高速弹射模型快速释放装置的制作方法

本发明涉及风洞试验模型支撑及发射投放，尤其涉及一种高速弹射模型快速释放装置，属于航空航天工程领域。

背景技术：

模型自由飞风洞试验技术是一种常用的研究飞行器动态气动特性的研究方法，此类技术已多次为型号任务服务。试验的基本方法是在亚跨超或高超声速等风洞中，将自由飞模型固定在风洞弯刀的发射机构上，流场稳定之后将模型逆气流方向高速弹出，模型短时间内会在风洞中自由飞行，此时使用高速摄影通过观察窗对模型进行拍摄，可获得飞行器模型自由飞的姿态轨迹，后期经过数据处理便可得出飞行器的动态气动参数。

经过多次的风洞试验，此类试验的试验机构暴露出了很多问题，主要包括：

1)、发射爪张开效率低，导致发射爪与模型碰撞，影响模型发射姿态，试验失败率高、可信度低。为了抗击风洞启动的冲击载荷，试验机构将自由飞模型包在多片发射爪内，且为了保证模型初始发射姿态，模型都会包的比较紧。模型发射时候将发射爪和模型一起加速，当活塞杆到达行程极限后原有发射机构的发射爪靠自身惯性绕其转轴转动张开，模型径直飞出。

但仔细研究就会发现原有机构设计存在严重不合理性，这在试验中也得到了验证。原有机构利用发射爪、固定环与弹射模型相对速度差产生的惯性加速度张开，但由于发射爪弹射方向的速度要骤停才能产生惯性加速度，而由于发射爪与模型表面是紧密配合的，二者速度的不同必然引起碰撞的发生，这是不可避免的。且经过多次试验验证发现，由于发射爪转轴距离自身质心很近，导致惯性力矩的力臂很小，且惯性力不是持续作用在发射爪上的力，而是在发射尾声短暂存在的一个力，且试验表明惯性力的作用时间约为0.5毫秒，所有这些参数都说明惯性力矩对发射爪的张开作用是有限的，这导致了试验中出现的发射爪张开效率极低的问题。而且在超声速流场中模型的发射速度约为15m/s，高速摄影拍摄的画面显示发射爪要在毫秒量级时间内张开才不会干扰模型姿态，这要求发射爪的惯性力矩要非常大才能实现。原有机构设计不符合科学原理，同时还存在作用时间短、惯性力矩不够大等问题导致了原有发射机构的发射爪与模型极易发生碰撞，引起试验失败。这成为原有机构无法克服的难题，试验机构必须改进。

2)、刚性撞击导致零件变形，机构稳定性差。原有机构每次模型发射时，钢制活塞都与铜制气缸前垫块发生刚性撞击以达到减速目的，多次试验后发现刚性撞击导致活塞和气缸前垫块内孔都发生变形，零件间发生干涉，活塞运动阻力变大，甚至卡死，这导致机构稳定性差，模型发射效率变低，使用极为不便，需要改进。

3)、模型发射姿态单一，不能满足更多型号任务需求。原有机构只能将模型按照固定的姿态角向前弹出，而越来越多的型号任务需要模型在自由飞的过程中不仅具有一定的初始角，还需要具有一定的角速度，而原有机构不能达到这个目标，需要改进。

4)、模型发射速度重复性不高，影响试验效果，且主气缸活塞杆即使在气源压力很高的情况下都会显得后劲不足，原有机构需要改进。为了更好辨识出模型所受气动力，每次试验我们都希望能够拍到尽可能多的画面。具体形式为：模型到达观察窗最前缘时与风洞相对速度降为0，然后慢慢向观察窗后缘倒行。这种模型飞行模式需要模型发射速度要具有很高的重复度。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高速弹射模型快速释放装置，其不仅避免了高速弹射模型的碰撞的问题，消除了运动零件间由于刚性碰撞引起的变形，提高了发射系统的稳定性，同时实现了对弹射模型的俯仰、偏航角速度的调节，提高了试验机构的可靠性，使模型发射具有较高的重复性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高速弹射模型快速释放装置，包括：

发射筒；

发射机构，其可运动的设置在所述发射筒中；

所述发射机构包括：固定环和至少两个发射爪，对于任意一个发射爪，所述发射爪的后端枢接在所述固定环上，其前端为自由端，其中，当所述两个发射爪位于所述发射筒内部时，所述两个发射爪紧固弹射模型；

开启机构，其包括与发射爪相同个数的开启装置，每个开启装置包括一支杆和一开启弹簧，所述支杆位于所述发射筒外部，其一端固定在所述发射筒上，另一端向远离所述发射筒方向延伸，所述开启弹簧的一端与所述支杆的一端连接，其另一端连接在所述发射爪的前部；以及

