CN102288381A - 一种用于风洞试验的翼尖支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，测力天平的上下连接面分别与支撑梁顶板和力平台连接。两个变攻角机构分别安装在位于风洞试验段中部两侧壁外侧的支撑立柱顶端。在与变攻角机构的法兰花键轴中心线等高处的风洞侧壁上对称的开有法兰花键轴的过孔，法兰花键轴的一端穿过风洞侧壁上的过孔位于风洞内，法兰花键轴的另一端与风洞外的变攻角机构连接。两个变侧滑角机构位于风洞内，通过滑板固定在位于风洞内的法兰花键轴端面的法兰盘上。两个变侧滑角机构的滑动法兰通过模型连接件与飞机模型的翼尖相连。本发明适于飞机空投空降风洞投放试验、飞机机身、增升装置、后体阻力风洞试验，具有结构简单、使用方便，试验数据可靠的特点。

Description

一种用于风洞试验的翼尖支撑装置
技术领域
本发明涉及飞机等航空器地面试验技术领域，是进行航空器阻力精细测量、航空器表面流动无干扰模拟、飞机空投空降风洞投放试验的必备设备。
背景技术
与本发明相关的技术是风洞试验模型的腹部支撑、背部支撑、尾部支撑和吊线(张线)支撑测量系统。在进行飞机阻力精细测量、空投空降风洞投放试验、飞机机身、增升装置、后体阻力风洞试验研究时，绕机身、机翼(带增升装置)内段和尾翼的流动至关重要，但上述模型支撑方式都会对这些部件的流动产生干扰，从而影响试验结果的可靠性；特别是进行飞机空投空降风洞投放试验研究时，上述支撑还会挂住模型或严重影响空投空降物模型的运动轨迹。
在日本专利JP09203685A中，公开了一种风洞中模型振动特性试验的模型支撑机构，试验模型垂直于气流水平放置在风洞中部，模型两个翼尖连接在模型支撑机构的两个轴上。模型支撑机构的两个轴从风洞两侧壁孔中伸出洞外，其中一个轴用轴承支撑可自由转动和上下移动，另一个轴支撑在前后两个执行器上，执行器组合运动可实现模型的扭转振动和上下平移振动。但该支撑机构不能实现模型攻角和侧滑角的变化，且不能直接测量作用在模型上的六个气动力分量。
发明内容
为克服现有技术中存在的或者对气流的流动产生干扰，从而影响试验结果的可靠性，或者不能实现模型攻角和侧滑角的变化，且不能直接测量作用在模型上的六个气动力分量的不足，本发明提出了一种用于风洞试验的翼尖支撑装置。
本发明包括测力天平、力平台、支撑梁、两个支撑立柱、变攻角机构、变侧滑角机构和模型连接件，其中：
测力天平位于支撑梁内，并且该测力天平的上连接面与支撑梁顶板的下表面连接，该测力天平的下连接面与力平台的上表面连接。力平台通过小轮沿与气流相同的方向运动。两个支撑立柱分别位于风洞试验段中部两侧壁外侧，并固定在支撑梁的两端。两个变攻角机构分别安装在支撑立柱的顶端。在与变攻角机构的法兰花键轴中心线等高处的风洞侧壁上对称的开有法兰花键轴的过孔，法兰花键轴的一端穿过风洞侧壁上的过孔位于风洞内，法兰花键轴的另一端与风洞外的变攻角机构连接。两个变侧滑角机构位于风洞内，通过滑板固定在位于风洞内的法兰花键轴端面的法兰盘上。两个变侧滑角机构的滑动法兰通过模型连接件与飞机模型的翼尖相连。
所述的变侧滑角机构包括滑板和滑动法兰。所述的滑板上分布有飞机模型不同侧滑角时的定位孔和法兰花键轴的连接孔。所述的滑动法兰由定位盘和力矩调整杆组成，在滑动法兰定位盘的盘面上均布有与滑板上的定位孔配合的孔，力矩调整杆固定在滑动法兰定位盘的一侧盘面上。力矩调整杆的端头处有模型连接件的安装面。
