一种天平与通气式支杆的连接装置及连接方法与流程

本发明涉及一种风洞试验中天平与通气式支杆的安装装置设计和使用方法，属于风洞试验技术领域。

背景技术：

侧向喷流控制系统reactioncontrolsystem，简称rcs用于控制飞行器的轨道和姿态，适用于全速域、全空域，受环境影响小，隐身效果好。姿控喷流一般布置于飞行器的头部或尾段，随着飞行器逐渐的发展成熟，位于头部的姿控喷流控制因对下游干扰太大而逐渐不被采用，位于尾部的姿控喷流控制被更多的飞行器采用。轨控喷流用于控制飞行器轨道，具有大流量、大推力、大干扰的特性，是风洞试验研究的重点。

轨控喷流位于飞行器质心附近，风洞模型设计时，如果单独引入一根供气管道，则因为空间限制，其截面不能太大，可能影响喷流的压力、流量控制；如果用通气式支杆供气，则在模型的质心与模型尾段之间很难布置天平，因为无法满足天平安装、气源密封之间的矛盾。

所以，天平只能布置在轨控喷流之前，如果采用传统的锥面连接方式，则天平过长，模型的尺寸不能允许过长的天平；天平测量段的长度是固定的，因此，只能在天平与模型的连接段和天平与通气式支杆的连接段上想办法。

本发明给出的解决方案直接取消了天平与通气式支杆的连接长度，有效地缩短了天平校心与质心间的距离，为模型头部位置节约了空间，增加了天平测量的准确性。本发明的通气式支杆也可以更换为不通气的支杆，仅保留该天平的连接形式。

技术实现要素：

本发明提供了一种天平与通气式支杆的连接装置及连接方法。使用这种装置，能够缩短天平与支杆的整体长度，有效地布置模型外形，减少天平校心与模型质心的距离，提高测量的精准度。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种天平与通气式支杆的连接装置，包括：

模型中段，其外形与真实飞行器保持一致；所述模型中段的内部设置直径依次增大的圆柱空腔ⅰ、圆柱空腔ⅱ和喇叭状空腔；

用于模型的气动力测量的天平，其一端为内部中空的锥形段，另一端为内部中空的等直段；所述天平的锥形段的内壁设置有内螺纹；

用于隔离模型与天平的隔热套，其设置在模型中段的内部；所述隔热套的外形为直径依次增大的阶梯柱段结构；所述天平设置在隔热套内，且所述隔热套的内部设置有与天平的外形结构相匹配的锥形空腔和圆柱空腔ⅲ；

模型压紧螺栓，其伸入模型中段内与天平的锥形段内的内螺纹相匹配连接；所述模型压紧螺栓的端部上设置有用于压紧模型中段的环形限位部；

用于模型支撑和固定的通气式支杆，其一端通过天平转接套和转接套压紧螺栓设置在天平的等直段的内部，另一端伸出模型中段与风洞的支撑机构相连。

优选的是，所述模型中段的一端设置有用于卡扳手的六边形凸起部和与模型头部连接的圆柱段；所述圆柱段上开设有连接模型头部的销孔和螺纹孔。

优选的是，所述隔热套的直径较小的柱段结构位于所述模型中段的圆柱空腔ⅰ内；所述隔热套的直径较大的柱段结构位于所述模型中段的喇叭状空腔内；所述隔热套的锥形空腔设置于直径较小的柱段结构的内部；所述隔热套的圆柱空腔ⅲ设置于直径较大的柱段结构的内部；所述隔热套位于锥形空腔的柱段结构上设置有键槽。

优选的是，所述天平转接套的内部中空，且外形为直径依次增大的阶梯型圆柱结构，共有三段，其中直径最小和直径居中的圆柱结构均位于天平的等直段的内部，且直径居中的圆柱结构的外壁与天平的等直段的内部紧密配合；直径最大的圆柱结构位于天平的外部，且直径最大的圆柱结构的端部与天平的等直段的端部通过销钉定位后螺钉连接。

优选的是，所述通气式支杆的一端位于天平转接套的内部，且该通气式支杆的外壁与天平转接套的内壁紧密配合；所述通气式支杆的顶段设置有螺纹空腔；所述螺纹空腔内相匹配连接转接套压紧螺栓的螺杆段，且所述转接套压紧螺栓的端部直径大于天平转接套的直径最小的圆柱结构的端部直径以使转接套压紧螺栓的端部设置在天平转接套的外部，通过转接套压紧螺栓和天平转接套的相配合使通气式支杆的端部压紧连接在天平的等直段的内部；所述转接套压紧螺栓的端部设置有内六角结构ⅰ。

