CN101865759B - 一种用于高超声速滚动动态试验的装置 - Google Patents

一种用于高超声速滚动动态试验的装置 Download PDF

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一种用于高超声速滚动动态试验的装置,包括紧固件、滚动轴承系统、弹性铰机构和类支杆机构,弹性铰机构是两端为中空的圆柱体、中间通过四个固定弹性元件连接的镂空型结构,四个固定弹性元件呈90°均匀分布,固定弹簧元件在与其呈45°方向上安装有两个呈180°或四个呈90°均匀分布的可拆卸弹性元件,弹性铰机构的大端圆柱体与试件和紧固件连接,小端圆柱体与风洞支杆连接。本发明采用两端为圆柱体、中间四根固定弹性元件的镂空型弹性铰机构可精确测量试件的滚转运动(精确到1/60度),同时可使试件的轴向力卸载,极大地提高了滚动轴承系统的止推效能;本发明采用特殊结构的滚动轴承系统,不仅能牢固地固定试件,同时使垂直于轴线方向的另外两个自由度的载荷卸载。

Description

一种用于高超声速滚动动态试验的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于高超声速风洞滚转方向自由振荡动态测力的试验装置,属于 天平测量技术领域。
背景技术
[0002] 早期国内的高超声速滚转振动动态天平方面存在空白。原因是以往的我国的动态 研究主要集中于低速,对于高超声速动态的研究,虽然理论和计算等工作已经开展,但还未 到动态试验的地步。目前国内外动态试验广泛应用的滚动试验装置由一个同心机构组成, 前端圆锥后端圆柱,中间是“十”字形梁,而不包含轴承和弹性铰机构,在俯仰和偏航方向上 有应力残余,在进行低速试验时,此残余量为小量,可以忽略不计,而当进行高超声速试验 时,残余量相对于测量值不能忽略,严重影响测量精度。
发明内容
[0003] 本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供一种准确反映高超声速飞 行器动态滚转过程的角运动和阻尼特性的动态试验装置。
[0004] 本发明的技术解决方案是:一种用于高超声速滚动动态试验的装置,包括紧固件、 滚动轴承系统、弹性铰机构和类支杆机构,类支杆机构的一端插入滚动轴承系统的大端内 与滚动轴承系统连接,另一端与风洞固连,类支杆机构与试件固连,滚动轴承系统的一端插 入与风洞固连的风洞支杆中与风洞支杆连接,其中弹性铰机构是两端为中空的圆柱体、中 间通过四个固定弹性元件连接的镂空型结构,四个固定弹性元件呈90°均勻分布,固定弹 簧元件在与其呈45°方向上安装有两个呈180°或四个呈90°均勻分布的可拆卸弹性元 件,弹性铰机构的大端圆柱体与试件和紧固件连接,小端圆柱体与风洞支杆连接。
[0005] 所述的滚动轴承系统包括轴承外套、转接轴承、动环压圈、小圆螺母、止推垫圈、动 圈压垫、动圈压套、外圈压垫、内圈压环、外圈紧套、紧定轴套、内圈小轴、单向推力球轴承 W-I和深沟球轴承W-2,轴承外套和转接轴承机械连接,轴承外套将动环压圈、动圈压垫、动 圈压套、外圈压垫和外圈紧套压紧,小圆螺母与内圈小轴机械连接,内圈小轴将止推垫圈、 内圈压环和紧定轴套压紧,单向推力球轴承W-I通过动环压圈、小圆螺母、止推垫圈、动圈 压垫、动圈压套、外圈压垫、内圈压环和内圈小轴压紧固定,深沟球轴承W-2通过外圈压垫、 内圈压环、外圈紧套、紧定轴套、内圈小轴和轴承外套压紧固定,转接轴承与类支杆机构机 械连接,内圈小轴的一端插入风洞支杆中与风洞支杆连接。
[0006] 所述的可拆卸弹性元件采用钢或铍青铜制成。
[0007] 所述的弹性铰机构中呈180°的两个固定弹性元件上各粘贴四个电阻应变 片。
[0008] 本发明与现有技术相比有益效果为:
[0009] (1)本发明采用两端为圆柱体、中间四根固定弹性元件的镂空型弹性铰机构可精 确测量试件的滚转运动(精确到1/60度),同时可使试件的轴向力卸载,极大地提高了滚动轴承系统的止推效能;
[0010] (2)本发明弹性铰机构还布置有与每个固定弹性元件呈45°方向的可拆卸弹性 元件,改变可拆卸弹性元件的材料和厚度,从而调节试验装置的固有频率,使试验适用于和 更广的飞行范围;
[0011] (3)本发明采用特殊结构的滚动轴承系统,不仅能牢固地固定试件,同时使垂直于 轴线方向的另外两个自由度的载荷卸载;
[0012] (4)本发明试验装置机构结构简单,通过试件和风洞支杆或类支杆机构与风洞固 连,有效传输了试验装置的自由振荡信号;
[0013] (5)本发明采用紧固件使类支杆机构与滚转轴承系统外壁、弹性铰机构和试件内 壁紧密结合,从而消除间隙对试验结果的影响。
附图说明 [0014] 图 1为本发明结构示意图;[0015] 图 2为本发明弹性铰机构结构示意图;[0016] 图 3为图2沿轴旋转45°的结构示意图;[0017] 图 4为图2A-A剖视图;[0018] 图 5为图2B-B剖视图;[0019] 图 6为图5D-D剖视图;[0020] 图 7为本发明可拆卸弹性元件主视图;[0021] 图 8为本发明可拆卸弹性元件俯视图;[0022] 图 9为本发明滚动轴承系统结构示意图;[0023] 图 10为图9A-A剖视图;[0024] 图 11为本发明弹性铰机构应变片布置示意图[0025] 图 12为本发明弹性铰机构应变片连线示意图。
具体实施方式
[0026] 高超声速滚转自由振荡试验要求试验装置具有以下四个特点:
