CN106168530B - 一种风洞试验平台倾角机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框(12)、力矩电机(15)及滑轨(16)和滑块(17)，旋翼安装框(12)活动连接在台架(1)上，滑轨(16)与台架(1)固定连接，滑块(17)与旋翼安装框(12)固定连接；当力矩电机(15)控制旋翼安装框(12)相对于台架(1)转动或停止时，滑块(17)在滑轨(16)限定范围内相对于滑轨(16)与旋翼安装框(12)同步运动或停止。本发明可容易地实现旋翼的倾角变化，从而方便对刚性旋翼在不同旋翼主轴倾角情况下的气动特性进行研究，可辅助开展共轴刚性旋翼直升机机动飞行情况下气动特性研究和不同固定主轴倾角下气动性能对比研究，具有结构简单、制作成本低等突出优点。

Description

一种风洞试验平台倾角机构

技术领域

本发明涉及旋翼风洞试验技术领域，尤其是涉及研究共轴刚性旋翼在不同旋翼主轴倾角情况下气动特性的一种风洞试验平台倾角机构。

背景技术

目前的常规构型直升机由于气动力的不足，使得其速度难以提升。而采用前行桨叶概念和尾部推进装置等多种先进技术设计的高速直升机突破了常规构型直升机的前飞速度极限，其最大巡航速度已达到常规构型直升机的1.5倍。

与国外相比，国内对于共轴刚性旋翼高速直升机的研究尚处于起步阶段，对该构型直升机的全新旋翼气动特性理解不深，其中包括不同主轴倾角变化频率情况下的动态特性和不同主轴固定倾角情况下的静态特性等。风洞试验是了解、掌握共轴刚性旋翼高速直升机的复杂气动特性的经济高效手段，通过风洞试验，可以模拟共轴刚性旋翼高速直升机机动飞行情况下的流场环境和对比分析不同固定主轴倾角情况下共轴直升机的气动特性。因此，基于已有的直升机共轴反转旋翼风洞试验平台，设计专用的风洞试验平台倾角机构，是有效开展共轴刚性旋翼不同主轴倾角情况下的气动特性研究的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种风洞试验平台倾角机构，以便通过旋翼主轴的倾角变化来研究刚性旋翼在不同旋翼主轴倾角情况下的气动特性。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框、力矩电机以及滑轨和滑块，所述旋翼安装框活动连接在台架上，所述滑轨与台架固定连接，所述滑块与旋翼安装框固定连接；当所述力矩电机控制旋翼安装框相对于台架转动或者停止时，所述滑块在滑轨限定范围内相对于滑轨与旋翼安装框同步运动或者同步停止。

优选地，所述的滑轨和/或滑块是永磁铁，且所述滑块与滑轨之间通过磁力形成相互吸附作用。

优选地，所述的滑轨和/或滑块是电磁铁，且当所述力矩电机控制旋翼安装框相对于台架停止时，所述滑块与滑轨之间通过磁力形成相互吸附作用。

优选地，所述的滑块在滑轨限定范围内相对于滑轨运动时，所述滑块与滑轨之间形成滑动摩擦。

优选地，所述滑块底部安装滚轮，当滑块在滑轨限定范围内相对于滑轨运动时，所述滑块通过滚轮与滑轨之间形成滚动摩擦。

优选地，所述滑轨上形成U形滑槽，所述滑块与U形滑槽之间形成间隙配合。

优选地，所述的旋翼安装框上安装有动力分解器和两副旋翼驱动机构，所述的两副旋翼驱动机构分别位于动力分解器的相对两侧，每一副旋翼驱动机构包括角减速器、旋翼减速器和旋翼主轴；所述动力分解器通过两根第一传动轴分别驱动角减速器同步动作，所述角减速器通过第二传动轴驱动旋翼减速器同步动作，所述旋翼减速器驱动旋翼主轴相对于旋翼安装框同步动作。

优选地，所述的动力分解器包括第一锥形齿轮、第二锥形齿轮和第三锥形齿轮，所述第二锥形齿轮、第三锥形齿轮分别位于第一锥形齿轮的相对两侧且分别与第一锥形齿轮啮合传动。

优选地，所述的角减速器包括相互啮合传动的第四锥形齿轮和第五锥形齿轮，所述第四锥形齿轮与第一传动轴固定连接，所述第五锥形齿轮与第二传动轴固定连接。

优选地，所述旋翼减速器包括相互啮合传动的第六锥形齿轮和第七锥形齿轮，所述的第六锥形齿轮与第二传动轴固定连接，所述第七锥形齿轮与旋翼主轴固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过力矩电机来控制旋翼安装框相对于台架转动或者停止，与此相应的是，滑块在滑轨限定范围内相对于滑轨与旋翼安装框同步运动或者同步停止，且滑块能有效约束旋翼安装框的运动方式，由于旋翼主轴是安装在旋翼安装框上，因此，旋翼安装框相对于台架转动或者停止时，也使得旋翼主轴的倾角发生变化，通过旋翼主轴的倾角变化，可以方便地对刚性旋翼在不同旋翼主轴倾角情况下的气动特性进行研究。本发明结构简单，易于实现，制作成本低，可辅助开展共轴刚性旋翼直升机机动飞行情况下的气动特性研究和不同固定主轴倾角下的气动性能对比研究。

