高超声速双轨火箭橇用异型梁结构、底盘和火箭橇的制作方法

1.本实用新型涉及一种火箭橇用异型梁结构(横梁)、底盘和火箭橇，多用于高超声速、捆绑多枚大推力发动机的双轨火箭橇试验中。


背景技术：

2.火箭橇试验作为一项重要的地面动态试验手段，是采用火箭发动机作为动力、沿滑轨运行的地面试验设备。火箭橇可按照设计的要求达到所需要的速度、加速度等各种不同的环境条件，对于回收类的火箭橇使用专门设计的刹车装置，对火箭橇进行制动回收。由于火箭橇能够模拟飞行状态的主要特点，因此就成为目前现代化装备的地面试验设备中比较有效的一种特殊试验手段。火箭橇试验主要是模拟飞行时的动态环境，以解决飞机、宇航飞行器等在研制中有关高速及高加速度的许多技术问题。随着飞行器由亚声速到超声速再发展到高超声速，火箭橇试验的速度要求也将随之提高，这样对火箭橇的结构就提出了新的要求，要求其结构应具有强度高、载荷大、阻力小等特点。
3.火箭橇主要是用于安装参试品、发动机及测试设备等。一般的双轨火箭橇结构包括底盘、发动机卡环、参试品固定支架、卡环、滑靴等零部件，其中底盘是火箭橇的基础部件，下部安装滑靴与试验用滑轨配合，上部焊接发动机及参试品固定结构(发动机卡环、参试品固定支架等)，因此，火箭橇的底盘为整个火箭系统中最为重要的部件之一。
4.一般的双轨火箭橇底盘主要由横梁、纵梁、水戽斗、滑靴组成，其中，滑靴101是火箭橇与滑轨配合的重要部件，对于双轨火箭橇一般滑靴数量为偶数且不小于4个，对称分布在火箭橇底盘的两侧，两侧滑靴的中心距与滑轨的中心距相同；水戽斗102对称分布于底盘前端的两侧，用于火箭橇的减速滑行或进行系统的回收，水戽斗既为火箭橇系统提供刹车力，又有底盘纵梁的作用。
5.一般亚声速火箭橇的横梁103、纵梁104采用单根标准的冷拔无缝矩形钢管，底盘的框架由横梁、纵梁、水戽斗焊接而成；
6.在超声速火箭橇试验中，一般纵梁和横梁采用标准的冷拔无缝矩形钢管，且横梁为“双矩管横梁”，当载荷较大时，横梁也使用一般整体梁结构；
7.当速度达到高超声速时，现有的横梁采用冷拔无缝矩形钢管或一般整体梁结构，无法满足结构及流场设计要求。