[0027] 1、能够使连接件,包括试件、类支杆机构、滚转轴承、外层弹性铰机构和风洞支杆 之间间隙尽可能地小,间隙误差不能影响试验精度;
[0028] 2、滚转试验装置感受应变的部分必须有足够的刚度,可以使俯仰和偏航方向的载 荷卸载;
[0029] 3、滚转方向的感受到的动态气动力应与天平系统的应变量成线性关系;
[0030] 4、在滚转方向,试验装置的机械阻尼要小于该方向上飞行器提供的气动阻尼。
[0031] 通过对高超声速流场和高超声速飞行器外形(试件)的仔细分析研究,本发明提 供的试验装置,可以准确提供高超声速飞行器滚转方向承受的角应变,并能通过改变弹性 元件的厚度、材料和数量,改变试验装置的固有频率,更大范围地模拟实际飞行情况,同时 可以重复多次使用。
[0032] 本发明如图1所示,包括紧固件2、类支杆机构6、滚动轴承系统3和弹性铰机构4, 滚动轴承系统3的一端与类支杆机构6连接,另一端插入风洞支杆5中与风洞支杆5连接,
4弹性铰机构4 一端与试件1连接,另一端与风洞支杆5连接,类支杆机构6与试件1固连, 风洞支杆5与风洞固连。
[0033] 试件1用来模拟实际高超声速飞行器,在安装时试验装置必须沿试件1轴向安装。
[0034] 紧固件2的作用是减小该滚转天平装置与试验件之间的间隙。
[0035] 类支杆机构6与风洞支杆5的作用基本相同,是起连接作用的。此处使用类支杆 机构是因为支杆无法直接完成连接,需要此类支杆机构进行连接。加工要求与风洞支杆5 类似。
[0036] 滚动轴承系统3用来固定试件1,同时使垂直于试验装置轴线方向的另外两个自 由度的载荷卸载。滚动轴承系统3 —端通过类支杆机构6与试件1连接,另一端通过销钉 和风洞支杆5相连。
[0037] 滚动轴承系统3如图9、10所示,包括轴承外套31、转接轴承32、动环压圈33、小圆 螺母34、止推垫圈35、动圈压垫36、动圈压套37、外圈压垫38、内圈压环39、外圈紧套310、 紧定轴套311、内圈小轴312、圆柱销313、紧定销钉314、单向推力球轴承W-I和深沟球轴承 W-2。其核心部件是单向推力球轴承W-I和深沟球轴承W-2,它们分别通过小圆螺母34、紧 定轴套311和紧定轴套311、外圈紧套310与内圈小轴312和轴承外套31相连接。
[0038] 转接轴承32主要起连轴承外套31和类支杆机构6的作用,通过销钉与类支杆机 构6连接。动环压圈33,起固定轴承外套31和单向推力球轴承定位W-I的作用。小圆螺母 ;34起固定和定位作用,防止单向推力球轴承W-I和深沟球轴承W-2沿轴向的滑动。止推垫 圈35、动圈压垫36、动圈压套37、外圈压垫38、内圈压环39起固定和限制单向推力球轴承 W-I和深沟球轴承W-2位置的作用。外圈紧套310、紧定轴套311起单向推力球轴承W-I和 深沟球轴承W-2限位作用。内圈小轴312起部件连接作用,一端通过销钉将整个滚动轴承 系统3与风洞支杆5连接在一起。单向推力球轴承W-I的作用是限制沿轴向的运动,深沟 球轴承W-2是滚动轴承系统3的主要部件,实现轴承系统的滚转方向的滚转运动。圆柱销 313、紧定销钉314,起调节单向推力球轴承W-I轴向间隙的作用。
[0039] 弹性铰机构4除了可精确测量试件1的滚转运动(精确到1/60度)外,最重要的 是它可使试件1的轴向力卸载,极大地提高了轴承的止推效能。
[0040] 弹性铰机构4如图2〜6所示,两端为中空的圆柱体41、42、四个固定弹性元件43 镶嵌在圆柱体41、42中,形成镂空型结构,大端圆柱体41通过销钉与试件1和紧固件2连 接,小端圆柱体42通过压紧螺钉与风洞支杆5连接,四个固定弹性元件43在大小两端圆柱 体上呈90°均勻分布。
[0041] 固定弹性元件43如图11所示,在呈180°的两片上各安装有4个电阻应变片,用 来测量变形时电压变化。图12显示的是电阻应变片的连线方式,A、C接口与电源连接,B、 D接口与输入信号相连,组成全桥桥路,通过测量通过电阻应变片的电压变化,反推变形量, 从而得到相应的气动力。
[0042] 在圆柱体41、42圆周上如图3、6所示,各加工有四个安装孔411和421用来安装 可拆卸弹性元件44,四个安装孔411和421与相邻的固定弹性元件43呈45°,可拆卸弹性 元件44通过紧固螺钉与圆柱体41、42连接。可拆卸弹性元件44可以安装两根或四根,安 装两根可拆卸弹性元件44时,两根可拆卸弹性元件44之间必须呈180°。
[0043] 可拆卸弹性元件44作用是能改变试验装置的固有频率,如图7、8所示,两端加工有与圆柱体41、42连接的安装孔441,可拆卸弹性元件44的材料和厚度可以改变,从而可以 调节试件的固有频率,使试验适用于和更广的飞行范围。可拆卸弹性元件44可采用钢或铍 青铜制成。
[0044] 可拆卸弹性元件44在大小两端圆柱体41、42上的安装位置,处于同一水平线上即 相对于轴向的距离相同。
[0045] 使用过程:
[0046] 试验前可以通过更换可拆卸弹性元件44及其不同厚度、材料和数量的匹配,可以 改变整个试验装置的固有频率,从而可以模拟更广的飞行范围。确定可拆卸弹性元件44之 后将整套试验装置安装在高超声速飞行器(试件1)内部,通过风洞支杆5传递自由振荡, 然后经过试验装置传递给试件1,同时进行测量和数据采集工作。
[0047] 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
6

