水漂发射试验装置的制作方法

本发明涉及力学试验技术领域，具体涉及一种水漂发射试验装置。

背景技术：

打水漂是一种常见的现象，航天器再入大气层、飞机水上迫降等都可以简化为打水漂问题。目前，对击水弹跳(打水漂)领域的研究多限于理论和数值模拟，缺少实验验证与支撑，实验验证主要受限于合理的水漂发射装置。理论与数值模拟研究表明，影响水漂弹跳的因素有水漂的初始速度(ν)，水漂与水面的夹角，即攻角(α)，水漂速度方向与水面的夹角，即速度角(β)，此外为了保证水漂在弹跳过程中的稳定性，水漂最好具有一定的自旋速度(ω)。目前提供初始速度(ν)的方法大多为借助摩擦力，例如水平转盘与水漂物体的边缘紧密接触，水平转盘旋转带动水漂物体自转并沿着发射轨道方向发射出去，通过摩擦力这种方法的优点是结构形式简单，易于操作，但对于精度要求较高的实验却很难满足要求。并且，目前的水漂发射装置几乎无法调节速度角(β)，水平方向的速度容易调节，竖直方向的速度仅仅依靠水漂物体的自由落体产生。本发明充分考虑了水漂发射装置的这些需求，在保证实验精度的前提下，使实验装置操作简单，经济实用。

因此，为解决以上问题，需要一种水漂发射试验装置，能够在保证试验精度的前提下，调节水漂发射试验中水漂初始速度、水漂的攻角、水漂速度角等参数，并且满足操作简单、成本低、经济实用的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供水漂发射试验装置，能够在保证试验精度的前提下，调节水漂发射试验中水漂初始速度、水漂的攻角、水漂速度角等参数，并且满足操作简单、成本低、经济实用的需求。

本发明的水漂发射试验装置，包括从下到上依次安装的固定底座、攻角调节平台、速度角调节组件和发射组件；所述攻角调节平台以与水平面夹角可调的方式设置在固定底座上；所述速度角调节组件用于使发射组件具有向下移动的初速度；所述发射组件用于放置水漂及为水漂提供可调节发射动能。

进一步的，还包括转速调节组件；所述转速调节组件包括龙门架和电机ⅰ，所述龙门架固定在攻角调节平台上，所述电机的转子轴竖直向下且转子轴端部设置有用于与水漂连接的连接头。

进一步的，所述龙门架的立柱为三角形支撑结构。

进一步的，所述发射组件包括与速度角调节组件连接的支撑架、设置在支撑架上的用于放置及引导水漂的发射扁平管、设置在发射扁平管尾部的用于撞击水漂的撞击头以及用于为撞击头提供可调节动能的动力机构；所述发射扁平管上设置有用于供连接头穿过的通孔。

进一步的，所述攻角调节平台一端与固定底座铰接，另一端通过角度调节组件与固定底座连接。

进一步的，所述角度调节组件包括固定在攻角调节平台中部或尾部的弧形齿条、与弧形齿条啮合的齿轮或蜗杆以及用于为齿轮或蜗杆提供动力的电机ⅱ。

进一步的，所述速度角调节组件包括设置在攻角调节平台上的驱动机构和导向杆；所述导向杆设置有至少三个，所述支撑架上设置有用于与导向杆配合的导向孔。

进一步的，所述驱动机构使发射组件沿垂直于攻角调节平台且向下的方向移动；所述导向杆垂直于攻角调节平台使发射组件仅具有沿垂直于攻角调节平台的方向往复运动的单自由度。

进一步的，所述驱动机构为作动筒，所述作动筒伸缩方向垂直于攻角调节平台，所述导向杆顶端设置有防止支撑架与导向杆分离的凸起部。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种水漂发射试验装置，在保证水漂发射试验精度的前提下，通过改变攻角调节平台与固定底座的角度调节水漂的攻角α；通过改变为水漂提供的发射动能，调节试验中水漂沿导轨发射速度v1；通过速度角调节组件使发射组件具有向下移动的初速度v0；在特定的水漂攻角α下,改变发射速度v1和向下移动的初速度v0达到控制水漂初始速度v和水漂速度角β的目的。同时，该装置结构简单，各部件都不需要进行复杂的加工，整体成本低，经济实用，并且使用时操作简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的固定底座的结构示意图；

