一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构的制作方法

本发明属于测力试验领域，涉及一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构。

背景技术：

舵面是飞机、导弹特别是战术导弹和弹箭兵器的主要控制面，准确预测舵面气动特性和铰链力矩是飞行器舵面设计和操纵系统设计的重要依据。因而舵面气动特性的确定一直是飞行器设计中面临的一个关键而困难的问题。由于舵面的气动特性用理论计算准确预测非常困难，目前国内的型号设计中主要依靠风洞实验提供，因此如何准确的测量出舵面的气动特性成为舵面测力风洞实验的核心内容。

高马赫数铰链力矩测量试验通常采用全模型，天平将固定在尺寸较小的机(弹)身，采用纵轴铰链力矩天平来测量铰链力矩及其它气动力。试验一般在常规高超声速风洞进行。在试验过程中要求常规高超声速风洞的运行较长时间(一般可持续一分钟左右)，温度效应非常严重(ma8的来流总温可达480°)。高温来流对天平的加热作用主要有两个方面：一是通过测量舵对天平进行热传导；二是通过测量舵与弹身之间的缝隙对天平进行直接加热。这会造成严重的天平温度输出，从而形成实时变化的非均匀天平温度场，其轴向温度梯度尤为剧烈。导致天平同一测量单元的4片或8片应变计处于不同的温度环境下，这样形成的天平温度输出无法用静态温补的方式来补偿修正，造成天平测量的测力试验结果与真实的测量值有很大的偏差。处理天平温度效应的方法包括物理隔热和数据修正。

目前的高马赫数铰链力矩测力试验时，高温来流以较快的速度冲击到天平上，对天平进行加热。同时整个舵(包含舵轴)都是采用金属材料进行加工，试验过程中强烈的气动加热使得舵表面的温度很高，高热量从舵面沿着舵轴向天平进行热传导，这使得目前的高马赫数铰链力矩测力试验一般只能进行到ma5(ma5的来流总温可达90°)，无法应用到ma＝6～8范围内。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构。

本发明解决技术的方案是：

一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，包括舵体、舵芯、挡片和弹身；

舵由舵体和舵芯组成，舵芯舵轴前端为锥状结构，后端为圆柱状结构，所述圆柱状结构的中部为两层阶梯圆盘，两层圆盘的直径不同，且两层圆盘的直径均大于圆柱状结构的直径；弹身表面加工三层阶梯圆槽；

舵安装在天平上，舵轴插入三层阶梯圆槽中，挡片固定在弹身上，挡片表面与弹身表面平齐，舵和弹身、挡片之间存在迷宫型的缝隙。

舵体的材料为陶瓷，舵体的厚度不小于3mm，舵芯的材料为金属，舵芯的厚度不小于2mm。

舵体和舵芯通过胶水胶结固定，所述胶水能承受150°高温。

两层阶梯圆盘中，第一层圆盘的直径为1.5d，厚度为2mm，第二层阶梯圆盘的直径为2.5d，厚度为2mm，其中d为舵轴圆柱状结构的直径。

弹身表面的三层阶梯圆槽中，第一层圆槽的直径为1.5d，第二层圆槽的直径为2.5d，第三层圆槽的直径为3.5d。

迷宫型缝隙宽度为1mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明舵和弹身、挡片中间存在宽度为1mm三层迷宫型阶梯缝隙，这使得进入到迷宫缝隙的高速来流极大的被迟滞，速度大大降低，接近静止，无法对天平进行直接加热，能有效的降低高马赫数铰链力矩测力试验的天平温度效应，使得目前的高马赫数铰链力矩测力试验能进行到ma＝6～8范围内，有效提高高马赫数铰链力矩测力试验的精准度。

附图说明

图1为本发明的高马赫数铰链力矩测量示意图；

图2为本发明舵结构示意图；

图3为本发明舵和弹身之间迷宫缝隙示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图2-3所示，本发明一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，包括舵体1、舵芯2、挡片3、弹身4。舵由舵体1和舵芯2组成，舵芯舵轴前端为半锥角为6°的锥状结构，后端为圆柱状结构，所述圆柱状结构的中部为两层阶梯圆盘，两层圆盘的直径不同，且两层圆盘的直径均大于圆柱状结构的直径。具体地，第一层阶梯圆盘的直径为1.5d，厚度为2mm，(d为舵轴圆柱状结构的直径)，第二层阶梯圆盘的直径为2.5d，厚度为2mm。采用能承受150°高温的胶水将舵体与舵芯进行胶结固定，组成完整的舵。

