一种风洞试验气磁耦合投放装置

技术领域

本发明属于试验空气动力学领域，涉及一种风洞试验气磁耦合投放装置。

背景技术

风洞投放试验技术是针对投放物分离安全性问题研究的一种重要手段，是一种基于运动学相似理论的非定常试验技术，在研究投放分离特性时具有较大的优势。因此，通过风洞试验对投放物分离轨迹进行预测，开展高精度风洞投放试验技术的研究具有很重要的意义。

目前风洞投放试验主要采用的投放机构采用机械连接结构或绳索对投放物进行拉紧或释放，投放物进行释放时需要经历与投放物连接的多个机械连接结构执行解锁动作或者切断绳索，此过程存在各个位置的机械连接结构解锁不同步的问题；而且现有的投放机构对投放速度没有进行补偿，需要通过多次试验对参数进行修改以到达速度要求值；存在着机构同步性较差、试验重复性较差以及投放速度与角速度控制精度较低的问题，这些问题一方面会导致试验数据的准确性较不足，使得投放试验所得数据参考性降低，影响研究人员对真实投放过程安全边界的判断，可能会造成较大事故和损失；另一方面会导致试验成功率较低，造成较大的经济损失。

因此，研究一种新型的风洞投放试验装置有助于提升投放试验数据的准确性，对风洞投放试验的模拟能力有着很重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种风洞试验气磁耦合投放装置，解决投放物解锁机构释放不同步的问题，同时对投放物的投放速度进行补偿，以提升投放试验数据的准确性。

本发明解决技术的方案是：一种风洞试验气磁耦合投放装置，包括快速接头、气缸、弹射架、电磁锁紧结构，电磁补偿结构；

气缸内部设有N个活塞孔，活塞孔与活塞杆配合，活塞杆下端与弹射架的上端面固定；气缸内部有进气槽，进气槽连通N个活塞孔顶部，快速接头通过进气槽与活塞孔连通，进气槽通气，活塞杆向下运动，带动弹射架向下运动；

电磁锁紧结构连接在弹射下端面中间，电磁锁紧结构通电产生电磁力吸附投放物，将投放物在弹射架下方进行锁紧；进气槽通气后，电磁锁紧结构断电，对投放物的吸附作用消失，完成投放物的解锁释放；

电磁补偿结构连接在弹射架下端面两端，通电后产生电磁场，通过改变通电电流的方向来改变电磁力的方向形成引力或斥力，通过改变通电电流的大小来改变电磁力的大小，对弹射架的速度进行修正；N≥1。

进一步的，所述电磁锁紧结构包括铝合金垫板，第一铁芯、两个第一线圈；

铝合金垫板固定连接在弹射架下端面的中间位置处；

第一铁芯为U形结构，第一铁芯安装在铝合金垫板的下端面，且U形开口向下；

两个第一线圈关于第一铁芯的对称轴对称分布，分别绕制在第一铁芯U形结构的纵向部分上，且旋向相反。

进一步的，所述第一铁芯使用软磁材料制成。

进一步的，投放物与电磁锁紧结构的配合段采用软磁材料制成。

进一步的，所述电磁补偿结构包括M个，M为大于0的偶数；每个电磁补偿结构包括第二铁芯、第二线圈、永磁铁；

第二铁芯为带底座的圆柱结构，其底座连接在弹射架下端面，第二铁芯内部设置圆柱体空腔，空腔中心设有圆柱段；

第二线圈绕制在空腔中心的圆柱段上；

永磁铁固定在投放物内部，与第二铁芯内圆柱段位置相对应；

电磁补偿结构第二线圈通电后产生电磁场与永磁铁相互作用形成气磁耦合的弹射反馈回路，根据通电电流的方向，当电磁补偿结构产生的磁力线与永磁铁自身的磁力线在相互作用的区域方向相反时，产生斥力增大投放物的速度；当电磁补偿结构产生的磁力线与永磁铁自身的磁力线在相互作用的区域方向相同时，产生吸力减小投放物的速度。

