CN102928190B - 限位锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种限位锁定装置，用于全动翼面颤振模型风洞试验，其中，包括：支撑部件，用于提供支撑；夹持部件，转动连接在所述支撑部件上，所述夹持部件用于夹持待试验的全动翼面，所述夹持部件能带动所述全动翼面相对于所述支撑部件转动，且转动轴为竖直方向；制动部件，包括制动杆和制动滑块，所述制动杆固定在所述全动翼面的下方；所述制动滑块与所述支撑部件滑动连接；所述制动滑块内部设置有空槽，所述制动杆伸入到所述空槽中。上述技术方案提供的限位锁定装置，能够有效限制全动翼面的振幅，从而保证全动翼面在试验过程中不会突发出现大振幅，从而降低了全动翼面被破坏的几率，提高了试验的安全性。

Description

限位锁定装置

技术领域

本发明涉及机械结构技术，尤其涉及一种限位锁定装置。

背景技术

当前发展的许多新型飞行器具有全动翼面。全动翼面的好处是作为舵面使用时，舵偏效率较高；但缺点在于，在低空大速压飞行时，翼面旋转模态可能与翼面弯曲或扭转模态耦合，从而引发全动翼面颤振发散，导致飞行安全事故。因此，飞行器设计定型之后，为了确保安全，必须进行全动翼面颤振模型风洞试验，以准确获取飞行器的颤振安全边界。

现有技术中，在进行全动翼面颤振模型风洞试验时，全动翼面模型极有可能出现颤振现象。由于没有限位锁定装置，所以极易出现全动翼面模型振动响应太大，从而导致全动翼面模型与风洞试验设备损坏的情况发生，风洞试验的安全性差。

发明内容

本发明提供一种限位锁定装置，用于提高风洞试验的安全性。

本发明提供了一种限位锁定装置，用于全动翼面颤振模型风洞试验，其中，包括：

支撑部件，用于提供支撑；

夹持部件，转动连接在所述支撑部件上，所述夹持部件用于夹持待试验的全动翼面，所述夹持部件能带动所述全动翼面相对于所述支撑部件转动，且转动轴为竖直方向；

制动部件，包括制动杆和制动滑块，所述制动杆用于固定在所述全动翼面的下方；所述制动滑块与所述支撑部件滑动连接；所述制动滑块内部设置有空槽，所述制动杆远离所述全动翼面的一端伸入到所述空槽中。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，

所述空槽的横截面呈三角形，且位于三角形顶端处为圆孔，所述圆孔与所述制动杆的尺寸匹配，以使所述制动杆位于所述圆孔内时被固定。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，还包括：

运动部件，与所述制动滑块固定连接，用于带动所述制动滑块相对于所述支撑部件水平滑动，以使得所述制动杆位于所述空槽的不同位置。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，所述夹持部件包括：

夹持板，数量为两块，两块所述夹持板用于将所述全动翼面夹持固定在两者之间；

固定板，一端与两块所述夹持板固定，另一端与所述支撑部件转动连接。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，所述制动部件还包括：

弹簧舌片，与所述制动滑块转动连接，所述弹簧舌片部分伸入所述空槽中且伸过所述空槽的中心线。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，

所述弹簧舌片的横截面为平行四边形。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，

所述弹簧舌片与所述制动滑块的转动连接轴上设置有预紧弹簧。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，所述运动部件包括：

连杆组件，包括铰链的第一子臂和第二子臂，所述第二子臂远离所述第一子臂的一端与所述制动滑块转动连接；

气缸作动筒，包括缸体和活塞杆，所述缸体水平固定设置，所述活塞杆固定在所述第二子臂的另一端，所述活塞杆伸缩运动以带动所述连杆组件为所述制动滑块提供水平动力。

如上所述的限位锁定装置，优选的是，所述支撑部件包括：

支撑座，固定设置，所述夹持部件固定在所述支撑座上；

弹性板，固定在所述支撑座上，用于限定所述夹持部件相对于所述支撑部件的转动角度。

上述技术方案提供的限位锁定装置，能够有效限制全动翼面的振幅，从而保证全动翼面在试验过程中不会突发出现大振幅，从而降低了全动翼面被破坏的几率，提高了试验的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的限位锁定装置结构示意图；