弹身4表面加工三层阶梯圆槽，第一层阶梯圆槽的直径为1.5d，第二层阶梯圆槽的直径为2.5d，第三层阶梯圆槽的直径为3.5d。

舵安装在天平上，圆槽的轴与舵轴重合，且舵芯舵轴插入三层阶梯圆槽中，舵芯舵轴与三层阶梯圆槽内壁之间存在缝隙；挡片3固定在弹身4上，挡片表面与弹身表面平齐，挡片与舵轴存在缝隙。舵和弹身、挡片之间存在宽度为1mm的三册迷宫型缝隙。

图1为本发明的高马赫数铰链力矩测量示意图。

舵体采用陶瓷材料加工制作，舵体的厚度不小于3mm，舵芯采用金属材料加工制作，舵芯的厚度不小于2mm。试验过程中强烈的气动加热使得舵表面的温度很高，但是由于陶瓷的热传导系数很低，这有效阻止了高热量从舵面沿着舵轴向天平进行热传导。

弹身表面加工成三层阶梯圆槽，舵轴的中部设计成为变直径的两层阶梯圆盘，舵安装在天平上，挡片固定在弹身上，舵和弹身、挡片中间存在宽度为1mm三层迷宫型阶梯缝隙。这使得进入到迷宫缝隙的高速来流极大的被迟滞，速度大大降低，接近静止。无法对天平进行直接加热。

本发明装置用于高马赫数铰链力矩测力试验的天平隔热，能阻止舵表面的热量向天平传导和高温气流冲击到天平表面，可有效的降低高马赫数铰链力矩测力试验的天平温度效应，提高高马赫数铰链力矩测力试验的精准度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

技术特征：

1.一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：包括舵体(1)、舵芯(2)、挡片(3)和弹身(4)；

舵由舵体(1)和舵芯(2)组成，舵芯舵轴前端为锥状结构，后端为圆柱状结构，所述圆柱状结构的中部为两层阶梯圆盘，两层圆盘的直径不同，且两层圆盘的直径均大于圆柱状结构的直径；弹身(4)表面加工三层阶梯圆槽；

舵安装在天平上，舵轴插入三层阶梯圆槽中，挡片(3)固定在弹身(4)上，挡片表面与弹身表面平齐，舵和弹身、挡片之间存在迷宫型的缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：舵体(1)的材料为陶瓷，舵体(1)的厚度不小于3mm，舵芯(2)的材料为金属，舵芯(2)的厚度不小于2mm。

3.根据权利要求2所述的一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：舵体(1)和舵芯(2)通过胶水胶结固定，所述胶水能承受150°高温。

4.根据权利要求1所述的一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：两层阶梯圆盘中，第一层圆盘的直径为1.5d，厚度为2mm，第二层阶梯圆盘的直径为2.5d，厚度为2mm，其中d为舵轴圆柱状结构的直径。

5.根据权利要求4所述的一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：弹身表面的三层阶梯圆槽中，第一层圆槽的直径为1.5d，第二层圆槽的直径为2.5d，第三层圆槽的直径为3.5d。

6.根据权利要求1所述的一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，其特征在于：迷宫型缝隙宽度为1mm。

技术总结
本发明涉及一种高马赫数铰链力矩测力试验的隔热结构，包括舵体、舵芯、挡片和弹身。整个舵由舵体、舵芯组成，舵体材料为陶瓷，舵体和舵芯通过胶水胶结固定，组成完整的舵。弹身表面加工成三层阶梯圆槽，舵轴的中部为变直径的两层阶梯圆盘，舵安装在天平上，舵芯舵轴插入三层阶梯圆槽中，挡片固定在弹身上，此时舵和弹身、挡片中间存在宽度为1mm三层迷宫型的缝隙。本发明装置能阻止舵表面的热量向天平传导和高温气流冲击到天平表面，可有效的降低高马赫数铰链力矩测力试验的天平温度效应，提高高马赫数铰链力矩测力试验的精准度。

技术研发人员：叶瑞;肖翔;曾德强;张婷婷
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2021.04.09