CN102175420B - 用于飞机风洞试验的二自由度支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二自由度支持系统，用于飞机风洞试验。整个系统包括：转动模块(转台轴承：模拟飞机俯仰运动)、平动模块(直线导轨：模拟飞机沉浮运动)、测量模块(角位移计和线位移计：测量角位移和线位移)、保护模块(碟刹和避震器：限位保护试验模型)、接口模块(轴：连接试验模型)。此系统通过连接模块与飞机模型连接，可以提供俯仰和沉浮两个自由度，用于模拟飞机飞行的俯仰和沉浮运动；角位移计和线位移计能够测量攻角和沉浮位移；碟刹制动装置可以限制飞机模型的俯仰运动，避震器用来限制飞机模型沉浮位移，并能够减小冲击载荷，从而保护试验模型。

Description

用于飞机风洞试验的二自由度支持系统

技术领域

本发明专利涉及一种用于飞机风洞试验的二自由度支持系统，可以实现飞行器俯仰与沉浮两个刚体自由度的模拟，从而以真实飞行器为对象完成风洞试验研究。

背景技术

风洞试验是研究飞行器特性的重要技术方法。飞机在空中飞行，处于自由——自由状态，不仅具有弹性模态，还具有六个刚体模态。传统的风洞试验，主要是针对飞行器部件(如机翼)，试验模型多采用根部固支安装，这样只能考虑飞行器的弹性模态，而忽略了飞行器的刚体运动模态。另外单纯部件的风洞试验忽略了飞机部件间的影响，试验结果没有全机风洞试验的结果精度高。而常规的全机风洞试验也有诸多问题，如全机试验模型制造复杂、缩比误差大、造价大、悬挂系统会影响飞机的绕流流场等。因为飞机是面对称的，半模型可以反映全机的特性，并且相比全机模型缩比误差减少、模型加工工作量减少、造价低，于是采用全机半模型的风洞试验是未来全机风洞试验的一个趋势。而能够模拟飞机刚体俯仰和沉浮运动，用于飞机半模型风洞试验的支持系统将是开展全机半模型风洞试验的前提保障。因此，研究和开发用于全机半模型风洞试验的二自由度支持系统具有十分重要的工程价值。

发明内容

考虑到现有技术的上述问题，本发明人进行了深入研究，设计制作了一种用于飞机风洞试验的二自由度支持系统。可以实现对飞机俯仰与沉浮运动的模拟，从而更加接近飞机在空中飞行的真实状态，更加有利于通过风洞试验对飞机特性的研究。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于飞机风洞试验的二自由度支持系统，其特征在于包括：

转动模块，用于模拟飞机的俯仰运动；

平动模块，用于模拟飞机的沉浮运动；

测量模块，用于测量飞机模型的俯仰和沉浮运动量；

保护模块，用于限制飞机模型的俯仰和沉浮运动范围以防止飞机模型转动角度过大和动载荷过大。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于全机风洞试验的二自由度支持系统，包括：转动模块(转台轴承：模拟飞机俯仰运动)、滑动模块(直线导轨：模拟飞机沉浮运动)、测量模块(角位移计、线位移计和数据采集系统：可测量角位移和线位移)、保护模块(碟刹和避震器：保护试验模型)、接口模块(连接轴：连接试验模型)。以上各模块通过装配、连接组成二自由度支持系统，此系统通过连接模块与飞机模型连接，共同组成阵风减缓风洞试验模型。

本发明的有益效果包括：

1.本发明可以提供俯仰和沉浮两个自由度，并且摩擦阻尼小，可以模拟飞行器俯仰和沉浮两个自由度放松的边界状态，在一定程度上解决了阵风减缓试验中目前无法考虑刚体运动影响的难题，具有十分重要的实用价值；

2.支持系统可以采集到沉浮和俯仰运动量，数据可以作为试验结果观察减缓效果，如果控制需要，可以作为实时控制量输入控制系统。

3.本发明专利中的保护模块，可以有效保护试验飞机模型的安全。

4.本发明专利可以实现多种支承状态的变化。可以实现固支、单俯仰放松、单沉浮放松和俯仰沉浮都放松的支持状态。

5.本发明专利的接口模块可以更换设计，这样可以满足不同的风洞环境和试验飞机模型的需要，此二自由度支持系统重复利用性好。

6.本发明专利的接口模块设计考虑到试验模型的走线问题，采用空心轴，试验模型中传感器和电机的连接线都可以从连接轴的中孔引出。

7.本发明专利中的转动量，因为考虑了走线问题，俯仰运动量不是直接从转动轴测出，而是通过带传动机构，于另一转轮测出，于是真正的俯仰运动量，需要通过传感器测量值除去传动比得到。

