下步骤：
21.第(1)步：试验装置空中航行；初始状态翼面折叠，试验装置由火箭发动机助推在空中达到一定高度和速度后与火箭发动机分离，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件启动，对测量数据进行采集和存储，其中测量数据包含被试载荷舱的环境参数、航迹参数；
22.第(2)步：翼面在空中展开；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构，驱动多个翼面展开，用于为试验装置提供气动稳定性；
23.第(3)步：试验装置起控；通过制导控制系统控制舵面操纵机构操控多个舵面，进行空中航迹与姿态控制，直至满足入水前的姿态、速度、位置要求；
24.第(4)步：试验装置控制舱分离；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发送点火信号至第二火工品，第二火工品爆炸断开浮囊舱与控制舱的连接，分离控制舱；
25.第(5)步：翼面空中折叠；入水前，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构，驱动多个翼面折叠，用于减小试验装置入水阻力，为被试载荷舱完成空-水介质跨越提供条件；
26.第(6)步：试验装置入水；被试载荷舱依靠其自身水动外形或空泡发生器产生空泡降低阻力，用于减小速度损失，完成水下高速航行任务；
27.第(7)步：翼面水下展开；被试载荷舱水下高速航行任务结束后，为了符合上浮回收条件，降低试验装置的速度；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构，驱动多个翼面展开，翼面展开后将使空泡溃灭，同时试验装置水动外形的改变导致阻力骤然增大，用于快速降低试验装置的速度，满足上浮回收条件；
28.第(8)步：浮囊舱抛盖；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发送点火信号至第一火工品，第一火工品爆炸断开浮囊舱与浮囊舱密封盖的连接，分离浮囊舱密封盖；
29.第(9)步：浮囊充气上浮；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件控制气源舱中高压气瓶的阀门打开，高压气瓶通过管路向浮囊中充气，直到浮囊内外压差达到一定值，此过程中，试验装置在浮囊产生的浮力作用下逐渐上浮；
30.第(10)步：翼面上浮折叠；试验装置开始上浮后，翼面折叠展开机构的驱动器收到数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发出的折叠信号，驱动折叠展开机构执行翼面折叠动作，减小试验装置上浮阻力，为试验装置上浮提供良好条件；
31.第(11)步：定位组件发出定位信号；试验装置在浮囊作用下上浮直至浮囊顶部定位天线露出水面，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件通过天线发出试验装置的位置信息给地面设备接收；
32.第(12)步：试验装置回收；根据地面设备接收到的位置信息，搜寻并回收试验装置；
33.第(13)步：拆解试验装置，取出测量数据的存储组件，获取测量数据；
34.同时拆解被试载荷舱，进行试验情况分析。
35.作为一种优选，试验装置还可由飞机在空中一定高度和速度下进行空中投放。
36.本发明的有益效果在于：
37.本发明的测试回收试验装置及试验方法解决了被试载荷高速跨越空-水介质完成水下高速航行任务的测试及回收问题，该试验装置及试验方法可有效回收被试载荷、获取更加全面的测试数据，且适用于水域狭小、入水位置要求精确等测试条件，对于高速跨空-水介质飞行器的关键技术研究具有重要意义。
附图说明
38.图1为试验装置正三轴测示意图；
39.图2为试验装置主视图(翼面展开)；
40.图3为图2中的a-a剖视图；
41.图4为试验装置主视图(翼面折叠)；
42.图5试验方法示意图(空中部分)；
43.图6试验方法示意图(水下部分)；
44.其中，1-被试载荷舱；2-气源舱；3-翼面；4-浮囊舱；5-浮囊舱密封盖；6-控制舱；7-舵面；8-制导控制系统；9-舵面操纵机构；10-浮囊；11-高压气瓶；12-数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件；13-翼面折叠展开驱动器及传动机构。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
46.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描
述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
49.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
50.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
52.如图1-4所示，高速空-水介质跨越测试回收试验装置，包括：
53.被试载荷舱1；被试载荷舱1即为被测试对象，为适应高速空-水介质跨越及高速入水需求，应具有良好的气动和水动外形，一般为轴对称或面对称构型，高速入水后可通过产生空泡以减小阻力进而完成高速水下航行任务；
54.用于提供高压气体的气源舱2；
55.可折叠-展开翼面3结构；可折叠-展开翼面3结构设置在气源舱2外壁上；
56.浮囊舱4；气源舱2安装在浮囊舱4的第一端与被试载荷舱1之间；浮囊舱4内设置有浮囊10，气源舱2的高压气体出口与浮囊10连接；浮囊舱4用于安放折叠状态的浮囊10。浮囊10一般由柔性橡胶类材料制成，通过管路与气源舱2中的高压气瓶11相通。入水前，浮囊10排空气体以折叠状态收纳于浮囊舱4中；上浮回收时，浮囊舱4底端密封盖通过火工品抛开，浮囊10充气展开至类似热气球的形状，以产生足够浮力，将整个试验装置上浮至水面。定位组件的卫星天线位于浮囊10内部顶面(充气后)，用于实现试验装置上浮于水面后的定位。
57.控制舱6；浮囊舱4的第二端与控制舱6连接；控制舱6用于实现试验装置在空中的制导控制、程序控制，确保试验装置入水前的状态满足入水条件(即入水姿态、速度、位置等)；制导控制系统8置于控制舱6内；
