CN103674474B - 全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，所述模拟装置包括一个舵面，所述舵面通过第一转轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；在所述机翼中对应设置有一个第一滑轨和一个第二滑轨，所述第一转轴以及第二转轴上均设置有轴承，这些轴承的内圈与所述第一转轴和第二转轴固定连接，外圈卡在所述第一滑轨和第二滑轨中并可沿着所述滑轨自由滑动。本发明的模拟装置可以模拟全机风洞实验条件下，舵面操纵装置失效时，舵面在风洞中的运动轨迹，以此提供最接近真实飞机运行状态下的实验数据。

Description

全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置

技术领域

本发明涉及一种航空空气动力学试验设备，尤其是一种用于全机风洞试验过程中，模拟舵面操纵装置失效状态的装置。

背景技术

全机风洞试验是依据空气动力学原理，将整个飞行器模型固定在风洞中，通过施加人工气流流过飞行器模型，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。全机风洞试验的主要目的是要获取飞机模型的各种空气动力参数的变化规律以及模拟飞机在不同流场、流速情况下的操纵性能，例如模拟各个操作舵面的受力情况。

飞行器的舵面如襟副翼、升降舵、全动平尾、方向舵、前翼等，都需要在风洞中测量其空气动力性能，其中，舵面的铰链力矩是设计飞行器操纵系统的重要依据。飞行器对舵面的基本要求是：舵面能产生足够的操纵力矩，以保证飞行器能在所要求的状态下飞行，舵面偏转到所要求角度的时间短，以保证飞行器具有良好的机动性，要满足这些要求必须知道舵面的铰链力矩的大小，以便设计合适的操纵面的助力器。风洞铰链力矩试验的目的即在于测量作用在飞行器舵面上的气动力对其转轴的力矩。

例如，中国发明专利CN102901595A中就公开了一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，利用天平测量所述舵面的铰链力矩。该现有技术中提及的对于舵面空气动力性能的测量，一般都是针对需要测量的某个部件进行的风洞实验，其测量的是飞机模型处于正常状体下，当舵面处于某种特定角度位置时，舵面的压力分布以及受力情况，基本上测量获得的数据是针对舵面的操控而言的，对于整个飞机模型的影响很小，一般没有专门的考虑。

然而，对于全机风洞实验而言，往往需要考虑很多特定情况下飞机模型的状态、操纵、受力等情况。例如，如果飞机模型的舵面处于失效状态，亦即舵面的操纵系统失灵，舵面处于自由状态，整个飞机模型的受力情况如何也是需要精确模拟的。

现有技术中，对于舵面状态的测量一般类似CN102879172A背景技术部分所述的那样，将舵面预设成各种固定的角度，记录这个固定角度下的受力情况，依次获得全部角度范围下整个舵面的受力情况。

但是，上述这种测量方式与舵面操纵装置失效状态下的受力情况是不一致的。图1显示的是一种通常类型的舵面，例如后缘襟翼的运动轨迹示意图，该舵面1安装在机翼2的后缘，其在起飞、巡航、降落等状态下会处于不同的位置，也就是说，舵面1的基本运行轨迹是既会发生角度偏转，同时还会存在一定的位移。因此，一方面舵面失效状态下其偏转角度应当是连续而不确定的，不可能将每一个角度预设下来进行测量，因此现有测量方法获得的角度范围值肯定是不连续的，因此模拟的情况也是离散的，存在遗漏是不可避免的。另一方面，由于舵面失效状态下的偏转并非绕着一个固定的转轴简单的偏转角度，而是在偏转角度的同时存在一定的位移，同时由于操纵装置失效，整个舵面在风洞的气流中处于完全的自由浮动状态，用现有方法是无法进行模拟的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，以减少或避免前面所提到的问题。

具体来说，本发明提供了一种全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，其可以模拟全机风洞实验条件下，舵面操纵装置失效时，舵面在风洞中的运动轨迹，以此提供最接近真实飞机运行状态下的实验数据。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，用以模拟全机风洞实验条件下，舵面操纵装置失效时的运动轨迹，所述全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置包括一个舵面，所述舵面通过第一转轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；在所述机翼中对应设置有一个第一滑轨和一个第二滑轨，所述第一滑轨对应于所述第一转轴，所述第二滑轨对应于所述第二转轴，所述第一转轴以及第二转轴上均设置有轴承，这些轴承的内圈与所述第一转轴和第二转轴固定连接，外圈卡在所述第一滑轨和第二滑轨中并可沿着所述滑轨自由滑动。

优选地，所述第一滑轨和第二滑轨分别设置于所述舵面的两侧，将所述舵面夹持在当中。

优选地，所述第一滑轨和第二滑轨的结构完全相同。

优选地，所述第一滑轨和第二滑轨的形状与所述舵面的实际运行轨迹吻合。

优选地，所述舵面的中部设置相应的轴承以及第三滑轨，以使该轴承沿所述第三滑轨自由滑动，所述第三滑轨与第一滑轨、第二滑轨的结构完全相同，且其形状与所述舵面的实际运行轨迹吻合。

优选地，所述第一转轴或者第二转轴伸出所述第一滑轨和第二滑轨的端部设置有额外的操纵结构，用以模拟所述舵面卡死的状态。

优选地，所述操纵结构可将舵面固定于滑轨的某个位置，或者还可将所述舵面固定于某种偏转角度。

本发明全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，利用滑轨和轴承模拟舵面操纵装置完全失效的状态，还可以通过附加的操纵结构将舵面固定于滑轨的某个位置，或者还可以将舵面固定于某种偏转角度，用以模拟舵面卡死的状态，以获得更加全面的全机风动实验数据。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是一种典型的飞机舵面的运动轨迹示意图；