附图说明：

图1是二自由度支持系统模型

图2是转动模块图

图3是平动模块图

图4是测量模块图

图5A-5C是保护模块图

图6是接口模块图。

附图符号说明：

1-线位移计    2-轴      3-传动带  4-小车平台  5-转轮

6-角度计      7-避震器基座    8-避震器  9-滑块

10-转台轴承   11-直线导轨  12-基座  13-刹车片  14-碟刹

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为一个二自由度支撑系统的轴测视图，其中根据本发明的一个实施例包括转动模块(图2)、平动模块(如图3示)、测量模块(如图4示)、保护模块(如图5示)和接口模块(如图6示)。

如图1和图2所示，转动模块包括一个转动副，该转动副包括转台轴承(10)和小车平台(4)，用于模拟飞机的俯仰运动。转台轴承摩擦阻尼力矩小，并能够承受轴向和径向载荷。

如图1和3所示，根据本发明的一个实施例的平动模块包括两根直线导轨(11)和诸如四个滑块(9)，它们构成滑动副，可实现小车平台(4)的平动，用于模拟飞机的沉浮运动。

如图1和图4所示，测量模块包括角位移计(6)和线位移计(1)，分别用来测量飞机模型的俯仰和沉浮运动量。飞机模型的俯仰运动量与轴(2)的转动量是相同的，但是，为了走线，轴(2)被设计成空心的，角位移计不易与轴同轴安装，于是根据本发明的一个实施例，利用包括轴(2)、传动带(3)、转轮(5)和角位移计(6)的带传动机构，间接地测量出俯仰运动量，其中俯仰运动量＝测量值/传动比。飞机模型的沉浮运动量，通过线位移计(1)的拉线长短变化可以测出，其一个具体实施方式是，线位移计(1)壳体固定在不动的基座(12)上，线位移计(1)的拉线连接在平动的小车上，当小车(4)平动时，拉线长短发生变化，从而获得沉浮运动量。

如图1和图5A-5C所示，保护模块包括碟刹装置和避震器(8)。制动时，碟刹(14)抱合刹车片(13)，从而限制转台轴承的转动运动，以防止飞机模型转动角度过大，碰到风洞壁。每根直线导轨(11)两端都装有避震器(8)，其可限制小车(4)平动运动范围，另外避震器(8)可有效减少冲击载荷，从而保护飞机模型。

图1和图6所示，轴(2)一端与转台轴承(10)连接，一端与飞机模型连接。接口模块可以根据风洞安装条件和试验模型需要进行更换，其他模块重复利用性好。

Claims (6)

1.一种用于飞机风洞试验的二自由度支持系统，其特征在于包括：

转动模块，用于模拟飞机的俯仰运动；

平动模块，用于模拟飞机的沉浮运动；

测量模块，用于测量飞机模型的俯仰和沉浮运动量；和

保护模块，用于限制飞机模型的俯仰和沉浮运动范围以防止飞机模型转动角度过大和动载荷过大，

其中

所述转动模块包括一个转动副，所述转动副包括转台轴承（10）和小车平台（4），

所述平动模块包括一个滑动副，所述滑动副包括两根直线导轨（11）和多个滑块（9），可实现所述小车平台（4）的平动，从而模拟飞机的沉浮运动；

所述测量模块包括：

角位移计（6），用来测量飞机模型的俯仰运动量，和

线位移计（1），用来测量飞机模型的沉浮运动量，

其中：

利用包括轴（2）、传动带（3）、转轮（5）和所述角位移计（6）的带传动机构，间接地测量出所述俯仰运动量，其中所述俯仰运动量=测量值/传动比。

2.根据权利要求1的二自由度支持系统，其特征在于

通过线位移计（1）的拉线长短变化，测出飞机模型的沉浮运动量，其中

线位移计（1）的壳体被固定在一个不动的基座（12）上，线位移计（1）的拉线连接在平动的所述小车平台（4）上，当小车平台（4）平动时，拉线长短发生变化，从而获得沉浮运动量。

3.根据权利要求1的二自由度支持系统，其特征在于所述保护模块包括：

碟刹装置（14）和避震器（8）；其中

在制动时，碟刹装置（14）抱合刹车片（13），从而限制转台轴承（10）的转动运动，以防止飞机模型转动角度过大。

4.根据权利要求3的二自由度支持系统，其特征在于：

每根直线导轨（11）的两端都装有避震器（8），用于限制小车平台（4）平动运动范围，并且避震器（8）具有缓冲作用，能够有效减小飞机模型的动载荷，从而保护飞机模型。

5.根据权利要求1的二自由度支持系统，其特征在于：

所述轴（2）的一端与转台轴承（10）连接，另一端与飞机模型连接。

6.根据权利要求1的二自由度支持系统，其特征在于二自由度支持系统进一步包括：

一个接口模块，用于根据风洞安装条件和试验模型需要进行更换，以提高其他模块的重复利用性。 

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