所述的模型连接件的一端有用于连接力矩调整杆的销轴孔，模型连接件的另一端有U形夹槽，在所述的U形夹槽壁板上有飞机模型的连接孔。模型连接件上的U形夹槽有倾角，该倾角与飞机模型翼尖的倾角一致。
所述的力平台底板的四角均有导向槽，用于与地面上的导向柱配合。小轮位于底板四角的下表面。顶板用于安装测力天平。
所述的支撑梁的两端有支撑立柱的安装板。支撑梁顶板位于支撑梁上表面中心。
使用本发明时，通过力平台、测力天平、支撑梁、两支撑立柱、变攻角机构、变侧滑角机构、模型连接件将飞机模型支撑在风洞内，风洞内气流作用到飞机模型上的空气动力可以用洞外的测力天平测量，飞机模型所受阻力还可以用力平台前的单分量阻力天平更精确的测量；变攻角机构和变侧滑角机构实现飞机姿态，即攻角和侧滑角的变化。进行飞机空投空降风洞投放试验时，从中空的飞机模型内用投放机构投出空投空降物模型，并用摄像机记录空投空降物模型的运动轨迹。
本发明将主要的支撑测量部件放到了风洞外，避免了风洞试验时常用背部支撑、腹部支撑和尾部支撑的支架干扰，并能够按照试验要求的侧滑角，滑动法兰与滑板上相应侧滑角的定位孔对应，实现了侧滑角的调整。使用本发明，使飞机模型机身、机翼(包括增升装置)内段和尾翼附近无任何模型支撑干扰，有效解决了支撑机构对气流产生的扰动，提高了试验数据的可靠性。本发明适合于飞机空投空降风洞投放试验、飞机机身、增升装置、后体阻力风洞试验；该风洞试验翼尖模型支撑测量系统既可实现飞机空投空降风洞投放试验，又可方便的对飞机空投空降的空气动力特性进行研究，两者可以同步进行。
附图说明
附图1是翼尖支撑装置的结构示意图，其中a为侧视图，b为主视图；
附图2是力平台示意图，其中a为主视图，b为俯视图，c为A向视图；
附图3是支撑梁示意图，其中a为主视图，b为俯视图；
附图4是支撑立柱结构示意图，其中a为主视图，b为侧视图；；
附图5是变侧滑角机构示意图，其中a为俯视图，b为A向局部视图；
附图6是模型连接件结构示意图，其中a为俯视图，b为侧视图；
附图7是滑板结构示意图，其中a为主视图，b为侧视图；
附图8是滑动法兰结构示意图，其中a为侧视图，b为主视图，c为俯视图。其中，
1.测力天平     2.支撑梁      3.支撑立柱    4.变攻角机构  5.法兰花键轴
6.变侧滑角机构 7.模型连接件  8.飞机模型    9.风洞        10.阻力天平
11.力平台      12.电机       13.减速器     14.齿轮副     15.蜗杆
16.涡轮        17.蜗杆轴承座 18.蜗杆轴承   19.內花键轴   20.涡轮轴承
21.涡轮轴承座  22.滑板       23.滑动法兰   24.销轴       25.螺钉
26.小轮        27.小轮压板   28.导向槽
具体实施方式
本实施例是飞机模型翼尖支撑装置。既可以用于测量飞机模型在风洞内受到的空气动力，也可以从中空的飞机模型内用投放机构投出空投空降物模型，并用摄像机记录空投空降物模型的运动轨迹。
本实施例包括测力天平1、单分量阻力天平10、力平台11、支撑梁2、支撑立柱3、变攻角机构4、变侧滑角机构6和模型连接件7。变攻角机构4由电机12、减速器13、齿轮副14、蜗杆15、涡轮16、內花键轴19、涡轮轴承20、涡轮轴承座21、法兰花键轴5、蜗杆轴承18、蜗杆轴承座17和若干螺钉组成；变侧滑角机构6由滑板22、滑动法兰23、销轴24和若干螺钉25组成。