图2为图1所示装置解锁状态的A-A向剖视图；

图3为图1所示装置锁定状态的A-A向剖视图。

图4为图1所示装置偏转激振状态的A-A向剖视图；

图5为使用图1所示装置后得到的全动翼面锁定与解锁情况振动波形图；

图6为使用图1所示装置后得到的全动翼面激励效果波形图；

图7为使用图1所示装置后得到的全动翼面限幅效果波形图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的限位锁定装置结构示意图。

参见图1，本发明实施例提供一种限位锁定装置，用于全动翼面颤振模型风洞试验，其中，该限位锁定装置包括支撑部件1、夹持部件2、制动部件4和运动部件5。支撑部件1用于提供支撑，具体可与机车等其他部件固定；夹持部件2转动连接在支撑部件1上，夹持部件2用于夹持待试验的全动翼面3，夹持部件2能带动全动翼面3相对于支撑部件1转动，且转动轴为竖直方向；制动部件4包括制动杆41和制动滑块42，制动杆41用于固定在全动翼面3的下方；制动滑块42与支撑部件1滑动连接；制动滑块42内部设置有空槽43，制动杆41远离全动翼面3的一端伸入到空槽43中；运动部件5与制动滑块42固定连接，用于带动制动滑块42相对于支撑部件1水平运动，以使得制动杆41位于空槽43的不同位置。

上述限位锁定装置可以实现限制全动翼面振幅的作用，具体实现过程如下：

在试验开始之前，将上述限位锁定装置设置在风洞中，全动翼面3被固定在限位锁定装置上。在试验过程中，对全动翼面3施加激励，全动翼面3连同夹持部件2相对于支撑部件1转动一定角度后迅速弹回中面，全动翼面3出现振动。由于全动翼面3下方固定设置有制动杆41，制动杆41伸入到制动滑块42的空槽43内，故制动杆41的振幅是由空槽43的边界决定的。制动杆41的振幅也决定了全动翼面3的振幅，以此实现对全动翼面3振幅的控制，防止在突发大振幅下，全动翼面3受到破坏。

上述技术方案提供的限位锁定装置，能够有效限制全动翼面的振幅，从而保证全动翼面在试验过程中不会突发出现大振幅，从而降低了全动翼面被破坏的几率，提高了试验的安全性。

在制动滑块42不动的前提下，制动杆41的活动范围由空槽的尺寸决定，该活动范围是有限的。在试验条件不同时，可能需要的全动翼面3的最大振幅也不同，故可优选采用以下结构的空槽43来限定全动翼面3的最大振幅：空槽43的横截面呈三角形，且位于三角形顶端处为圆孔45，圆孔45与制动杆41的尺寸匹配，以使制动杆41位于圆孔45内时被固定。实际应用中，只要合理设置空槽43的形状和尺寸，即能使得全动翼面3的最大振幅满足试验要求。

参见图1，进一步地，限位锁定装置还可包括运动部件5，运动部件5与制动滑块42固定连接，用于带动制动滑块42相对于支撑部件1水平滑动，以使得制动杆41位于空槽43的不同位置。

制动滑块外轮廓可以是矩形或椭圆形，厚度与模型制动杆的长度相应，但内部必须挖出一个空槽，此处空槽具体为三角形，三角形空槽区域的底边长度取决于全动翼面允许的最大振幅，顶点处具有与制动杆相配的圆孔45，以实现锁定。运动部件5带动制动滑块42运动，以使得制动杆41位于制动滑块42的不同位置。由于空槽43的横截面呈三角形，制动杆41位于制动滑块42的不同位置时，制动杆41的振幅不同，以此实现限制制动杆41振幅的作用。空槽43的内壁上可设置耐磨层，以延长制动滑块42的使用寿命。