优选的是，所述通气式支杆的另一端设置为中空结构。

优选的是，所述模型压紧螺栓的端部的外部设置内六角结构ⅱ，该端部的内部设置内六角结构，且模型压紧螺栓的螺栓段设置为空腔结构。

本发明还提供一种如上述的天平与通气式支杆的连接装置的连接方法，包括以下步骤：

步骤一、将通气式支杆固定在风洞支撑机构上；将转接套压紧螺栓安放于天平转接套的内部，且转接套压紧螺栓的头部朝向天平的锥形段；将天平与天平转接套通过销钉定位、螺钉锁紧；

步骤二、从天平的锥形段伸入内六角扳手，并与转接套压紧螺栓的头部连接；将天平转接套连接在通气式支杆的配合面上，同时旋转内六角扳手保证转接套压紧螺栓进入通气式支杆的螺纹空腔内；在安装转接套压紧螺栓的同时，应注意测量天平上的键槽是否水平，必须保持键槽的水平，使天平安装到位；

步骤三、天平外装上隔热套；将模型中段安装在隔热套上；将模型压紧螺栓安装在天平上，以固定模型中段，并调整模型中段的滚转位置；完成天平与通气式支杆的连接。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)使用天平与通气式支杆的连接装置，可以在保持支杆通气的情况下，有效减小支杆和天平的总长，让天平校心更接近模型质心。

(2)使用天平与通气式支杆的连接方法，给出了喷流供气支杆、天平和模型的安装方法，保证天平与支杆和模型的固连，并明确了调整天平、模型滚转的时机，为风洞试验顺利进行、天平准确测量打下良好基础。

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为本发明天平与通气式支杆的连接装置的剖面结构示意图；

图2为本发明天平与通气式支杆的连接装置的立体结构示意图；

图3为本发明模型中段的立体结构示意图；

图4为本发明模型中段的剖面结构示意图；

图5为本发明隔热套的立体结构示意图；

图6为本发明隔热套的剖面结构示意图；

图7为本发明模型压紧螺栓的立体结构示意图；

图8为本发明模型压紧螺栓的剖面结构示意图；

图9为本发明天平的立体结构示意图；

图10为本发明天平的剖面结构示意图；

图11为本发明天平转接套的立体结构示意图；

图12为本发明天平转接套的剖面结构示意图；

图13为本发明转接套压紧螺栓的立体结构示意图；

图14为本发明通气式支杆的立体结构示意图；

图15为本发明通气式支杆的剖面结构示意图。

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。

图1～15示出了本发明的一种天平与通气式支杆的连接装置，包括：

模型中段，其外形与真实飞行器保持一致；所述模型中段2的内部设置直径依次增大的圆柱空腔ⅰ21、圆柱空腔ⅱ22和喇叭状空腔23；所述模型中段采用超硬铝，锻件；圆柱空腔ⅰ直径较小，便于模型压紧螺栓1通过；

用于模型的气动力测量的天平4，其一端为内部中空的锥形段41，另一端为内部中空的等直段42，用于布置天平4测量元件；所述天平4的锥形段41的内壁设置有内螺纹；天平的材质选用f141；所述天平的等直段的端部加厚，设置六个螺纹孔421和两个销钉定位孔422，用于与天平转接套5连接；所述天平的锥形段41上开设有天平键槽411；

用于隔离模型与天平的隔热套3，其设置在模型中段2的内部；所述隔热套3的外形为直径依次增大的阶梯柱段结构；所述天平4设置在隔热套3内，且所述隔热套3的内部设置有与天平4的外形结构相匹配的锥形空腔31和圆柱空腔ⅲ32；所述隔热套可以防止模型被来流加热后，温度变化影响天平的测量；隔热套的外形采用阶梯柱段结构，主要以适应模型中段的内部型面为主；采用所述锥形空腔是为了与天平配合；采用圆柱空腔ⅲ是为了保护天平，防止模型上高温通过辐射的方式对天平4进行加热；隔热套一般采用玻璃钢材质；

模型压紧螺栓1，其穿过模型中段2的圆柱空腔ⅰ与天平的锥形段41内的内螺纹相匹配连接；所述模型压紧螺栓1的端部上设置有用于压紧模型中段的环形限位部11；所述模型压紧螺栓砂上设置外螺纹与天平的锥形段41内的内螺纹相匹配连接；所述环形限位部可以起到垫圈的作用，该环形限位部底部平整，用于压紧模型中段的端部；所述模型压紧螺栓的材质采用30crmnsia，锻件；