测力天平1为洞外应变式气动力测量仪器，外形为短圆柱形，测量作用在飞机模型8上的空气动力，在测力天平1的上端面和下端面各有16个围绕中心均布的通孔；在进行飞机空投空降投放试验研究时测力天平1可以锁死仅为支撑部件的一部分；力平台11为钢制结构件，下为一平板，用四根立柱支撑一上平台，四面各有两根斜加强筋，力平台11上平面有16个围绕中心均布的螺纹孔，该螺纹孔位置和数目与测力天平1下端面的16个均布的通孔对应；力平台11的下表面有四个小轮26，通过所述的四个小轮26支撑在地板上，在力平台11前后两侧均加工有三个导向槽28，导向槽28卡住装在地面上的共12个导向柱以便力平台11仅能顺风洞轴线前后移动，12个导向柱和力平台11的12个导向槽28为小间隙配合。小轮26的安装在力平台11的轮槽内，从上面用小轮压板27压紧使小轮26从力平台11下表面露出支撑力平台11并使其可前后移动；松开小轮压板27小轮收回，力平台11落到地面不能移动；测力天平1通过16个螺钉固定到力平台11上平面。阻力天平10为一杆式单分量应变天平，装于力平台11正前方，与力平台11正前方地面上的一固定点相连用于更精确地测量阻力分量。
支撑梁2为钢制结构件，下面为一矩形框结构，上为另一矩形框，前后各有3根短立柱将上下矩形框连接，并加有斜加强筋，上矩形框上中部有一顶板，左右两侧各有一安装板，中部顶板上中心有16个围绕中心均布的通孔，其位置、尺寸与测力天平1上端面的16个通孔相对应，两个安装板上有4个绕中心均布的螺纹孔，分别与支撑立柱3下面的4个通孔对应。支撑梁2扣到测量天平1上并和天平上部用16个螺钉固定。两个支撑立柱3为钢制结构件，下面均有4个绕中心均布的通孔，其位置和尺寸与支撑梁2上面两侧安装板的4个螺纹孔对应。支撑立撑3顶部有安装变攻角机构4的涡轮轴承座21，上部外侧面加工有安装电机12、减速器13、齿轮副14、蜗杆15的螺钉孔。
变攻角机构4采用现有技术，由电机12、减速器13、齿轮副14、蜗杆15、涡轮16带动內花键轴19组成。涡轮16安装在内花键轴19外端，内花键轴19通过涡轮轴承20、涡轮轴承座21支撑在支撑立柱3上。法兰花键轴5为带有螺纹孔的法兰和一花键轴的组合，其花键轴与内花键轴19的花键孔形成小间隙配合，法兰螺纹孔和滑板22中部的台阶通孔位置和数目相对应。法兰花键轴5从风洞9内穿过风洞9侧壁孔插入内花键轴19，在法兰花键轴5与风洞9侧壁孔间留有间隙并用海绵等软材料密封，法兰花键轴5穿过洞壁的轴径小于风洞侧壁的孔径。蜗杆15经两端的蜗杆轴承18和蜗杆轴承座17安装在支撑立柱3的侧面上部并和涡轮16配合，在蜗杆15的一端安装齿轮副14中的一个齿轮，齿轮副14中的另一个齿轮安装在减速箱13的输出轴上，两齿轮啮合。电机12和减速箱13也安装在支撑立柱3侧面，位于蜗杆15的下面。
变侧滑角机构6的主要零件为滑板22、滑动法兰23和销轴24。滑板22中部有与法兰花键轴5的法兰盘螺纹孔相应的可沉头螺钉台阶通孔，在其上对应于不同的侧滑角加工有与滑动法兰23连接的螺纹孔(附图5仅给出偏航角为-10°、-6°、0°、6°、10°的螺纹孔，可根据需要增减)。滑动法兰23由带有通孔的法兰和一根斜置圆柱焊接组成，在圆柱的端头上下加工出平台，垂直于平台和圆柱轴线加工销孔，销孔与销轴24形成小间隙配合。模型连接件7为屈臂件，一端加工有与销轴24形成小间隙配合的通孔，一端为两壁板组成的“U”形夹槽，垂直于“U”形夹槽两壁板加工有6个通孔，6个通孔与飞机模型8翼尖部的6个通孔对应。销轴24直径略小于滑动法兰23和模型连接件7的销孔孔径。飞机模型8翼尖加工成平板，平板上加工与模型连接件7相应的6个通孔，翼尖平板可插入到模型连接件7的“U”形夹槽。
