CN103954426A - 一种旋翼动态试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋翼动态试验装置，包括模型旋翼系统、俯仰运动模拟机构、滚转运动模拟机构、航向转动模拟机构、xyz轴平移装置和实验附属装置。本发明使用七台独立控制的伺服电机，分别驱动纵向、侧向、横向直线运动和俯仰、滚转、航向转动运动及模型旋翼的转动。七部伺服电机均配备有独立的控制系统，在中央工控机的操纵下，六个自由度的运动规律和旋翼转速均可动态组合控制。可进行直升机动态机动飞行对旋翼气动、飞行力学和动力学等多方面影响的模型试验研究，并根据需要开展不同自由度间的运动组合试验。
Description
技术领域
本发明涉及航空试验平台领域，具体是一种旋翼动态试验装置。
背景技术
直升机旋翼桨叶的工作环境远比固定翼飞机机翼的工作环境复杂，尤其在动态机动飞行中，直升机的非定常运动导致旋翼尾涡响应滞后、几何形状产生复杂的动态畸变，改变桨盘入流分布特征，并且对旋翼附加由于机体运动所导致的惯性耦合，此时旋翼的非定常气动环境将发生显著变化，并导致旋翼产生比定常飞行状态更加复杂的动态特性，进一步增加了旋翼的气动和动力学分析难度。
针对直升机旋翼在动态机动飞行时的理论研究需要以实验验证作为检验,目前常规的直升机旋翼试验台主要用于开展悬停模拟试验,以及在风洞中模拟风速不变情况下的定常飞行吹风模拟试验，对于动态模拟试验能力存在不足，不具备变速运动试验模拟能力。
利用液压作动器设计的飞行模拟平台可以模拟直升机机体的三方向转动自由度运动，但由于液压作动行程的限制，并且各方向的运动存在非线性耦合，利用常规的飞行模拟平台对直线运动模拟时行程比较小，解耦困难，对姿态运动控制的难度比较高，运动模拟能力有限，为实现较大行程的运动模拟，试验设备体积也会比较大。
在开展直升机旋翼的动态机动模拟实验时，从单一自由度的运动模拟、若干个运动自由度的耦合模拟、直至空间六自由度运动的耦合模拟均具有需求，对于运动的控制精度需求和各自由度运动的解耦要求比较高，由于缺乏可以开展模拟直升机在空中运动对旋翼影响模拟研究的试验设备，需要借助真机开展试飞试验，提高了研究成本和风险，限制了开展基于高精度的旋翼非定常气动、飞行力学和多体动力学等先进理论方法的验证研究。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种具有独立的滚转，俯仰，偏航，升降，前后平移及侧移六个自由度的运动模拟能力, 在控制系统的操纵下，可以实现机体复杂运动的模拟的旋翼动态试验装置,用于开展机体动态机动对旋翼影响的试验研究。
本发明包括模型旋翼系统、俯仰运动模拟机构、滚转运动模拟机构、航向转动模拟机构、xyz轴平移装置和实验附属装置；
所述的航向转动模拟机构包括航向回转力臂和航向转动伺服电机，航向回转力臂通过航向转动伺服电机与xyz轴平移装置连接，航向回转力臂在航向转动伺服电机带动下绕z轴转动；
所述的滚转运动模拟机构包括相连的滚转伺服电机和滚转回转力臂，滚转伺服电机与航向回转力臂连接，滚转回转力臂在滚转伺服电机带动下自转；
所述的模型旋翼系统安装于滚转回转力臂上，包括模型旋翼、旋翼伺服电机，模型旋翼在旋翼伺服电机带动下转动；模型旋翼系统上装有实验附属装置；
所述的俯仰运动模拟机构安装于模型旋翼系统和滚转运动模拟机构之间，包括依次连接的俯仰伺服电机、俯仰液压缸及其顶杆和俯仰回转力臂，其中，俯仰伺服电机与滚转回转力臂连接，俯仰回转力臂与模型旋翼系统连接，俯仰伺服电机通过俯仰液压缸及其顶杆驱动俯仰回转力臂，实现模型旋翼系统作俯仰运动；
进一步改进，所述的航向回转力臂中开有凹槽，滚转伺服电机安装于航向回转力臂的凹槽中，所述的滚转回转力臂中开有凹槽，俯仰伺服电机安装于滚转回转力臂的凹槽中。通过凹槽设计，使整个系统的结构更加紧凑。
进一步改进，所述的xyz轴平移装置包括纵向直线运动模拟机构、侧向直线运动模拟机构和升降运动模拟机构；
所述的纵向直线运动模拟机构包括带滑轨的基础底板，滑轨上连接有带滑轨的纵向滑块，纵向滑块通过纵向丝杆与纵向伺服电机连接，纵向滑块在纵向伺服电机带动下沿基础底板的滑轨纵向运动；
所述的侧向直线运动模拟机构包括侧向运动滑块，侧向运动滑块通过侧向运动丝杆与侧向伺服电机连接，侧向运动滑块在侧向伺服电机带动下沿纵向滑块的滑轨侧向运动。
所述的升降运动模拟机构包括台架立柱和垂直运动立柱，台机立柱内装有垂直伺服电机，垂直伺服电机通过垂直丝杆与垂直运动立柱连接，垂直运动立柱与航向转动伺服电机连接，垂直运动立柱在垂直伺服电机带动下在台架立柱内做升降运动。
所述的实验附属装置包括测量采集装置和桨距控制装置。
本发明有益效果在于：
1、本发明使用七台独立控制的伺服电机，分别驱动纵向、侧向、横向直线运动和俯仰、滚转、航向转动运动及模型旋翼的转动。七部伺服电机均配备有独立的控制系统，在中央工控机的操纵下，六个自由度的运动规律和旋翼转速均可动态组合控制。可进行直升机动态机动飞行对旋翼气动、飞行力学和动力学等多方面影响的模型试验研究，并根据需要开展不同自由度间的运动组合试验。