Claims (4)

1. 一种用于高超声速滚动动态试验的装置,其特征在于:包括紧固件(2)、滚动轴承系 统(3)、弹性铰机构(4)和类支杆机构(6),类支杆机构(6)的一端插入滚动轴承系统(3) 的大端内与滚动轴承系统(3)连接,另一端与风洞固连,类支杆机构(6)与试件(1)固连, 滚动轴承系统(3)的一端插入与风洞固连的风洞支杆(5)中与风洞支杆(5)连接,其中弹 性铰机构⑷是两端为中空的圆柱体(41、42)、中间通过四个固定弹性元件(3)连接的镂 空型结构,四个固定弹性元件(3)呈90°均勻分布,固定弹性元件G3)在与其呈45°方 向上安装有两个呈180°或四个呈90°均勻分布的可拆卸弹性元件(4),弹性铰机构(4) 的大端圆柱体(l)与试件⑴和紧固件⑵连接,小端圆柱体(2)与风洞支杆(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高超声速滚动动态试验的装置,其特征在于:所述 的滚动轴承系统(3)包括轴承外套(31)、转接轴承(32)、动环压圈(33)、小圆螺母(34)、 止推垫圈(35)、动圈压垫(36)、动圈压套(37)、外圈压垫(38)、内圈压环(39)、外圈紧套 (310)、紧定轴套(311)、内圈小轴(312)、单向推力球轴承(W-I)和深沟球轴承(W-2),轴承 外套(31)和转接轴承(35)机械连接,轴承外套(31)将动环压圈(33)、动圈压垫((36)、动 圈压套(37)、外圈压垫(38)和外圈紧套(310)压紧,小圆螺母(34)与内圈小轴(312)机 械连接,内圈小轴(312)将止推垫圈(35)、内圈压环(39)和紧定轴套(311)压紧,单向推 力球轴承(W-I)通过动环压圈(33)、小圆螺母(34)、止推垫圈((35)、动圈压垫(36)、动圈压 套(37)、外圈压垫(38)、内圈压环(39)和内圈小轴(312)压紧固定,深沟球轴承(W-2)通 过外圈压垫(38)、内圈压环(39)、外圈紧套(310)、紧定轴套(311)、内圈小轴(312)和轴承 外套(31)压紧固定,转接轴承(35)与类支杆机构(6)机械连接,内圈小轴(312)的一端插 入风洞支杆(5)中与风洞支杆(5)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于高超声速滚动动态试验的装置,其特征在于:所述 的可拆卸弹性元件G4)采用钢或铍青铜制成。
4.根据权利要求1所述的一种用于高超声速滚动动态试验的装置,其特征在于:所述 的弹性铰机构中呈180°的两个固定弹性元件(3)上各粘贴四个电阻应变片。
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