使用本实施例时，通过力平台11、测力天平1、支撑梁2、两支撑立柱3、变攻角机构4、变侧滑角机构6、模型连接件7将飞机模型8支撑在风洞9内，风洞内气流作用到飞机模型8上的空气动力可以用洞外的测力天平1测量，飞机模型8所受阻力还可以用力平台11前的单分量阻力天平10更精确的测量(附图1)；变攻角机构4和变侧滑角机构6(附图5)实现飞机姿态(攻角和侧滑角)的变化；进行飞机空投空降风洞投放试验时，从中空的飞机模型8内用投放机构投出空投空降物模型，并用摄像机记录空投空降物模型的运动轨迹。
力平台11通过四个小轮26支撑在地板上，导向槽28卡住装在地面上的共12个导向柱以便力平台11仅能顺风洞轴线前后移动。小轮26的安装在力平台11的轮槽内，从上面用小轮压板27压紧使小轮26从力平台11下表面露出支撑力平台11并使其可前后移动；松开小轮压板27小轮收回，力平台11落到地面不能移动。阻力天平10装于力平台11正前方，与力平台11正前方地面上的一固定点相连用于更精确地测量阻力分量。测力天平1为用16个螺钉固定到力平台11的上平台上，用于测量作用在飞机模型8上的空气动力；在进行飞机空投空降投放试验研究时测力天平1可以锁死仅为支撑部件的一部分；支撑梁2安装在测力天平1上，其上矩形框中部顶板下表面和测力天平1的上端面配合，16个通孔对应并用螺栓固定。两个支撑立柱3安装在支撑梁2上矩形框两端的安装板上，其下面的4个通孔与两端安装板上的4个螺纹孔对应并用螺钉固定，立于风洞9侧壁外两侧。在两个支撑立柱3的顶部的涡轮轴承座21内安装变攻角机构4的涡轮轴承20，內花键轴19装于涡轮轴承20上。
变攻角机构4的电机12、减速器13、齿轮副14、蜗杆15、涡轮16安装在支撑立柱3上部侧面。涡轮16安装在内花键轴19外端。法兰花键轴5从风洞9内穿过风洞9侧壁孔插入内花键轴19的花键孔内实现洞内外连接，在法兰花键轴5与风洞9侧壁孔间留有间隙并用海绵等软材料密封，法兰花键轴5穿过洞壁的轴径小于风洞9侧壁的孔径。蜗杆15经两端的蜗杆轴承18和蜗杆轴承座17安装在支撑立柱3的侧面上部并和涡轮16配合，在蜗杆15的一端安装齿轮副14中的一个齿轮，齿轮副14中的另一个齿轮安装在减速箱13的输出轴上，两齿轮啮合。电机12和减速箱13也安装在支撑立柱3侧面，位于蜗杆15的下面。电机12通过减速器13、齿轮副14、蜗杆15、涡轮16带动内花键轴19和法兰花键轴5转动并最终实现飞机模型8攻角变化。
法兰花键轴5的法兰盘螺纹孔与变侧滑角机构6的滑板22中部的可沉头螺钉通孔对应，并用6个螺钉固定。按照试验要求的侧滑角，滑动法兰23法兰的通孔与滑板22上相应侧滑角(-10°、-6°、0°、6°、10°)的一组螺纹孔对应并用螺钉固定。滑板22的一根斜置圆柱端头的平台与模型连接件7有通孔的一端搭接，平台的通孔和模型连接件7的通孔对齐，并用销轴24连接，销轴24端头用螺帽拧紧，滑板22和模型连接件7可以相互转动。飞机模型8翼尖平板插入模型连接件7一端两壁板组成的”U”形夹槽，用6个螺栓将飞机模型8翼尖平板与模型连接件7连接。