58.舵面7结构；舵面7结构设置在控制舱6上；
59.数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12(包括采编及硬回收存储组件、程序控制组件、定位组件、电池等)；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12的信号端分别与被试载荷舱1的信号端、气源舱2的信号端、可折叠-展开翼面3结构的信号端连接。
60.如图1-2所示，舵面7结构包括舵面操纵机构9、制导控制系统8(制导控制系统8包括惯性测量组件、飞行综合控制组件、卫星接收组件、电池等)及多个舵面7；多个舵面7均匀的分布在控制舱6的侧壁上，制导控制系统8的信号端与舵面操纵机构9的信号端连接。舵面7通过操纵机构实现偏转，以保证试验装置在空中具有良好的操纵性及稳定性。舵面7一般呈
“×”
形或倒“y”字形对称布置于控制舱6四周，其具体安装位置、舵面7构型等应满足气动及控制要求。
61.如图1和3所示，气源舱2内设置有高压气瓶11，高压气瓶11的高压气体出口与浮囊10连接。
62.如图1所示，浮囊舱4上设置有开口，开口上设置有浮囊舱密封盖5，浮囊舱密封盖5
的安装处设置有用于炸开浮囊舱密封盖5的第一火工品，第一火工品的引爆机构的信号端与数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12的信号端连接。
63.浮囊10的顶面设置有用于定位的卫星天线。
64.如图1-3所示，可折叠-展开翼面3结构包括翼面折叠展开驱动器及传动机构13和多个翼面3，翼面折叠展开驱动器及传动机构13与多个翼面3传动连接，在气源舱2的外壁上设置有用于翼面3折叠后放置的凹槽。多个翼面3对称布置于气源舱2前端四周，具有空中展开提供升力，入水前折叠减小阻力同时保证被试载荷舱1的水动力外形，水下航行任务结束后展开减速，回收上浮时折叠减小阻力的功能。翼面3展开时一般呈
“×”
形或“+”字形或“《”形或“—”字形等布局形状，折叠时收拢于气源舱2内部或与气源舱2共形的外部，应尽量减小或避免翼面3折叠后突出舱体，具体安装位置、翼面3构型及数量等应满足气动要求。翼面3的折叠与展开由相应机构实现，一般为驱动器及相应传动机构，如电驱动器、液压驱动器、气压驱动器等。图2所示为翼面3
“×”
形布局时，翼面3折叠时可收拢于气源舱2内部的槽形结构内。
65.在控制舱6和浮囊舱4的连接处设置第二火工品。
66.如图5和6所示，高速空-水介质跨越测试回收试验方法，包括以下步骤：
67.第(1)步：试验装置空中航行；初始状态翼面3折叠，试验装置由火箭发动机助推在空中达到一定高度和速度后与火箭发动机分离，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12启动，对测量数据进行采集和存储，其中测量数据包含被试载荷舱1的环境参数、航迹参数；试验装置还可由飞机在空中一定高度和速度下进行空中投放。
68.第(2)步：翼面3在空中展开；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构13，驱动多个翼面3展开，用于为试验装置提供气动稳定性；
69.第(3)步：试验装置起控；通过制导控制系统8控制舵面操纵机构9操控多个舵面7，进行空中航迹与姿态控制，直至满足入水前的姿态、速度、位置要求；
70.第(4)步：试验装置控制舱6分离；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12发送点火信号至第二火工品，第二火工品爆炸断开浮囊舱4与控制舱6的连接，分离控制舱6；
71.第(5)步：翼面3空中折叠；入水前，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构13，驱动多个翼面3折叠，用于减小试验装置入水阻力，为被试载荷舱1完成空-水介质跨越提供条件；
72.第(6)步：试验装置入水；被试载荷舱1依靠其自身水动外形或空泡发生器产生空泡降低阻力，用于以减小速度损失，完成水下高速航行任务；
73.第(7)步：翼面3水下展开；被试载荷舱1水下高速航行任务结束后，为了符合上浮回收条件，降低试验装置的速度；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12发送信号至翼面折叠展开驱动器及传动机构13，驱动多个翼面3展开，翼面3展开后将使空泡溃灭，同时试验装置水动外形的改变导致阻力骤然增大，用于快速降低试验装置的速度，满足上浮回收条件；
74.第(8)步：浮囊舱4抛盖；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12发送点火信号至第一火工品，第一火工品爆炸断开浮囊舱4与浮囊舱密封盖5的连接，分离
浮囊舱密封盖5；
75.第(9)步：浮囊10充气上浮；数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12控制气源舱2中高压气瓶11的阀门打开，高压气瓶11通过管路向浮囊10中充气，直到浮囊10内外压差达到一定值，此过程中，试验装置在浮囊10产生的浮力作用下逐渐上浮；
76.第(10)步：翼面3上浮折叠；试验装置开始上浮后，翼面3折叠展开机构的驱动器收到数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件发出的折叠信号，驱动折叠展开机构执行翼面3折叠动作，减小试验装置上浮阻力，为试验装置上浮提供良好条件；
77.第(11)步：定位组件发出定位信号；试验装置在浮囊10作用下上浮直至浮囊10顶部定位天线露出水面，数据测试回收、程序控制、定位电子学组件及电源组件12通过天线发出试验装置的位置信息给地面设备接收；
78.第(12)步：试验装置回收；根据地面设备接收到的位置信息，搜寻并回收试验装置；
79.第(13)步：拆解试验装置，取出测量数据的存储组件，获取测量数据；同时拆解被试载荷舱1，进行试验情况分析。
80.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。