2、结构紧凑,利用本动态试验装置的设计技术,可以广泛应用于在风洞中开展各类试验研究。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的后视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的立体图如图1所示，主视图、侧视图和后视图分别如图2、图3和图4所示。
在开展试验时，基础底板1固定在地面上，基础底板1上的纵向伺服电机3经过纵向丝杆2将动力传递至纵向滑块4，纵向滑块4沿导轨作前后直线运动，从而实现纵向的直线运动模拟。
安装在纵向运动滑块上的侧向伺服电机6经过侧向运动丝杆5将动力传递至侧向运动滑块7，侧向运动滑块7沿导轨作直线运动，从而实现侧向直线运动模拟。
通过安装在台架立柱8内部的垂直丝杆20将动力传递至垂向运动立柱9，顶推垂向运动立柱9在台架立柱8内沿垂直方向运动，从而实现垂向直线运动模拟。
旋翼动态试验装置的航向回转力臂11安装在垂直运动立柱9上，通过航向转动伺服电机10经减速器将动力通过齿轮传递至回转力臂上的齿盘，驱动齿盘带动航向回转力臂11转动，从而实现侧滑角的回转运动模拟。
通过滚转伺服电机13将动力传递至滚转力臂12，滚转力臂12带动模型旋翼18回转，从而实现滚转角的回转运动。
俯仰伺服电机16通过俯仰液压缸及其顶杆15驱动俯仰回转力臂，实现模型旋翼系统作俯仰运动；
模型旋翼18系统安装在俯仰运动力臂14上，由独立的旋翼伺服电机17驱动旋翼转动，模型旋翼系统上安装有实验附属装置19，包括天平集流环和自动倾斜器等测量与控制装置，用于控制旋翼的桨距及采集旋翼的动态测量信号。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种旋翼动态试验装置，其特征在于：包括模型旋翼系统、俯仰运动模拟机构、滚转运动模拟机构、航向转动模拟机构、xyz轴平移装置和实验附属装置（19）；
所述的航向转动模拟机构包括航向回转力臂（11）和航向转动伺服电机（10），航向回转力臂（11）通过航向转动伺服电机（10）与xyz轴平移装置连接，航向回转力臂（11在航向转动伺服电机（10）带动下绕z轴转动；
所述的滚转运动模拟机构包括相连的滚转伺服电机（13）和滚转回转力臂（12），滚转伺服电机（13）与航向回转力臂（11）连接，滚转回转力臂（12）在滚转伺服电机（13）带动下自转；
所述的模型旋翼系统安装于滚转回转力臂（12）上，包括模型旋翼（18）、旋翼伺服电机（17），模型旋翼（18）在旋翼伺服电机（17）带动下转动；模型旋翼系统上装有实验附属装置（19）；
所述的俯仰运动模拟机构安装于模型旋翼系统和滚转运动模拟机构之间，包括依次连接的俯仰伺服电机（16）、俯仰液压缸及其顶杆（15）和俯仰回转力臂（14），其中，俯仰伺服电机（16）与滚转回转力臂（12）连接，俯仰回转力臂（14）与模型旋翼系统连接，俯仰伺服电机（16）通过俯仰液压缸及其顶杆驱动俯仰回转力臂（14），实现模型旋翼系统作俯仰运动。
2.根据权利要求1所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的航向回转力臂（11）中开有凹槽，滚转伺服电机（13）安装于航向回转力臂（11）的凹槽中。
3.根据权利要求1所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的滚转回转力臂（12）中开有凹槽，俯仰伺服电机（16）安装于滚转回转力臂（12）的凹槽中。
4.根据权利要求1或2或3所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的xyz轴平移装置包括纵向直线运动模拟机构、侧向直线运动模拟机构和升降运动模拟机构。
5.根据权利要求4所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的纵向直线运动模拟机构包括带滑轨的基础底板（1），滑轨上连接有带滑轨的纵向滑块（4），纵向滑块（4）通过纵向丝杆（2）与纵向伺服电机（3）连接，纵向滑块（4）在纵向伺服电机带动下沿基础底板（1）的滑轨纵向运动。
6.根据权利要求5所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的侧向直线运动模拟机构包括侧向运动滑块（7），侧向运动滑块（7）通过侧向运动丝杆（5）与侧向伺服电机（6）连接，侧向运动滑块（7）在侧向伺服电机（6）带动下沿纵向滑块（4）的滑轨侧向运动。
7.根据权利要求6所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的升降运动模拟机构包括台架立柱（8）和垂直运动立柱（9），台机立柱（8）内装有垂直伺服电机，垂直伺服电机通过垂直丝杆（20）与垂直运动立柱（9）连接，垂直运动立柱（9）与航向转动伺服电机（10）连接，垂直运动立柱（9）在垂直伺服电机带动下在台架立柱（8）内做升降运动。
8.根据权利要求1或2或3所述的旋翼动态试验装置，其特征在于：所述的实验附属装置（19）包括测量采集装置和桨距控制装置。
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