图3为本发明的安装有水漂的发射组件的结构示意图；

图4为本发明的攻角调节平台、速度角调节组件和转速调节组件结构示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本实施例中的水漂发射试验装置，包括从下到上依次安装的固定底座2、攻角调节平台3、速度角调节组件和发射组件；所述攻角调节平台3以与水平面夹角可调的方式设置在固定底座2上；所述速度角调节组件用于使发射组件具有向下移动的初速度；所述发射组件用于放置水漂1及为水漂1提供可调节发射动能。在保证水漂1发射试验精度的前提下，通过改变攻角调节平台3与固定底座2的角度调节水漂1的攻角α，此处所说的与水平面夹角是指攻角调节平台3与水平面沿水漂1发射方向上的夹角；通过改变为水漂1提供的发射动能，调节试验中水漂1沿导轨发射速度v1；通过速度角调节组件使发射组件具有向下移动的初速度v0，此处所说的向下移动是指由发射组件朝向攻角调节平台3的方向；在特定的水漂攻角α下,改变发射速度v1和向下移动的初速度v0达到控制水漂初始速度v和水漂速度角β的目的。同时，该装置结构简单，各部件都不需要进行复杂的加工，整体成本低，经济实用，并且使用时操作简单。

本实施例中，还包括转速调节组件；所述转速调节组件包括龙门架41和电机ⅰ42，所述龙门架41固定在攻角调节平台3上，所述电机ⅰ42的转子轴竖直向下且转子轴端部设置有用于与水漂1连接的连接头43。水漂1上表面中心设置有能与连接头43配合并使水漂1与连接头43同轴转动的连接部11。水漂1为圆盘形水漂1，所述连接部11为设置在圆盘中心的非圆形凹槽；所述连接头43的形状与非圆形凹槽互补。圆盘形水漂的飞行稳定性高，连接头43可以为多棱柱(如六棱柱、五棱柱)，非圆形凹槽为与连接头43端面对应的形状。电机ⅰ42的转子轴转动带动连接头43转动，从而带动水漂1转动，电机ⅰ42转速可调，实现调节水漂1初始自旋速度ω的目的，水漂1具有一定的自旋速度ω能够保证水漂1在弹跳过程中的稳定性。

本实施例中，所述龙门架41的立柱为三角形支撑结构。在电机ⅰ42的转子轴带动水漂1转动时，龙门架41两侧的立柱会承受较大的力矩，为了增强龙门架41的稳定性，将龙门架41两侧的立柱设计为三角形支撑结构，防止因为电机ⅰ42运行造成龙门架41晃动甚至是变形影响水漂1发射实验的准确性。

本实施例中，所述发射组件包括与速度角调节组件连接的支撑架51、设置在支撑架51上的用于放置及引导水漂1的发射扁平管52、设置在发射扁平管52尾部的用于撞击水漂1的撞击头53以及用于为撞击头53提供可调节动能的动力机构54；所述发射扁平管52上设置有用于供连接头43穿过的通孔。发射扁平管52的上侧没有设置用于放入水漂1的缺口，使用时水漂11安装时从发射口放入，再通过薄片推到指定位置，这种设计在发射扁平管52向下移动时，水漂1与发射扁平管52向下移动的速度相同，使速度角β的调节更加准确。动力机构54推动撞击头53，使撞击头53沿发射扁平管52的中心线移动撞击水漂1，从而实现水漂1的发射。动力机构54的选择有很多，可以采用设置在位于发射扁平管52后方的支撑架51内的弹簧推动撞击头53(调节弹簧压缩量可以改变撞击头53撞击水漂1时的动能)，还可以采用连接高压气泵推动撞击头53(调节高压气体压力及流速可以改变撞击头53撞击水漂1时的动能)，甚至可以采用电磁发射器原理推动撞击头53(调节电磁力可以改变撞击头53撞击水漂1时的动能)，能够提供可调节动能的机构的现有技术还有很多，在此不再赘述。