此处，采用上述结构的空槽和运动部件，还可以实现全动翼面的紧急制动，具体实现过程如下：

在试验过程中，若出现意外突发情况，需紧急制动全动翼面3，此时，使运动部件5带动制动滑块42相对于支撑部件1水平运动，使得制动杆41运动到空槽43中的最小处，即圆孔45处。固定了制动杆41，即实现了全动翼面3的紧急制动。

参见图1，下面介绍夹持部件的具体结构：夹持部件2包括夹持板21和固定板22；夹持板21数量为两块，两块夹持板21用于将全动翼面3夹持固定在两者之间；固定板22一端与两块夹持板21固定，另一端与支撑部件1转动连接。

实际安装中，可先将全动翼面3夹持在两块夹持板21之间，然后再使用螺栓将两块夹持板21与固定板22固定。

参见图1，优选地，制动部件4还包括弹簧舌片44，弹簧舌片44与制动滑块42转动连接，弹簧舌片44部分伸入空槽43中且伸过空槽43的中心线。

进一步地，弹簧舌片44与制动滑块42的转动连接轴上设置有预紧弹簧（图未示出），以使得弹簧舌片44绕着转动轴转动后，能够回到初始位置。弹簧舌片44的下端点伸出空槽43的中心线，从而保证弹簧舌片44在制动滑块42运动过程中能触碰到制动杆41。触碰到制动杆41后，制动杆41先压缩弹簧舌片44，到一定程度后，制动杆41突然脱离弹簧舌片44，然后弹回到空槽43的中心线处，以实现对制动杆41施加激励。

进一步地，弹簧舌片44的横截面为平行四边形，以便于加工制造。

下面介绍运动部件的具体实现方式。参见图1，运动部件5包括连杆组件和气缸作动筒。连杆组件包括铰链的第一子臂51和第二子臂52，第二子臂52远离第一子臂51的一端与制动滑块42转动连接；气缸作动筒包括缸体53和活塞杆54，缸体53水平固定设置，活塞杆54固定在第二子臂52的另一端，活塞杆54伸缩运动以带动连杆组件为制动滑块42提供水平动力。此处可选用带有快速电磁阀的气缸作动筒。安装时，第一子臂51作为第二子臂的支点，与其他部件固定。

参见图1-图3，活塞杆54伸出时，由于作为支点的第一子臂51位于活塞杆54和制动滑块42之间，故制动滑块42会向图1或图2所示的“左”运动，从而使得制动杆41位于空槽43的左侧。空槽43的左侧面积比右侧面积小，故制动杆41的活动范围减小。当制动滑块42运动到最右端时，制动杆41位于空槽43左侧的圆孔45内，制动杆41无法再摆动，从而锁定全动翼面3，锁定状态时各部件的相互位置关系参见图3。同样的道理，活塞杆54回缩时，制动滑块42向图1或图2所示的“右”运动，从而使得制动杆41位于空槽43的右侧。当制动滑块42运动到最左端时，制动杆41位于空槽43的最右端，即空槽43的三角形底边上，此时，制动杆41的运动范围最大。由此可看出，全动翼面3的最大振幅由三角形的底边长度决定，解锁状态时各部件的相互位置关系参见图2。

图4示意的是限位锁定装置处于偏转激励状态时各部件的相对位置关系示意图。参见图4，此时，制动杆41位于三角形的空槽43内，且介于弹簧舌片44和空槽43之间。在此状态下，制动杆41处在临界位置，继续压缩弹簧舌片44，则制动杆41失去弹簧舌片44的支持，迅速向翼面中面回弹，激励模型颤振。

