CN103926049B - 高速风洞舵翼面气动弹性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其包括保护机构、支撑机构、反射板、支撑挡板、底座、和底面平台；保护机构配置于支撑机构的前方，保护机构主要包括保护罩、导轨和汽缸，汽缸固定在底座的下部，底座以能够前后调整位置的方式安装在底面平台上，保护罩以能够上下运动的方式与气缸和导轨相连；支撑机构固定在底座上，用于支撑模型；反射板通过支撑挡板配置于模型的根部，反射板上具有与保护罩和模型相配的开口，以使反射板与保护罩和模型不相接触。本发明可以用于在高速风洞中开展舵翼面气动弹性试验研究。本发明的保护机构用来保护模型以免其受到风洞流场冲击，在模型振动幅度较大时能够防止模型振动破坏。

Description

高速风洞舵翼面气动弹性试验装置

技术领域

本发明涉及一种在高速风洞中对舵面和翼面进行气动弹性试验的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置。

背景技术

飞行器设计过程中需避免在其飞行包线内出现颤振。对于这类问题，风洞试验是必不可少的研究手段。通过风洞试验可以完成气动外形、结构设计等气动弹性特性评估，确定飞行器及其部件的颤振边界。

目前国内主要开展有低速、亚跨声速风洞气动弹性试验，超声速风洞气动弹性试验开展较少，尚未研制出高超声速风洞气动弹性试验装置。其试验装置设计难点主要在于：

1)超声速、高超声速风洞启动动压为正常动压2～3倍。较高的冲击动压会破坏模型及试验机构，需要采取措施防止模型及试验机构受到风洞冲击破坏；2)气动弹性试验有模型破坏的风险，在模型振幅较大时需及时保护模型；3)需要配套模型激励机构；4)风洞试验段空间较小，试验装置需设计紧凑且满足阻塞度要求；5)试验机构频率、间隙不能影响舵面、翼面支撑边界调节和结构动力学特性。

传统高速风洞试验采用插入机构以使模型避免启动动压冲击，其缺点在于：1)占用空间大，需对现有风洞洞体进行改造，成本高；2)反应速度慢，且属于风洞运转控制系统，较难与模型系统联合控制实现试验保护自动化；3)插入机构的间隙、支撑刚度会影响到模型支撑边界条件和结构动力学特性。

本发明有效解决了上述五项试验装置设计难点，避免了采用插入机构带来的问题，给出了在超声速、高超声速风洞中开展舵面、翼面气动弹性试验的试验装置解决方案。

发明内容

本发明设计了一种可用于在现有超声速、高超声速风洞中开展舵/翼面模型气动弹性试验研究的试验装置，该装置具备模型保护、模型支撑、模型激励的功能，同时可以提供翼面根部固支和舵面弯曲/扭转两自由度支撑的支撑边界条件。克服了采用插入机构安装弹性模型带来的保护速度慢、间隙和支撑刚度干扰等缺点。

本发明的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置包括保护机构、支撑机构、反射板、支撑挡板、底座、和底面平台；所述保护机构配置于所述支撑机构的前方，所述保护机构包括保护罩、导轨和汽缸，所述汽缸固定在所述底座的下部，所述底座以能够前后调整位置的方式安装在所述底面平台上，所述保护罩以能够上下运动的方式与所述汽缸和所述导轨相连；所述支撑机构固定在所述底座上，用于支撑模型；所述反射板通过所述支撑挡板配置于所述模型的根部，所述反射板上具有与所述保护罩和所述模型相配的开口。以使所述反射板与所述保护罩、所述模型两者都不相接触。

优选所述保护罩截面为“V”形或类“V”形，前端夹角为锐角。

优选所述模型为舵面模型，所述支撑机构以舵轴支撑的方式支撑所述舵面模型。

优选所述模型为翼面模型，所述支撑机构以根部固支的方式支撑所述翼面模型。

优选所述反射板、所述支撑挡板和所述底座彼此间采用螺钉连接，构成密闭空腔，所述保护罩、所述导轨以及所述支撑机构均配置于所述密闭空腔中。

本发明与现有技术相比的优点如下：

(1)采用“V”形保护罩罩住模型的方式使模型与风洞流场相隔离，模型区域动压大幅下降从而实现模型保护；

(2)将保护机构(除汽缸)与模型支座封装在支撑挡板和反射板内，结构紧凑，流场阻塞小；

(3)保护机构由保护罩、汽缸和导轨组成，结构紧凑，且与模型无直接支撑关系，不会影响模型支撑频率；

(4)保护机构采用汽缸驱动，反应速度比常用风洞插入机构快；

(5)保护罩与导轨滑块连接沿导轨运动，运动精度高，负载大，不会卡死；

(6)保护罩采用“V”形或类“V”截面，超声速、高超声速情况下前部产生斜激波，阻力相对较小；

(7)采用适当延长截面后缘长度的类“V”截面保护罩可增加保护区域；

(8)试验装置安装于底座上，底座安放在底面平台上，底面平台安装固定在风洞洞体内，底面平台面有两条滑轨槽以便安装时实验装置可沿流场方向前后移动调整安装位置。

附图说明

图1为高速风洞舵翼面气动弹性试验装置示意图。

图2为高速风洞舵翼面气动弹性试验装置侧视局部剖面图。

图3为导轨及滑块、汽缸、汽缸接头、模型支座位置关系图。

图4为保护机构局部安装示意图。

具体实施方式

图1为高速风洞舵翼面气动弹性试验装置示意图，图中1为模型(为舵面模型或翼面模型)，2为“V”保护罩，3为反射板，4为支撑挡板，5为导轨，6为底座，7为底面平台，8为汽缸，9为模型支座，10为导轨滑块，11汽缸接头。