进一步的，所述第二铁芯使用软磁材料制成。

进一步的，永磁铁的直径与第二铁芯圆柱段的直径相同。

进一步的，还包括光纤传感器，用于测量弹射架向下运动过程中的速度。

进一步的，快速接头与各端活塞孔之间的进气槽距离相等。

进一步的，气缸还设有出气槽、出气接头；

出气槽连通N个活塞孔的底部，且从活塞孔底部连通到气缸上部，形成出气回路；气缸侧壁开孔，设有出气接头，出气接头与出气槽连通；出气槽通气，弹射架收回。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明所设计的一种风洞试验气磁耦合投放装置，由于采用电磁力对投放物进行锁紧与释放，在保证不破坏投放物表面的情况下解决投放物在弹射架上解锁不同步的问题。

(2)本发明所设计的一种风洞试验气磁耦合投放装置，由于设计了永磁与电磁相互作用的电磁补偿结构，通过电磁补偿结构中电流的变化产生磁力的变化，利用磁力变化完成对投放物的投放速度的补偿。

(3)本发明所设计的一种风洞试验气磁耦合投放装置，可以对活塞的数量进行选择，当采用三活塞结构时能够充分保证整个弹射架运动机构的稳定性。

(4)本发明所设计的一种风洞试验气磁耦合投放装置，电磁锁紧结构、电磁补偿结构的配合设计新颖可靠，对投放物的适配性较好。

(5)本发明所设计的一种风洞试验气磁耦合投放装置，由于利用气缸作为投放的主要动力源，快速接头与各端活塞孔之间的进气槽等距，保证了各活塞产生压力的同步性；在投放过程中引入光纤传感器，对投放速度参数进行监控，同时利用电磁场对投放物速度进行补偿，提升投放物投放过程初始投放参数的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一种风洞试验气磁耦合投放装置总图；

图2为本发明实施例所述气缸的气路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明实施例所述的一种风洞试验气磁耦合投放装置，包括快速接头1、气缸2、三个活塞杆3、活塞垫板4、气缸固定螺钉5、活塞杆密封圈6、底板固定螺钉7、垫板螺钉8、底座9、弹射架10、光纤传感器11、活塞密封圈12、铝合金垫板13、固定销15、底板密封圈16、电磁锁紧结构、两个电磁补偿结构。其中，电磁锁紧结构包括铝合金垫板13、第一铁芯14、第一线圈17，电磁补偿结构包括第二铁芯18、第二线圈19、永磁铁21。为了使电磁锁紧结构在弹射架10具有更好的固定效果，本实施例中加入固定块20，电磁锁紧结构放置于固定块20内部。

气缸2内部设有N个活塞孔，活塞孔与活塞杆3配合。底板使用底板固定螺钉7安装在底座9上，气缸2通过气缸固定螺钉5安装在底板上，气缸2内部有进气槽28，进气槽28连通N个活塞孔顶端，快速接头1通过进气槽28与活塞孔连通；活塞杆3上设有活塞密封圈12用于密封；活塞杆3下端设有开孔，用于固定弹射架10。活塞垫板4使用垫板螺钉8固定在底板上，活塞垫板4下端设有活塞杆密封圈6。弹射架10上端与活塞杆3固定，弹射架下端与两个电磁补偿结构的第二铁芯18和固定块20连接。第二铁芯18内部设有第二线圈19。永磁铁21位于第二铁芯18的轴线下端，固定在投放物23内部。第一铁芯14位于固定块20内部，第一铁芯14上端与铝合金垫板13的下端面连接，避免与弹射架10直接接触。第一铁芯14左右两侧设有两个第一线圈17。光纤传感器11安装于位于底座9下端，用于对弹射架速度进行测量。

本实施例中，底座9为长方体结构，中间设有凹结构，用于安装底板；底座9上端面边沿设有凸起，用于所述装置在空间中支撑固定；所述凹结构中间设有贯穿底座9底面的开槽，开槽形状与弹射架10形状适配；底座9底部设有光纤传感器安装槽以及光纤传感器走线孔。

底板为长板状结构，两端设有开孔，用于安装底板固定螺钉7；中部设有三个孔，和活塞杆3进行配合。开孔处设有台阶，用于安装活塞杆密封圈6。活塞杆密封圈6使用活塞垫板4进行固定。底板开孔尺寸根据活塞杆尺寸确定。底板密封圈16设置在底板与气缸2的接触面处。