参见图1，下面介绍支撑组件的优选实现方式。支撑部件1包括支撑座11和弹性板12；支撑座11固定设置，夹持部件2固定在支撑座11上；弹性板12固定在支撑座11上，用于限定夹持部件2相对于支撑部件1的转动角度。此处，可以选用以下方式限定上述转动角度：将弹性板12远离支撑座11的一端设置的比全动翼面3的底边缘高，全动翼面3在转动过程中会受到弹性板12的阻挡，以起到限定转动角度的作用。或者，将弹性板12远离支撑座11的一端与全动翼面3固定，弹性板12具有一定的弹性，在弹性板12的弹性范围内，全动翼面3可带着弹性板12的上部转动；超出弹性板12的弹性范围后，全动翼面3将无法再转动，以此起到限定转动角度的作用。此处采用的是后一种方式。

上述实现方式的支撑部件能够有效实现对全动翼面以及限位锁定装置上其他部件的支撑。

下面介绍，使用本发明实施例提供的限位锁定装置进行风洞试验得到的一组试验结果，试验工况为：颤振边界最低点是马赫数M=0.9，该值是全动翼面最易发散、最危险的试验状态；试验速压范围为0～64kPa。

图5为使用本发明实施例提供的限位锁定装置得到的锁定-解锁-锁定状态的波形示意图。风洞试验具体实施过程中，在流场建立的初始阶段，对应于图5中区域A，此时流场尚未稳定，速压可能存在较大的波动与超调，颤振模型可能遭受较大的冲击。结合图2，外力使得气缸作动筒驱动连杆组件带动制动滑块42向右运动，制动滑块42上的三角形空槽43限制了制动杆41的位移。当制动滑块42运动到最右端时，三角形空槽43区域的顶端圆孔45将锁定模型制动杆41的振动位移，由于全动翼面3与制动杆41固定连接，从而可以限制全动翼面3的振动幅值。参见图5的A区域，即使吹风速压已经达到本次车的最大值，由于限位锁定装置的锁定作用，全动翼面3的振幅很小。

流场条件正式建立后，速压阶梯进入稳定阶段，对应于图5中的B区域，此时需要放松全动翼面3，让全动翼面3在气流激励下能够自由振动。结合图3，此时气缸作动筒带动制动滑块42向左运动，使制动杆41脱离制动滑块42空槽43中圆孔45的限制，从而使全动翼面3可以自由振动。从图5的B区域可以看出，稳定速压阶段对应的全动翼面3振幅较大，且随着速压的增大，全动翼面3的振幅也在增大，这说明限位锁定装置此时对全动翼面3处于解锁状态。

在关车阶段，气流极不稳定，需锁定全动翼面3，锁定示意图参见图3，此时对应于图5中的C区域，可见此时全动翼面3的振幅很小。

下面描述在稳定阶段对全动翼面施加激励的试验。

参见图6，速压稳定通常也是气流比较稳定的阶段，如图6中D1区域所示，此时如果没有额外的激励，全动翼面3的振幅也比较平稳，其振动模态不容易被激发出来，从图6中D2区域示意的“局部波形”可以看出，振动波形“毛刺”较多，信号的信噪比较低，影响模态参数的识别精度，从而导致颤振边界预测精度的降低。此时，结合图4，通过本发明的制动杆41顶住弹簧舌片44的斜面，迫使制动杆41带动全动翼面3向下偏转，当制动杆41运动到弹簧舌片44斜面端点后会突然弹回中面（转角为0处），对全动翼面3产生较大的冲击激励。从图6中D3区域的振动波形可见，全动翼面3明显有被冲击激励的情况发生，对应于图6中D4区域的“局部波形”，振动信号基本上没有“毛刺”，信噪比很高。