技术实现要素：

8.为了解决高超声速条件下，传统横梁无法满足火箭橇整体设计要求的技术问题，本实用新型提供了一种高超声速双轨火箭橇用异型梁结构，该异形梁结构可作为火箭橇底盘的横梁，具有强度高、流线型好的特点，该异形梁结构可调节整个火箭橇系统的气动力分布，能减小火箭橇系统阻力。
9.本实用新型同时还提供了采用该异型梁结构的火箭橇底盘和双轨火箭橇。
10.本实用新型的技术方案是：
11.高超声速双轨火箭橇用异型梁结构，其特殊之处在于：
12.包括梁主体、设置在梁主体下端的滑靴连接板以及设置在梁主体前端的前整流结构；
13.所述梁主体的截面为工字形，梁主体的上表面设有用于嵌入发动机卡环的凹槽；
14.所述前整流结构的截面为三角形。
15.进一步地，所述凹槽的深度为0-50mm。
16.进一步地，所述梁主体截面的工字形大小，根据梁主体上端面安装的发动机卡环的尺寸大小确定。
17.进一步地，所述滑靴连接板上、用于安装滑靴处设有用于安装滑靴连接螺栓的螺纹孔以及用于防止滑靴连接螺栓承受剪切力的键槽。
18.进一步地，所述滑靴连接板有两个，对称分布在所述梁主体的两端；两个滑靴连接板的中心间距与火箭试验用滑轨的中心间距一致，滑靴连接板的宽度和长度根据所安装的滑靴尺寸确定。
19.进一步地，所述前整流结构的整流角度为锐角。
20.进一步地，前整流结构的整流角度为-30
°
～30
°
。
21.本实用新型还提供了一种高超声速双轨火箭橇用底盘，包括横梁、纵梁、水戽斗；其特殊之处在于：所述横梁采用上述的异型梁结构。
22.本实用新型还提供了一种高超声速双轨火箭橇，包括发动机、底盘；发动机固定在底盘上；其特殊之处在于：所述底盘为上述的底盘。
23.本实用新型的有益效果是：
24.1、本实用新型梁的上表面设计有凹槽，可通过调节凹槽的深度，实现发动机及被试品的安装高度调节，降低火箭橇的气动阻力。
25.本实用新型梁主体的前端设有截面为三角形的前整流结构，设计时可通过调节整流角的大小，改变局部气动升力的大小和方向，从而实现调节整个火箭橇气动力的布局要求。
26.本实用新型梁主体的截面为“工字”形，抗弯截面系数大，能保证强度、节省材料，“工字”的大小可以根据上部安装卡环的宽度调整，以适应不同宽度卡环的安装面要求。
27.2、本实用新型梁的滑靴连接板尺寸，可以根据安装滑靴的大小进行调节，实现安装长度200mm-500mm之间的滑靴，实现对不同载荷需求的火箭橇试验。
附图说明
28.图1是现有双轨火箭橇底盘的结构示意图。
29.图2是本实用新型异性梁结构示意图。
30.图3是本实用新型异性梁仰视图。
31.图4是本实用新型异性梁俯视图。
32.图5是本实用新型异性梁剖视图。
33.附图标记说明：
34.101-滑靴；102-水戽斗；103-横梁；104-纵梁；
35.201-梁主体；202-凹槽；203-滑靴连接板；204-前整流结构；205-螺纹孔；206-键
槽。
具体实施方式
36.以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
37.如图2-5所示，本实用新型所提供的高超声速双轨火箭橇用异型梁结构，包括梁主体201、设置在梁主体201下端的滑靴连接板203以及设置在梁主体201前端的前整流结构204。
38.梁主体201的材料一般选择高强度钢，根据强度需求，选择不同的热处理要求，以适应不同速度条件下梁的强度需求；由于“工字”形截面节省材料，同样的材料抗弯截面系数大，因此，梁的主体201的截面形状为“工字”形；同时，根据梁主体201上表面焊接件尺寸的大小，不同部位处“工字”形大小不同。
39.为降低梁主体201上发动机和/或被试品等的安装高度，在梁主体201的上表面设计有凹槽202，凹槽202可使用于固定发动机的发动机卡环结构嵌入梁主体201内，对发动机卡环结构进行航向限位，通过发动机卡环结构的前端面与凹槽202的配合，使发动机的推力直接传递到梁主体201上，降低了发动机卡环结构连接部位焊缝的受力，提高结构安全性；另外，由于凹槽202可降低发动机及参试品的安装高度，因而能够减小火箭橇的迎风面积，达到降低火箭橇气动阻力的目的。
40.优选的，凹槽202的深度为0-50mm。
41.前整流结构204的截面为三角形(高超声速条件下，三角整流效果最好)，根据系统气动力分布要求，整流面的角度(前整流斜面与底面的夹角)的取值范围为-30
°
～30
°
，通过调节整流面的角度，可实现不同部位梁的气动升力大小及方向的改变以及局部压力到升力的转变。
42.滑靴连接板203有两个，对称分布在梁主体201的两端；两个滑靴连接板203的中心间距与火箭试验用滑轨的中心间距一致，根据安装滑靴101尺寸的大小不同，可以设计相应的滑靴连接板203的尺寸，一般滑靴连接板203的宽度为200mm-220mm、长度为200mm-500mm。
43.滑靴连接板203上、用于安装滑靴101处设有用于安装滑靴连接螺栓的螺纹孔205以及用于防止滑靴连接螺栓承受剪切力以提高连接螺栓的安全性的键槽206。先安装键将滑靴101与梁进行航向和侧向限位，再通过螺栓将滑靴101与梁固连在一起。
44.实施例1：
45.在某高马赫数撞击火箭橇试验中，橇体安装了10枚发动机，最大速度5.1ma，采用了本实用新型异型梁结构4组，梁的材料为30crmnsini2a锻件加工而成，安装的滑靴长度为300mm，采用14个m14螺栓与梁固连，各异型梁整流角为-15
°
，为火箭橇提供升力，凹槽深度为30mm，经仿真分析梁结构满足要求，气动力分布满足要求。
46.实施例2：
47.在某电子设备高马赫数双轨火箭橇试验中，橇体安装发动机12枚，最高运行速度为5.5ma。梁的材料为30crmnsini2a锻件加工而成，安装的滑靴长度最大为400mm，采用18个m14螺栓与梁固连，各异型梁整流角为15
°
，为火箭橇提供下压力，凹槽深度为50mm，经仿真分析梁结构满足要求，气动力分布满足要求。