CN104931223B - 一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，包括：限定出进气道唇口的固定部分和可动部分，可动部分的末端通过一枢轴枢接至进气道壁；丝杠；活动螺母；连杆，其一端连接至可动部分，另一端连接至活动螺母；旋转驱动机构，其驱动丝杠旋转，以使可动部分相对于枢轴转动，从而改变进气道唇口的角度；角度传感器；控制模块，其内预先建立有丝杠的旋转角度与进气道唇口的角度之间的对应关系，根据对应关系以及实时检测的丝杠的旋转角度，控制旋转驱动机构输出一定的旋转驱动力，从而使实时的进气道唇口角度达到指定值或依照指定的规律变化，实现闭环控制。本发明可获得进气道连续变唇口时的动态气动性能、进气道的自起动性能。

Description

一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置
技术领域
本发明涉及进气道风洞试验领域，尤其涉及一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置。
背景技术
进气道是冲压发动机的一个重要气动部件，其设计形式和参数对发动机的运行能力、工作性能均存在显著影响。高超声速进气道通常都采用定几何方案，在飞行过程中唇口角一般不再变化。而进气道实际飞行工作包线一般既包含较低马赫数，同时也包含较高马赫数。进气道自身固有的特性是其在低超声速时必须在较小的唇口角(即捕获面积小)下才能自起动，而在高超声速时则需要较大的唇口角(即捕获面积大)才能获得理想的流量和压缩性能。
如上所述进气道在低超声速时的起动性能和在高超声速时的捕获流量、压缩性能往往是一对矛盾，因此冲压进气道变唇口方案近年来成为设计者研究的热点问题。
在进气道试验领域，由于进气道模型进行了缩比，尺寸减小很多，往往设计成不同的固块形式来改变进气道的唇口，此方法只能阶梯改变有限个数的唇口角，每次吹风只能得到一个唇口角度下的进气道气动性能，造成极大的能源浪费；同时其无法获得连续变唇口角时进气道的动态特性，也就无法获得连续变唇口时进气道的自起动性能。
近年来也有设计者尝试在进气道上安装涡轮蜗杆组合电机，通过蜗杆的前后移动来推动唇口转动，但是这种直接驱动的方式有一些缺点，如驱动机构必须安装在唇口附近，这对进气道入口流场影响很大，使得试验结果不准确。另一方面此种方法无法安装角度传感器，即无法在试验过程中实时测量唇口角度，所以试验系统只能开环控制，无法实现闭环控制，其抗干扰能力差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，角度传感器通过测量丝杠转动来实时测量唇口角度，并且电机无需安装在唇口附近，安装位置灵活，对流场干扰小。
本发明的技术方案为：
一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，包括：
限定出所述进气道唇口的固定部分和可动部分，所述可动部分的末端通过一枢轴枢接至进气道壁；
丝杠；
活动螺母，其与所述丝杠螺纹配合，以可沿所述丝杠移动的方式套设于所述丝杠；
连杆，其一端连接至所述可动部分，另一端连接至所述活动螺母；
旋转驱动机构，其连接至所述丝杠的一端，驱动所述丝杠旋转，以使所述可动部分在所述连杆的带动下相对于所述枢轴转动，从而改变所述进气道唇口的角度；
角度传感器，其设置于所述丝杠的另一端，用于检测所述丝杠的旋转角度；
控制模块，其内预先建立有丝杠的旋转角度与进气道唇口的角度之间的对应关系；所述控制模块根据所述对应关系以及所述角度传感器实时检测的丝杠的旋转角度，控制所述旋转驱动机构输出一定的旋转驱动力，从而使实时的进气道唇口角度达到指定值或依照指定的规律变化。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述丝杠、所述连杆和所述旋转驱动机构设置在所述进气道的外侧。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述枢轴贯穿所述进气道壁，所述连杆的一端连接至所述枢轴。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述连杆包括首尾依次连接的第一杆部、第二杆部和第三杆部，所述第一杆部和所述第三杆部位于所述第二杆部的同侧，并均与所述第二杆部成一直角或钝角。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述第三杆部的尾部设置有长条形的贯通槽，所述活动螺母设置有突出部，所述突出部以可沿所述贯通槽长度方向滑动的方式设置于所述贯通槽内。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述旋转驱动机构包括依次连接的步进电机、减速器和联轴器，所述联轴器连接至所述丝杠。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述丝杠和所述旋转驱动机构位于所述进气道的下方，所述固定部分位于所述进气道的下方。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述旋转驱动机构通过支座固定在一底板上。