图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，为了模拟飞机舵面操纵装置失效的状态，不可能将一架真正的飞机放置在风洞中吹风。而通常的全机风洞实验中，飞机模型很小，也不可能将舵面的真实操作系统按比例缩小安装在飞机模型中，那样成本太高且结构强度也不够。现有技术往往采用各种角度的固定片将舵面固定在飞机模型的机翼上，而这种模拟状态又与舵面操纵装置失效时舵面的真实运动状态完全不同，因此，本发明提供了一种模拟装置，用以模拟全机风洞实验条件下，舵面操纵装置失效时，舵面在风洞中的运动轨迹，以此提供最接近真实飞机运行状态下的实验数据。

如图2所示，其中显示的是根据本发明的一个具体实施例的全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置的示意图，所述模拟装置包括一个舵面1，所述舵面1可以是襟副翼、升降舵、方向舵、前翼等，为便于理解，在以下说明中，可以将该舵面1想象成襟翼。舵面1通过第一转轴11和第二转轴12安装在飞行器模型的机翼2上，所述第一转轴11设置靠近飞行器模型的机身3一侧，所述第二转轴12设置远离飞行器模型的机身3一侧。

实际上，第一转轴11和第二转轴12可以是同一个轴，本发明中将其称为第一转轴11和第二转轴12实际上是为了便于区分这同一个轴的两端罢了。

为了将舵面1支撑在机翼2上，并模拟舵面1的运行轨迹，在机翼2中对应设置有一个第一滑轨21和一个第二滑轨22。其中，第一滑轨21对应于第一转轴11，第二滑轨22对应于第二转轴12。第一转轴11以及第二转轴12上均设置有轴承13，这些轴承的内圈与第一转轴11和第二转轴12固定连接，外圈卡在第一滑轨21和第二滑轨22中并可沿着所述滑轨21、22自由滑动。

为了保证第一转轴11和第二转轴12不变形，试验时舵面1不剧烈抖动，支撑转轴的轴承可以采用摩檫力矩十分小的高精度滚珠微型轴承，这些轴承可以采用非密封的形式，使用煤油或汽油润滑，这样可以减小摩檫力。

第一滑轨21和第二滑轨22分别设置于舵面1的两侧，将舵面1夹持在当中。第一滑轨21和第二滑轨22的结构完全相同。第一滑轨21和第二滑轨22的形状与舵面1的实际运行轨迹吻合。也就是说，当第一转轴11和第二转轴12的轴承13沿着第一滑轨21和第二滑轨22运动时，带动舵面1运行的轨迹就是其实际的运行轨迹。

另外，由于舵面1是依靠轴承13与第一滑轨21和第二滑轨22连接的，因此，当舵面1处于失效状态时，也就是舵面1的操纵装置失效的状态下，舵面1会在风洞中处于自由摆动的状态，除了很小一点轴承摩擦力之外，第一滑轨21和第二滑轨22基本上不会对第一转轴11和第二转轴12施加任何作用力，因而可以完整模拟舵面操纵装置失效的状态。

当然，本领域技术人员应当理解，对于舵面较长的情况，为了防止受到气动载荷变形，舵面可以采用多个轴承进行支撑，例如可以在舵面1的中部设置相应的轴承以及第三滑轨（图中未示出），以使该轴承沿所述第三滑轨自由滑动，第三滑轨与第一滑轨21、第二滑轨22的结构完全相同，且其形状与舵面1的实际运行轨迹吻合。

进一步的，还可以在第一转轴11或者第二转轴12伸出第一滑轨21和第二滑轨22的端部设置额外的操纵结构（图中未示出），用以模拟舵面1卡死的状态。例如，当舵面操纵装置失效时，很多时候舵面1并非是毫无约束随风摆动的，大多时候都是由于某些机械故障而卡死了。因此，本发明利用上述滑轨21、22可以模拟舵面操纵装置完全失效的状态，还可以通过附加的操纵结构将舵面1固定于滑轨21、22的某个位置，或者还可以将舵面1固定于某种偏转角度，用以模拟舵面卡死的状态，以获得更加全面的全机风动实验数据。所述操纵结构可以是简单的连杆结构，或者可以任何一种设置于机翼2中的卡锁结构，只要能够将舵面1进行固定定位即可。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置，用以模拟全机风洞实验条件下，舵面操纵装置失效时的运动轨迹，其特征在于，所述全机风洞实验舵面操纵装置失效模拟装置包括一个舵面，所述舵面通过第一转轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；在所述机翼中对应设置有一个第一滑轨和一个第二滑轨，所述第一滑轨对应于所述第一转轴，所述第二滑轨对应于所述第二转轴，所述第一转轴以及第二转轴上均设置有轴承，这些轴承的内圈与所述第一转轴和第二转轴固定连接，外圈卡在所述第一滑轨和第二滑轨中并可沿着所述滑轨自由滑动。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一滑轨和第二滑轨分别设置于所述舵面的两侧，将所述舵面夹持在当中。

3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一滑轨和第二滑轨的结构完全相同。

4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一滑轨和第二滑轨的形状与所述舵面的实际运行轨迹吻合。

5.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述舵面的中部设置相应的轴承以及第三滑轨，以使该轴承沿所述第三滑轨自由滑动，所述第三滑轨与第一滑轨、第二滑轨的结构完全相同，且其形状与所述舵面的实际运行轨迹吻合。

6.根据权利要求1-5之一所述的模拟装置，其特征在于，所述第一转轴或者第二转轴伸出所述第一滑轨和第二滑轨的端部设置有额外的操纵结构，用以模拟所述舵面卡死的状态；所述操纵结构可将舵面固定于滑轨的某个位置，或者还可将所述舵面固定于某种偏转角度。