驱动机构，其与所述固定环连接，所述驱动机构用于驱动所述发射机构由所述发射筒内部运动至所述发射筒外部，其中，当所述发射机构向所述发射筒外部运动时，所述开启装置将所述发射爪拉离所述弹射模型。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，还包括：角速度调节机构，其用于调节所述弹射模型的角速度；

所述角速度调节机构包括：调节块、调节垫块和调节杆；

所述固定环的中部开设有与所述调节垫块形状向匹配的安装孔，且所述安装孔的内周壁上设置有内螺纹；

所述调节垫块的外周壁上设置有与所述安装孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述调节垫块可转动的设置在所述安装孔中，所述调节垫块上开设运动槽，所述调节块可运动的设置在运动槽中，在所述调节块的前部设置有凸棱，当所述弹射模型安装在所述发射机构上时，所述凸棱抵顶在弹射模型尾部；

所述调节杆可运动的设置在所述调节垫块上，且所述调节杆的一端抵接在所述调节块上，调控所述调节块在所述运动槽中的位置。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述角速度调节机构还包括调节弹簧；

所述调节块为包括一对竖直部和一水平部的H形调节块，所述水平部的前部设置有所述凸棱，且所述水平部的上表面上设置有向上延伸的凸台，所述调节弹簧套设在所述凸台外部，且所述调节弹簧在自由状态下的长度大于所述凸台的长度；

所述运动槽的上边缘和下边缘上分别开设有一对滑动槽，且在所述运动槽的上边缘的下表面开设有盲孔，所述运动槽的下边缘上开设有贯通所述下边缘且设置有内螺纹的通孔，所述一对竖直部位于所述一对滑动槽中，且所述调节弹簧的上部位于所述盲孔中；

所述调节杆的外表面上设置有与所述通孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述调节杆的一端穿过所述通孔，抵顶在所述水平部的下表面。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述驱动机构包括：气缸、稳压块和气缸后盖；

所述气缸包括外筒体、活塞杆和活塞，所述外筒体为密封筒体，所述活塞设置在所述外筒体中，且所述活塞的外周壁与所述外筒体的内周壁接触，所述活塞杆的一端与所述活塞连接，其另一端穿出所述外筒体与所述固定环连接；

所述稳压块设置在所述外筒体中，且固定在所述外筒体的后部，所述稳压块上设置有连通外部与所述外筒体内部的第一进气孔，在所述稳压块与所述活塞接触的端部设置有凹槽；

所述气缸后盖套设在所述外筒体的后部，所述气缸后盖上开设有第三进气孔，所述第三近气孔与所述第一进气孔连通。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述外筒体上设置有与所述外筒体内部连通的至少一个通气孔，且所述通气孔靠近所述发射机构。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，还包括触发气缸，其包括：气缸前盖和拔销杆；

所述活塞杆的外表面上开设有至少一个卡槽；

所述气缸前盖套设在所述外筒体和所述发射筒的外部，所述气缸前盖上开设有拔销孔和第二进气孔；

所述拔销杆上套设有圆柱形的卡台，所述卡台将所述拔销杆分为拔销上部和拔销下部；

所述拔销杆可运动的所述设置在所述拔销孔中，且所述卡台的外周壁与所述拔销孔的内周壁接触，所述拔销下部穿出所述拔销孔，卡置在所述卡槽中；

所述第二进气孔与所述拔销孔下部连通，其中，气体从所述第二进气孔进入到所述拔销孔，上顶所述卡台，所述拔销杆向上运动，所述拔销下部远离卡槽。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述触发气缸还包括触发弹簧和紧固螺母；

所述触发弹簧套设在所述拔销上部，所述紧固螺母可拆卸的固定在拔销孔的顶部，其中，所述紧固螺母的螺孔的直径大于所述拔销杆横截面的直径，小于所述卡台横截面的直径。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述支杆固定在所述发射筒的前部。

优选的是，所述的高速弹射模型快速释放装置中，所述开启弹簧处于自由状态时的长度与所述支杆的长度相同。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、避免了发射爪和弹射模型碰撞，消除了发射爪对弹射模型初始姿态的影响，从而大大提高试验成功率。原有机构利用发射爪、固定环与弹射模型相对速度差产生的惯性加速度张开，但由于发射爪弹射速度要骤停才能产生惯性加速度，而此时发射爪与模型速度的不同必然引起碰撞，这是不可避免的。改进后的发射机构使用持续的弹簧力代替短暂作用在发射爪上的惯性力来使发射爪有效张开，这使得发射爪不仅可以保证模型初始姿态不受风洞冲击载荷的影响，还能在弹簧持续拉力的作用下使模型在适当的时候快速释放，即发射爪后端离开发射筒边缘后便会迅速边逆气流运动、边绕其转轴转动，而不像原有机构那样先逆气流运动、等活塞杆停顿后发射爪再绕转轴转动，改进后的运动方式减少了发射爪对模型的干扰，同时拉力力臂长度也比惯性力力臂要长得多，从而最大程度的增加了发射爪受到的转动力矩，经过改进，发射爪的释放效果得到了改善，避免了模型的碰撞；