优选的是，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，还包括：测压系统，其设置于进气道内，用于检测在不同的进气道唇口角度下的进气道气动性能。
本发明的技术效果为：
(1)将角度传感器、电机、减速器等主要部件安装在底板上，减少了试验装置对进气道入口处流场的干扰作用，同时在底板两侧安装侧板，这也减小了气流对角度传感器、电机等测量和控制精度的影响。
(2)对因机械原因导致的误差进行建模分析，严格控制了主要误差源(如配合间隙、弯杆变形等)，提高了唇口角度的控制和采集精度。
(3)通过地面标定丝杠转动圈数与唇口角度之间的关系，拟合高阶函数公式，减小因标定公式带来的误差。
(4)通过角度传感器测量丝杠的角运动，可以实时换算成试验过程中的唇口角度，进而可以对唇口角度和气动性能实时同步采集。
(5)对唇口转动采用闭环控制的方式，具有抑制干扰的能力，并能改善系统的响应特性。
(6)可以获得进气道连续变唇口时的动态气动性能以及在精确唇口角度下的静态气动性能，一次吹风可以得到多个不同唇口角下的进气道气动特性。
附图说明
图1为一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参阅图1，本发明提供了一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，包括：限定出所述进气道唇口的固定部分13和可动部分1，所述可动部分的末端通过一枢轴12枢接至进气道壁；丝杠7；活动螺母6，其与所述丝杠螺纹配合，以可沿所述丝杠移动的方式套设于所述丝杠；连杆2，其一端连接至所述可动部分，另一端连接至所述活动螺母；旋转驱动机构，其连接至所述丝杠的一端，驱动所述丝杠旋转，以使所述可动部分在所述连杆的带动下相对于所述枢轴转动，从而改变所述进气道唇口的角度；角度传感器4，其设置于所述丝杠的另一端，用于检测所述丝杠的旋转角度；控制模块，其内预先建立有丝杠的旋转角度与进气道唇口的角度之间的对应关系；所述控制模块根据所述对应关系以及所述角度传感器实时检测的丝杠的旋转角度，控制所述旋转驱动机构输出一定的旋转驱动力，从而使实时的进气道唇口角度达到指定值或依照指定的规律变化。
在一个具体的实施方式中，如图1所示，本发明包括可动部分1、弯杆2(即连杆)、测压系统3、角度传感器4、支座5、活动螺母6、丝杠7、联轴器8、减速器9、步进电机10、底板11、枢轴12、固定部分13。角度传感器、活动螺母、丝杠、联轴器、减速器、步进电机等通过支座安装在底板之上；电机与减速器连接安装在支座上；减速器与联轴器相连，联轴器的另一端与丝杠相连；活动螺母安装在丝杠之上，通过丝杠的转动来驱动活动螺母前后移动；丝杠的另一端安装在支座的轴承上，角度传感器与丝杠相连，测量丝杠的转动；活动螺母的两侧凸耳(即突出部)插入弯杆的长槽之中，通过活动螺母的前后移动来推动弯杆绕转心转动，从而带动可动部分转动，进而改变唇口角(以下将进气道唇口的角度简称为唇口角)。
该试验系统可根据需求连续、阶梯调节进气道唇口角。第一步在地面标定角度传感器与唇口角之间的函数关系公式，其次将指定的唇口角度或唇口角连续运行范围输入到总控程序中，由计算机根据预先校准的公式，将唇口角度转换成步进电机的运行转数，然后由减速器、联轴器、丝杠、活动螺母、弯杆等系统将电机的转动转变为唇口的运动。在电机运行的同时，角度传感器实时记录丝杠旋转的圈数，通过事先标定的函数公式反算出实时的唇口角度，同时将实时的唇口角度反馈总控程序，总控程序根据反馈的唇口角度来调节电机，实现闭环控制。在采集唇口角度的同时，对测压系统进行同步采集，得到不同唇口角度下的进气道气动性能。