如图1、2所示，模型1(为舵面模型或翼面模型)安装在模型支座9上，通过在模型支座9上安装不同的夹具实现舵面模型1的舵轴支撑形式或者翼面模型1的根部固支形式，以下，以舵面模型为例进行说明。

舵面模型1不与反射板3连接且与反射板3之间留有合适的间隙。反射板3为舵面模型1提供根部流场环境，且与支撑挡板4、底座6构成密闭空腔，“V”形保护罩2、汽缸8和导轨5等构成模型的保护机构，如图1和图2所示，“V”形保护罩2的截面的前部呈“V”，前端夹角为锐角。也可采用类“V”形，这样在超声速、高超声速情况下，保护罩的前部产生斜激波，阻力相对较小，能够更好地对模型进行保护。“V”形保护罩2的截面的后部，以平行于模型的方式适当地延伸，可以起到扩大保护范围的作用。如图3、4所示，保护机构以不相接触的方式配置于模型支座9的前方附近，所谓前方是指进行风洞试验时来流的方向。保护机构(除汽缸8外)和模型支座9被封装在密闭空腔内而与外部流场隔离。反射板3开有与“V”形保护罩2相配的开口以便保护罩伸出。反射板3开有供舵面模型1伸出的开口，可根据实际情况加工不同开口尺寸的反射板以适配不同的模型1。

如图3、4所示，汽缸8通过法兰盘安装固定在底座6上，汽缸8的导杆通过汽缸接头11与“V”形保护罩2采用螺钉连接。“V”形保护罩2底部侧面与安装在导轨5上的导轨滑块10通过螺钉连接。底座6安放在底面平台7的两条滑轨槽上，以便安装时实验装置可沿流场方向前后移动调整安装位置。底面平台7上留有开口以便安装在底座6上的汽缸8伸出及适当的位置调整，底面平台7安装固定在风洞洞体内。

安装时先将底面平台7通过螺钉安装固定在风洞驻室底部洞体上；其次将底座6、汽缸8、根据试验的模型所选定的模型支座9、导轨5、导轨滑块10、汽缸接头11组装好(螺钉连接)并安放于底面平台7上且通过螺栓将底座6与底面平台7连接；然后分别将“V”形保护罩2、舵面模型1通过螺钉安装在模型支座9上；然后将支撑挡板4扣上并通过螺钉连接在底座6上；最后安装反射板3，通过螺钉与支撑挡板4连接。

换装模型时按顺序拆除反射板3、支撑挡板4、舵面模型1；安装时按顺序安装舵面模型1、支撑挡板4、反射板3。

当模型1需要保护时，汽缸8推动“V”形保护罩2沿着导轨5向上滑动，从反射板3的“V”形开口处弹伸出一定高度以使“V”形保护罩2后面的舵面模型1局部动压降低，达到保护效果。停止保护时，反向驱动汽缸8，拉动“V”形保护罩2沿导轨5向下滑动至“V”形保护罩2顶端与反射板3齐平。“V”形保护罩2的连接方式不限于此，也可以采用其他的连接方式，只要能够使“V”形保护罩2在需要进行保护时升起即可。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，特征在于：包括保护机构、支撑机构、反射板、支撑挡板、底座、和底面平台；所述保护机构配置于所述支撑机构的前方，所述保护机构包括保护罩、导轨和汽缸，所述汽缸固定在所述底座的下部，所述底座以能够前后调整位置的方式安装在所述底面平台上，所述保护罩以能够上下运动的方式与所述汽缸和所述导轨相连；所述支撑机构固定在所述底座上，用于支撑模型；所述反射板通过所述支撑挡板配置于所述模型的根部，所述反射板上具有与所述保护罩和所述模型相配的开口，以使所述反射板与所述保护罩、所述模型两者都不相接触。

2.根据权利要求1所述的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其特征在于：所述保护罩截面为“V”形或类“V”形，前端夹角为锐角。

3.根据权利要求1或2所述的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其特征在于：所述模型为舵面模型，所述支撑机构以舵轴支撑的方式支撑所述舵面模型。

4.根据权利要求1或2所述的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其特征在于：所述模型为翼面模型，所述支撑机构以根部固支的方式支撑所述翼面模型。

5.根据权利要求1或2所述的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其特征在于：所述反射板、所述支撑挡板和所述底座彼此间采用螺钉连接，构成密闭空腔，所述保护罩、所述导轨以及所述支撑机构均配置于所述密闭空腔中。

6.根据权利要求1或2所述的高速风洞舵翼面气动弹性试验装置，其特征在于：所述汽缸通过法兰盘安装固定在所述底座上，所述汽缸的导杆通过所述汽缸的接头与所述保护罩以螺钉相连接，所述保护罩的底部侧面与安装在所述导轨上的导轨滑块以螺钉相连接。