本实施例中，气缸为长方体结构，底部两端设有凸起，用于在底板上的固定。如图2所示，气缸2内部设有三个活塞孔、两个进气槽28、出气槽26，气缸2侧壁设有出气接头24。三个活塞孔等间距并列设置，用于安装三个活塞杆3。两个进气槽28在三个活塞孔顶部对称设置，每个进气槽28连通相邻的两个活塞孔，快速接头1设置在两个进气槽28的中央，且与两个进气槽28的一端连通，实现快速接头1与各端活塞孔之间的进气槽28距离相等，提高气压控制的同步性和稳定性；两个出气槽的另一端设有第一堵块27。出气槽26连通三个活塞孔的底部，且呈倒U形从中间活塞孔的底部两侧连通到气缸2上部；气缸2上部的出气槽26两端设有第二堵块25。从气缸侧壁开孔与外界相通，开孔处安装有出气接头24且与出气槽26连通。

本实施例中，弹射架10为长条板状结构，弹射架10上端设有两条凸起结构，凸起结构贯穿弹射架上表面。凸起结构上开有三个孔，用于连接活塞杆3。活塞杆3下端设有方形孔，方形孔中使用固定销15与弹射架10的凸起结构进行固定，固定销与方形孔为线接触。

弹射架10下表面设有螺钉孔，用于连接固定块20以及两个第二铁芯18。弹射架10内部设有开孔，用于第一线圈17与第二线圈19走线。

电磁锁紧结构的第一铁芯14为倒U形结构，两侧为圆柱结构，中间为方形结构；电磁锁紧结构的两个第一线圈17设置在第一铁芯14两侧的圆柱结构上，且旋向相反。电磁锁紧结构与投放物23配合后的截面处，磁感线呈回路状态。第一铁芯14使用软磁材料制成，第一铁芯14与弹射架10接触的位置设有铝合金垫片13。电磁锁紧结构通电产生电磁力吸附投放物23，将投放物23在弹射架10下方进行锁紧；进气槽28通气的同时，电磁锁紧结构断电，对投放物23的吸附作用消失，完成投放物23的解锁释放。

电磁补偿结构的第二铁芯18为带底座的圆柱结构，其底座连接在弹射架10下端面，第二铁芯18内部为空心圆柱结构，空心圆柱结构中心设有圆柱段，可将第二线圈19放置在第二铁芯18内部。第二铁芯18底部设有开孔，用于第二线圈19走线。电磁补偿结构的第二线圈19位于第二铁芯18内部的空心圆柱结构中，并朝一个方向绕制在所述圆柱段上；电磁补偿结构的纵截面处，磁感线呈倒E型。第二铁芯18使用软磁材料制成。

投放物23前后位在第二铁芯18内部圆柱段下方的投影位置处设有开孔，开孔内安装有永磁铁21，永磁铁21的直径与第二铁芯18内部圆柱段直径相同，且永磁铁21与第二铁芯18之间存在一定间隙。

电磁补偿结构第二线圈19通电后产生电磁场与永磁铁21相互作用形成气磁耦合的弹射反馈回路，根据通电电流的方向，当电磁补偿结构产生的磁力线与永磁铁21自身的磁力线在相互作用的区域方向相反时，产生斥力增大投放物23的速度；当电磁补偿结构产生的磁力线与永磁铁21自身的磁力线在相互作用的区域方向相同时，产生吸力减小投放物23的速度。进一步的，通过改变通电电流的大小来改变电磁力的大小，完成对投放物23的速度修正。

将投放物23与电磁锁紧结构配合段称为投放物中段22，投放物中段采用软磁材料制成，内部可开孔，也可实心结构。

使用本发明装置时，试验开始时，活塞杆3先收回，第一线圈17通电，将投放物23放入第一铁芯14下方，由第一铁芯14对投放物23进行锁紧。调整气缸2弹射压力，使用控制器控制气缸2进行动作，活塞杆3向下运动，将投放物23推出，同时第一线圈17断电。光纤传感器11对弹射架10向下运动的速度进行测量，经过计算后，得出第二线圈19的控制电流，由电源控制器对第二线圈19使用计算出的电流进行驱动，使得第二铁芯18带有磁性，通过永磁铁21与第二铁芯18之间的磁场相互作用产生引力或斥力，对投放物的速度进行补偿。通过改变第二线圈19的电流大小改变引力或斥力的大小，进而控制投放物23的速度补偿大小。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。