本发明中的控制模块可以是一个部分，也可以是分别设置于角度传感器和计算机上的两个部分，其中一部分实现丝杠的旋转角度和唇口角之间的换算，另一部分作为运行于计算机上的主控程序，用于实现唇口角和电机转数的换算，并控制电机工作。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述丝杠、所述连杆和所述旋转驱动机构设置在所述进气道的外侧，从而减少了试验装置对进气道入口处流场的干扰作用。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述枢轴贯穿所述进气道壁，所述连杆的一端连接至所述枢轴，以不干扰流场。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述连杆包括首尾依次连接的第一杆部、第二杆部和第三杆部，所述第一杆部和所述第三杆部位于所述第二杆部的同侧，并均与所述第二杆部成一直角或钝角。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述第三杆部的尾部设置有长条形的贯通槽14，所述活动螺母设置有突出部，所述突出部以可沿所述贯通槽长度方向滑动的方式设置于所述贯通槽内。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述旋转驱动机构包括依次连接的步进电机、减速器和联轴器，所述联轴器连接至所述丝杠。在电机后安装减速器，既提高了驱动力矩，也得到了合适的运转速度。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述丝杠和所述旋转驱动机构位于所述进气道的下方，所述固定部分位于所述进气道的下方。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，所述旋转驱动机构通过支座固定在一底板上。将角度传感器、电机、减速器等主要部件安装在底板上，减少了试验装置对进气道入口处流场的干扰作用，同时在底板两侧安装侧板，这也减小了气流对角度传感器、电机等测量和控制精度的影响。
优选地，所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置中，还包括：测压系统，其设置于进气道内，用于检测在不同的进气道唇口角度下的进气道气动性能。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，包括：
限定出所述进气道唇口的固定部分和可动部分，所述可动部分的末端通过一枢轴枢接至进气道壁；
丝杠；
活动螺母，其与所述丝杠螺纹配合，以可沿所述丝杠移动的方式套设于所述丝杠；
连杆，其一端连接至所述可动部分，另一端连接至所述活动螺母；
旋转驱动机构，其连接至所述丝杠的一端，驱动所述丝杠旋转，以使所述可动部分在所述连杆的带动下相对于所述枢轴转动，从而改变所述进气道唇口的角度；
角度传感器，其设置于所述丝杠的另一端，用于检测所述丝杠的旋转角度；
控制模块，其内预先建立有丝杠的旋转角度与进气道唇口的角度之间的对应关系；所述控制模块根据所述对应关系以及所述角度传感器实时检测的丝杠的旋转角度，控制所述旋转驱动机构输出一定的旋转驱动力，从而使实时的进气道唇口角度达到指定值或依照指定的规律变化，
所述丝杠和所述旋转驱动机构设置在所述进气道的下方的底板上，并在底板两侧安装侧板。
2.如权利要求1所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，所述丝杠、所述连杆和所述旋转驱动机构设置在所述进气道的外侧。
3.如权利要求2所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，所述枢轴贯穿所述进气道壁，所述连杆的一端连接至所述枢轴。
4.如权利要求1至3中任一项所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，所述连杆包括首尾依次连接的第一杆部、第二杆部和第三杆部，所述第一杆部和所述第三杆部位于所述第二杆部的同侧，并均与所述第二杆部成一直角或钝角。
5.如权利要求4所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，所述第三杆部的尾部设置有长条形的贯通槽，所述活动螺母设置有突出部，所述突出部以可沿所述贯通槽长度方向滑动的方式设置于所述贯通槽内。
6.如权利要求5所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括依次连接的步进电机、减速器和联轴器，所述联轴器连接至所述丝杠。
7.如权利要求1所述的可自动调节超燃进气道唇口张角的试验装置，其特征在于，还包括：
测压系统，其设置于进气道内，用于检测在不同的进气道唇口角度下的进气道气动性能。
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