第二、消除了运动零件间刚性碰撞引起的变形，提高了发射系统的稳定性。采用一气缸、和在气缸的外筒体上开设通气孔的模式，使得活塞杆运动的后半程也形成活塞运动，活塞杆运动的最后阶段通过压缩空气达到自动减速的目的，而不是刚性碰撞减速。同时保证活塞在到达通气孔之前被推动气体从通气孔排出，活塞杆是加速运动，保证模型的发射速度。改进后的设计消除了零件间刚性碰撞引起的变形，提高了整套机构的稳定性。

第三、可以调节弹射模型的俯仰、偏航角速度，新增的角速度调节块可以调节活塞杆作用在模型上作用力的作用点位置，达到调节模型俯仰、偏航角速度的目的；

第四、提高了试验机构的可靠性，使模型发射具有较高的重复性，通过新加的稳压块和触发气缸，使得模型弹射速度等参数更加可控，提高了试验的重复性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为所述的高速弹射模型快速释放装置在发射弹射模型后的结构示意图；

图2为所述的高速弹射模型快速释放装置在发射弹射模型前的剖视图；

图3为本发明所述的发射爪将展开瞬间的结构示意图；

图4为本发明所述的发射爪展开时的结构示意图；

图5为本发明所述的稳压块所在位置的示意图；

图6为本发明所述的活塞位于所述外筒体前部时的结构示意图；

图7为本发明所述的触发气缸的剖视图；

图8为本发明所述的触发气缸的结构示意图；

图9为本发明所述的角速度调节机构的剖视图；

图10为本发明所述的角速度调节机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1～4所示，本发明提供一种高速弹射模型快速释放装置，包括：发射筒1、发射机构2、开启机构3和驱动机构5。

发射筒1大致为圆柱形，且内部中空。发射机构2可运动的设置在发射筒1中，发射机构2用于弹射弹射模型7；发射机构2包括：固定环21和至少两个发射爪22和23，以发射爪22为例，发射爪22的后端枢接在固定环21上，具体为发射爪22的后端通过销钉枢接在固定环21上，其前端为自由端，一对发射爪22和23以前端可张开的方式设置在固定环21上，其中，当两个发射爪22和23位于发射筒1内部时，两个发射爪22和23为闭合状态，且紧固弹射模型7。

开启机构3包括与发射爪相同个数的开启装置31，开启机构3用于当发射弹射模型7时，发射爪22和23运动至发射筒1外部时，开启发射爪22和23，使全部发射爪处于张开，解除对弹射模型7的紧固，每个开启装置31包括一支杆311和一开启弹簧312，支杆311设置在发射筒1的外部，支杆311的一端固定在发射筒1上，其另一端向远离发射筒1方向延伸，开启弹簧312的一端与支杆311的一端连接，其另一端连接在发射爪22的前部。驱动机构5用于驱动发射机构2由发射筒1内部向发射筒1外部运动，驱动机构5与固定环21连接，其中，当发射机构2向发射筒1外部运动时，开启装置31将发射爪拉离弹射模型7。

在一种实施方式中，如图1、2、3、4、9和10所示，高速弹射模型快速释放装置中还包括用于调节弹射模型7角速度的角速度调节机构4；

角速度调节4机构包括：调节块42、调节垫块41和调节杆43；

固定环21的中部设置与调节垫块41形状相匹配的安装孔，且安装孔的内周壁上设置有内螺纹；

调节垫块41的外周壁上设置有与安装孔的内螺纹匹配的外螺纹，调节垫块41可转动的设置在安装孔中，调节垫块41上开设运动槽411，调节块42可运动的设置在运动槽411中，且调节块42的前部设置有凸棱424，当弹射模型7安装在发射机构2上时，凸棱424抵顶在弹射模型7尾部，调节杆43可运动的设置在调节垫块41上，且调节杆43的一端抵接在调节块42上，另一端位于运动槽411的外部，调节杆43调控调节块42在运动槽411中的位置。

在一种实施方式中，如图1、2、3、4、9和10所示，角速度调节机构4还包括调节弹簧44；

调节块42为包括一对竖直部422和423和一水平部421的H形调节块，水平部421的前部设置有凸棱424，且水平部421的上表面上设置有向上延伸的凸台425，调节弹簧44套设在凸台425外部，且调节弹簧44在自由状态下的长度大于凸台425的长度；