用于模型支撑和固定的通气式支杆7，其一端通过天平转接套5和转接套压紧螺栓6设置在天平4的等直段42的内部，另一端伸出模型中段2与风洞的支撑机构相连。

在上述技术方案中，所述模型中段2的一端设置有用于卡扳手的六边形凸起部24和与模型头部连接的圆柱段25；所述圆柱段25上开设有连接模型头部的销孔251和螺纹孔252；采用这种方式，可以方便连接模型中段与模型头部的连接。

在上述技术方案中，所述隔热套3的直径较小的柱段结构33位于所述模型中段2的圆柱空腔ⅱ22内；所述隔热套3的直径较大的柱段结构34位于所述模型中段2的喇叭状空腔23内；所述隔热套3的锥形空腔31设置于直径较小的柱段结构33的内部；所述隔热套3的圆柱空腔ⅲ32设置于直径较大的柱段结构34的内部；所述隔热套3位于锥形空腔31的柱段结构33上设置有键槽331；天平键槽411与键槽331相对应；采用这种方式，实现隔热套与模型中段的相匹配连接，使隔热套实现对天平的保护。

在上述技术方案中，所述天平转接套5的内部中空，且外形为直径依次增大的阶梯型圆柱结构，共有三段，其中直径最小51和直径居中52的圆柱结构均位于天平4的等直段42的内部，且直径居中的圆柱结构52的外壁与天平4的等直段42的内部紧密配合，起到支撑、固定天平4的作用；直径最大的圆柱结构53位于天平的外部，且直径最大的圆柱结构53的端部与天平的等直段42的端部通过销钉定位后螺钉连接，直径最大的圆柱结构53的端部设置有与天平的等直段的端部的六个螺纹孔421和两个销钉定位孔422对应的六个螺纹孔531和两个销钉定位孔532；采用这种方式，通过天平转接套实现天平与通气式支杆的连接。

在上述技术方案中，所述通气式支杆7的一端位于天平转接套5的内部，且该通气式支杆7的外壁与天平转接套5的内壁紧密配合；所述通气式支杆7的顶段设置有螺纹空腔71；所述螺纹空腔71内相匹配连接转接套压紧螺栓6的螺杆段61，且所述转接套压紧螺栓6的端部62直径大于天平转接套5的直径最小的圆柱结构51的端部直径以使转接套压紧螺栓6的端部62设置在天平转接套5的外部，通过转接套压紧螺栓6和天平转接套5的相配合使通气式支杆7的端部压紧连接在天平4的等直段42的内部；所述转接套压紧螺栓6的端部设置有内六角结构ⅰ63，方便从天平4内部伸入内六角扳手对其进行操作；采用这种方式，通过天平转接套和转接套压紧螺栓的相匹配连接实现天平与通气式支杆的连接。

在上述技术方案中，所述通气式支杆7的另一端设置为中空结构72；通气式支杆的另一端保持中空结构，便于通气。通气式支杆的材质采用30crmnsia，锻件。

在上述技术方案中，所述模型压紧螺栓1的端部的外部设置内六角结构ⅱ12，该端部的内部设置内六角结构ⅲ13，采用这种方式，方便用扳手安装；且模型压紧螺栓1的螺栓段设置为空腔结构14；采用空腔结构14的目的是在保证强度的情况下尽量掏空减重。

本发发明的一种如上述的天平与通气式支杆的连接装置的连接方法，主要是为轨控喷流模型安装天平提供方法，尽量缩短天平校心到模型质心的距离，保证测量的准确度；该方法包括以下步骤：

步骤一、将通气式支杆7固定在风洞支撑机构上；将转接套压紧螺栓6安放于天平转接套5的内部，且转接套压紧螺栓5的头部朝向天平4的锥形段41；将天平4与天平转接套5通过销钉定位、螺钉锁紧；

步骤二、从天平的锥形段41伸入内六角扳手，并与转接套压紧螺栓6的头部连接；将天平转接套5连接在通气式支杆7的配合面上，同时旋转内六角扳手保证转接套压紧螺栓6进入通气式支杆7的螺纹空腔71内；在安装转接套压紧螺栓6的同时，应注意测量天平上的键槽是否水平，必须保持键槽的水平，使天平安装到位；

步骤三、天平4外装上隔热套3；将模型中段2安装在隔热套3上；将模型压紧螺栓1安装在天平4上，以固定模型中段2，并调整模型中段2的滚转位置；完成天平4与通气式支杆7的连接。

本发明的一种风洞试验中天平与通气式支杆的安装装置设计和使用方法，为缩短天平和支杆的总长，使天平校心更接近模型质心提供了一种可能。按照这种安装方法，可以保证支杆为喷流供气，而不影响天平的测量。有效地区分开供气系统和测量系统。该发明的出现为风洞中喷流试验研究打下良好基础。

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。