本实施例中，所述攻角调节平台3一端与固定底座2铰接，另一端通过角度调节组件与固定底座2连接。角度调节组件使攻角调节平台3能够以铰接处为旋转中心摆动，从而改变攻角调节平台3与水平面的夹角。

本实施例中，所述角度调节组件包括固定在攻角调节平台3中部或尾部的弧形齿条61、与弧形齿条61啮合的齿轮或蜗杆以及用于为齿轮或蜗杆提供动力的电机ⅱ63。弧形齿条61固定在攻角调节平台3上，通过齿轮62或蜗杆转动与弧形齿条61不同位置啮合，使弧形齿条61带动攻角调节平台3以铰接处为旋转中心摆动。使用齿轮62与弧形齿条61啮合时，为齿轮62提供动力的电机ⅱ63采用自锁电机，提供动力的同时具有锁止作用，将攻角调节平台3调节到指定角度后防止攻角调节平台3角度发生变化。使用蜗杆与弧形齿条61啮合时，除了采用自锁电机锁止的方式以外，还可以使蜗杆的展开螺旋角小于弧形齿条61与蜗杆接触的摩擦角，使弧形齿条61无法带动蜗杆转动实现自锁。

本实施例中，所述速度角调节组件包括设置在攻角调节平台3上的驱动机构71和导向杆72；所述导向杆72设置有至少三个，所述支撑架51上设置有用于与导向杆72配合的导向孔51a。驱动机构71用于给发射组件提供向下的速度v0，导向孔51a和导向杆72配合用于引导发射组件移动方向。

本实施例中，所述驱动机构71使发射组件沿垂直于攻角调节平台3且向下的方向移动；所述导向杆72垂直于攻角调节平台3使发射组件仅具有沿垂直于攻角调节平台3的方向往复运动的单自由度。水漂1为从发射扁平管52中飞出前由于发射组件有着速度v0，所以水漂1在从发射扁平管52飞出后速度v是由发射组件速度v0和发射速度v1两者合成，发射速度v1的大小由动力机构54决定，通过改变发射速度v1和速度v0达到控制水漂1速度v和水漂速度角β的目的。驱动机构71使发射组件沿垂直于攻角调节平台3且向下的方向移动，使发射组件速度v0与发射速度v1垂直，这种两速度垂直的设计在速度合成时，同样大小的速度v0对于水漂速度角β的影响大于两速度不垂直的情况。

本实施例中，所述驱动机构71为作动筒，所述作动筒伸缩方向垂直于攻角调节平台3，所述导向杆72顶端设置有防止支撑架51与导向杆72分离的凸起部72a。通过作动筒的向下收缩带动发射组件沿垂直于攻角调节平台3且向下的方向移动，水漂1与发射组件同步运动，从而使水漂1具有垂直于攻角调节平台3且向下的方向的速度v0。凸起部72a用于限制发射组件行程，防止发射组件从导向杆72脱出，并且当装有水漂1的发射组件升至与凸起部72a接触时，驱动机构71输出轴端部的连接头43插入水漂1上的非圆形凹槽中。

试验时，通过调节齿轮或者蜗杆，将攻角调节平台3调节到指定位置实现控制水漂攻角α，然后使电机ⅰ42按照所需的转速输出，实现控制水漂1自旋速度ω的目的，启动速度角调节组件，使发射组件带动水漂1以既定的速度v0沿垂直于攻角调节平台3的方向向下滑动，这时连接头43与水漂1连接部11的非圆形凹槽分离，同时动力机构54提供动能使撞击头53撞击水漂1，水漂1为从发射扁平管52中飞出前由于发射组件有着速度v0，所以水漂1在从发射扁平管52飞出后速度v是由发射组件速度v0和发射速度v1两者合成，发射速度v1的大小由动力机构54决定，通过改变发射速度v1和速度v0达到控制水漂1速度v和水漂速度角β的目的。综上所述，本发明的装置实现了调节水漂1发射试验中水漂初始速度v、水漂1的攻角α、水漂速度角β和水漂1自旋速度ω的参数。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。