运动槽411的上边缘和下边缘上分别开设有一对滑动槽，且在运动槽411的上边缘的下表面开设有盲孔，运动槽411的下边缘上开设有贯通下边缘且设置有内螺纹的通孔，一对竖直422和423部位于一对滑动槽中，且调节弹簧44的上部位于盲孔中；调节杆43的外表面上设置有与通孔的内螺纹匹配的外螺纹，调节杆43的一端穿过通孔，抵顶在水平部421的下表面。

当调节弹射模型发射的角速度时，可以通过旋转调节杆调节凸棱作用在弹射模型尾部上的弹射力作用点的位置，从而达到对角速度调节的目的；通过旋转位于安装孔内的调节垫块，可以使凸棱跟随转动，从而可以调节弹射模型的俯仰角和偏航角的速度。

在一种实施方式中，如图2～6所示，驱动机构5包括：气缸51、稳压块52和气缸后盖53；

气缸51包括外筒体511、活塞杆513和活塞512，外筒体511为密封筒体，活塞512设置在外筒体511中，且活塞512的外周壁与外筒体511的内周壁接触，活塞杆513的一端与活塞512连接，其另一端穿出外筒体511与固定环21连接；稳压块52设置在外筒体511中，且固定在外筒体511的后部，稳压块52上设置有连通外部与外筒体511内部的第一进气孔，在稳压块52与活塞512接触的端部设置有凹槽，当活塞512位于外筒体511的后部时，其抵接在稳压块52上；

气缸后盖53套设在外筒体511的后部，气缸后盖53上开设有第三进气孔，第三近气孔与第一进气孔和第一进气孔与高压气体连通，高压气体通过第三进气孔进入到第一进气孔中。

在一种实施方式中，如图2和3所示，外筒体511上设置有与外筒体内511部连通的至少一个通气孔514，且通气孔514靠近发射机构，优选的为，通气孔为两个；通气孔的设置可以减缓活塞与活塞前端的碰撞。

在一种实施方式中，如图2、3、5和6所示，还包括控制气缸驱动射程的触发气缸6，触发气缸6包括：气缸前盖61和拔销杆63；

活塞杆513的外表面上开设有至少一个卡槽515；

气缸前盖61套设在外筒体511和发射筒1的外部，气缸前盖61上开设有拔销孔62和第二进气孔66；

拔销杆63上套设有圆柱形的卡台64，卡台64将拔销杆63分为拔销上部和拔销下部；

拔销杆63可运动的设置在拔销孔62中，且卡台64的外周壁与拔销孔62的内周壁接触，拔销下部穿出拔销孔62，卡置在卡槽515中；

第二进气孔66与拔销孔62下部连通，其中，气体从第二进气孔66进入到拔销孔62，上顶卡台64，拔销杆63向上运动，拔销下部远离卡槽515。

在一种实施方式中，如图2、3、4、7和8所示，触发气缸6还包括触发弹簧65和紧固螺母67；

触发弹簧65套设在拔销上部，紧固螺母67可拆卸的固定在拔销孔62的顶部，其中，紧固螺母67的螺孔的直径大于拔销杆63横截面的直径，小于卡台46横截面的直径。

在一种实施中，如图1～4所示，支杆31固定在发射筒1的前部。

在一种实施中，如图1～4所示，开启弹簧32处于自由状态时的长度与支杆31的长度相同，方便开启弹簧的安装。

为了使本领域技术人员更加清楚理解本发明公开的技术，简要介绍本发明的的具体工作过程：

试验开始前，通过旋转调节杆，调节凸棱作用在弹射模型尾部上的弹射力作用点的位置，从而达到对角速度调节的目的；通过旋转位于安装孔内的调节垫块，可以使凸棱跟随转动，从而可以调节弹射模型的俯仰角和偏航角的速度。

试验开始时，在气缸后盖接头处接入一定量的高压气源后切断这一路高压气源，此时由于拔销杆下端位于卡槽中，卡置活塞杆，锁死气缸，所以活塞不会运动。当风洞流场启动对弹射模型产生启动冲击载荷时，发射爪抱紧弹射模型，保证了弹射模型姿态的稳定，当风洞流场稳定后，在第二进气孔通过拔销气源接头接通气源，在高压气的作用下拔销杆被向上拔出，拔销杆下端离开卡槽，解除对活塞杆的制动，活塞杆向前高速运动，发射爪、固定环和弹射模型和角速度调节机构在发射筒内快速移动，由于发射筒的存在，此时发射爪不能张开，所以开启拉弹簧被不断拉长，同时发射爪也不断受到开启拉弹簧不断增大的拉力，随着活塞继续向前运动，当发射爪的后端运动出发射筒时，发射爪不再受发射筒的约束，此时的发射爪会在开启弹簧的持续弹簧力的作用下迅速张开，且是边向前运动边张开，等到活塞杆及发射机构27速度降为0时，发射爪早已展开，弹射模型很快被释放，从而从根本上解决了碰撞问题。一次试验完毕，图2～4为一个弹射过程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。