下面的试验用于描述本发明实施例提供的限位锁定装置的限幅效果。

参见图7，当全动翼面3的振动进入临界状态后，如果没有限位或锁定措施，由于全动翼面3的振动频率通常都在几十赫兹左右，在极短的时间内全动翼面3的模型就可能解体破坏，解体的部件可能随着高速气流打坏昂贵的风洞试验设备。通过本发明的快速限位锁定功能，参见图7可以看出，使用本发明实施例提供的限位锁定装置后，在几分之一秒的时间内，制动杆41立即被限位锁定，全动翼面3的振幅将快速收敛减小。可见，使用本发明提供的上述装置，试验时可以尽可能逼近颤振临界点，极大降低颤振边界预测的不确定度。

在现有技术中，由于没有模型激励装置，只能通过风洞紊流来激励模型，这种情况下测量所得试验数据的信噪比较低，导致颤振边界预测精度不高。为了获得较为可靠的试验结果，只能在试验过程中提高吹风速压，尽量接近模型的颤振临界点，由于颤振是一种突发现象，一旦发生，仅靠降低风洞速压的方式是不够的。如果没有模型振动限位锁定装置，极易出现模型振动响应太大而导致模型与风洞试验设备损坏的情况发生。使用上述技术方案提供的限位锁定装置后，在风洞试验中可以有效的施加激励和保护试验模型与参试设备，大幅提高试验效率，降低试验成本，具有较好的经济性与工程适用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种限位锁定装置，用于全动翼面颤振模型风洞试验，其特征在于，包括：

支撑部件，用于提供支撑；

夹持部件，转动连接在所述支撑部件上，所述夹持部件用于夹持待试验的全动翼面，所述夹持部件能带动所述全动翼面相对于所述支撑部件转动，且转动轴为竖直方向；

制动部件，包括制动杆和制动滑块，所述制动杆用于固定在所述全动翼面的下方；所述制动滑块与所述支撑部件滑动连接；所述制动滑块内部设置有空槽，所述制动杆远离所述全动翼面的一端伸入到所述空槽中；

所述空槽的横截面呈三角形，且位于三角形顶端处为圆孔，所述圆孔与所述制动杆的尺寸匹配，以使所述制动杆位于所述圆孔内时被固定。

2.根据权利要求1所述的限位锁定装置，其特征在于，还包括：

运动部件，与所述制动滑块固定连接，用于带动所述制动滑块相对于所述支撑部件水平滑动，以使得所述制动杆位于所述空槽的不同位置。

3.根据权利要求2所述的限位锁定装置，其特征在于，所述夹持部件包括：

夹持板，数量为两块，两块所述夹持板用于将所述全动翼面夹持固定在两者之间；

固定板，一端与两块所述夹持板固定，另一端与所述支撑部件转动连接。

4.根据权利要求1所述的限位锁定装置，其特征在于，所述制动部件还包括：

弹簧舌片，与所述制动滑块转动连接，所述弹簧舌片部分伸入所述空槽中且伸过所述空槽的中心线。

5.根据权利要求4所述的限位锁定装置，其特征在于，

所述弹簧舌片的横截面为平行四边形。

6.根据权利要求4所述的限位锁定装置，其特征在于，

所述弹簧舌片与所述制动滑块的转动连接轴上设置有预紧弹簧。

7.根据权利要求2所述的限位锁定装置，其特征在于，所述运动部件包括：

连杆组件，包括铰链的第一子臂和第二子臂，所述第二子臂远离所述第一子臂的一端与所述制动滑块转动连接；

气缸作动筒，包括缸体和活塞杆，所述缸体水平固定设置，所述活塞杆固定在所述第二子臂的另一端，所述活塞杆伸缩运动以带动所述连杆组件为所述制动滑块提供水平动力。

8.根据权利要求1所述的限位锁定装置，其特征在于，所述支撑部件包括：

支撑座，固定设置，所述夹持部件固定在所述支撑座上；

弹性板，固定在所述支撑座上，用于限定所述夹持部件相对于所述支撑部件的转动角度。