按照试验侧滑角变化要求，滑动法兰23在滑板22上一端向前、一端向后移动直至法兰通孔和滑板22上相应侧滑角的螺钉孔对应，用螺钉25将滑板22和滑动法兰23固定可实现侧滑角变化。调整飞机模型8侧滑角时，松开销轴24螺帽，滑动法兰23与模型连接件7会绕销轴24转动，销轴直径略小于滑动法兰23和模型连接件7的销孔孔径，调整好侧滑角后销轴端用螺帽锁紧。附图5(a)中表示了侧滑角分别为-10°、0°、10°时滑板22、滑动法兰23及模型连接件7的相对位置关系。

Claims (5)

1.一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，包括测力天平(1)、力平台(11)、支撑梁(2)、两个支撑立柱(3)、变攻角机构(4)、变侧滑角机构(6)和模型连接件(7)，其特征在于，测力天平(1)位于支撑梁(2)内，并且该测力天平(1)的上连接面与支撑梁(2)顶板的下表面连接，该测力天平(1)的下连接面与力平台(11)的上表面连接；力平台(11)通过小轮(26)沿与气流相同的方向运动；两个支撑立柱(3)分别位于风洞(9)试验段中部两侧壁外侧，并固定在支撑梁(2)的两端；两个变攻角机构(4)分别安装在支撑立柱(3)的顶端；在与变攻角机构(4)的法兰花键轴(5)中心线等高处的风洞侧壁上对称的开有法兰花键轴(5)的过孔，法兰花键轴(5)的一端穿过风洞侧壁上的过孔位于风洞(9)内，法兰花键轴(5)的另一端与风洞(9)外的变攻角机构(4)连接；两个变侧滑角机构(6)位于风洞(9)内，通过滑板(22)固定在位于风洞(9)内的法兰花键轴(5)端面的法兰盘上；两个变侧滑角机构(6)的滑动法兰(23)通过模型连接件(7)与飞机模型(8)的翼尖相连。
2.如权利要求1所述一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，其特征在于，变侧滑角机构(6)包括滑板(22)和滑动法兰(23)；所述的滑板(22)上分布有飞机模型(8)不同侧滑角时的定位孔和法兰花键轴(5)的连接孔；所述的滑动法兰(23)由定位盘和力矩调整杆组成，在滑动法兰(23)定位盘的盘面上均布有与滑板(22)上的定位孔配合的孔，力矩调整杆固定在滑动法兰(23)定位盘的一侧盘面上；力矩调整杆的端头处有模型连接件(7)的安装面。
3.如权利要求1所述一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，其特征在于，模型连接件(7)的一端有用于连接力矩调整杆的销轴孔，模型连接件(7)的另一端有U形夹槽，在所述的U形夹槽壁板上有飞机模型(8)的连接孔；模型连接件(7)上的U形夹槽有倾角，该倾角与飞机模型(8)翼尖的倾角一致。
4.如权利要求1所述一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，其特征在于，力平台(11)底板的四角均有导向槽(28)，用于与地面上的导向柱配合；小轮(26)位于底板四角的下表面；顶板用于安装测力天平(1)。
5.如权利要求1所述一种用于风洞试验的翼尖支撑装置，其特征在于，支撑梁(2)的两端有支撑立柱(3)的安装板；支撑梁(2)顶板位于支撑梁(2)上表面中心。
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