附图说明

图1为本发明一种风洞试验平台倾角机构的立体构造图。

图2为图1中的磁力滑块与滑轨配合关系示意图。

图3为本发明一种风洞试验平台倾角机构的主视图。

图4为风洞试验平台的传动轴路结构示意图。

图5为风洞试验平台的传动原理示意图。

图中标记：1-台架，2-动力分解器，3-转轴支座，4-主电机，5-传动轴支座，6-第一传动轴，7-角减速器，8-第二传动轴，9-旋翼减速器，10-旋翼主轴，11-旋翼，12-旋翼安装框，13-右转轴，14-风洞，15-力矩电机，16-滑轨，17-滑块，21-第一锥形齿轮，22-第二锥形齿轮，23-第三锥形齿轮，24-左转轴，31-第一轴承，40-主传动轴，51-第二轴承，71-第四锥形齿轮，72-第五锥形齿轮，91-第六锥形齿轮，92-第七锥形齿轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图3所示的风洞试验平台，包括动力分解器2、旋翼安装框12和两副旋翼驱动机构，所述的两副旋翼驱动机构均安装在旋翼安装框12上，且分别位于动力分解器2的相对两侧，每一副旋翼驱动机构包括角减速器7、旋翼减速器9和旋翼主轴10。所述的旋翼安装框12是矩形框，其相对两侧分别固定连接左转轴24、右转轴13，在旋翼安装框12内部的相对两侧安装有两根相对的旋翼主轴10，所述的左转轴24、右转轴13分别与对应的转轴支座3之间通过第一轴承31组成活动连接结构，如图5所示，所述的两个转轴支座3分别固定连接在U形结构的台架1上，所述的动力分解器2包括第一锥形齿轮21、第二锥形齿轮22和第三锥形齿轮23，所述第二锥形齿轮22、第三锥形齿轮23分别位于第一锥形齿轮21的相对两侧且分别与第一锥形齿轮21啮合传动。采用这样的结构设计，可以使旋翼安装框12的重力通过动力分解器2传到台架1上，以避免动力分解器2中的齿轮承受额外的载荷。

如图5所示，所述的第一锥形齿轮21与主传动轴40一端固定连接，所述主传动轴40另一端与主电机4输出端连接，所述主电机4固定安装在台架1上，并通过主传动轴40驱动第一锥形齿轮21作旋转运动，以对动力分解器2提供输入动力。优选地，在主电机4与主传动轴40之间可以设置弹性联轴节，以有效地提高试验平台轴系的动态性能，减小试验平台的振动。所述的角减速器7包括相互啮合传动的第四锥形齿轮71和第五锥形齿轮72，所述第四锥形齿轮71与第一传动轴6固定连接，所述第五锥形齿轮72与第二传动轴8固定连接。所述的旋翼减速器9包括相互啮合传动的第六锥形齿轮91和第七锥形齿轮92，所述的第六锥形齿轮91与第二传动轴8固定连接，所述第七锥形齿轮92与旋翼主轴10固定连接。其中，所述的角减速器7、旋翼减速器9均由两个锥形齿轮啮合构成，以实现减速和动力传输时的换向功能。

当进行双旋翼风洞试验时，在两根旋翼主轴10的末端分别固定安装旋翼11，且使这两副旋翼11与风洞14相对，如图4所示，由同一主电机4向动力分解器2输入动力，经动力分解器2分解成上、下两路动力，再分别经两根第一传动轴6输出至上、下角减速器7，以分别驱动两套角减速器7同步动作，所述角减速器7分别通过两根第二传动轴8向与之对应的旋翼减速器9输出动力，以驱动两套旋翼减速器9同步动作，最后，由两套旋翼减速器9分别驱动两根旋翼主轴10分别相对于旋翼安装框12同步旋转运动，最后实现了上、下两副旋翼11的同步、反向转动，且上、下两副旋翼11的参考桨叶的初始相位相对恒定，上、下两副旋翼11的方位角同步，即上层的旋翼11的参考桨叶到达某一方位角时，下层的旋翼11的参考桨叶的方位角必定为固定的某一值。当上述的两副旋翼驱动机构的几何参数相同时，经相同的动力传动轴路传动后，能确保上、下两副旋翼11的同步、反向、同速转动。此时，由于仅有两副旋翼11和部分旋翼主轴10处于风洞14的流场中，其他部件均处于风洞14流场以外，如图3所示。因此，在风洞试验时能保持较低的风洞阻塞度，对流场干扰也较小，从而使风洞试验结果具有较高的真实性、可靠性。

为了保证两副旋翼驱动机构的传动稳定性、可靠性，如图1、图3、图5所示，可以在动力分解器2与角减速器7之间增加设置传动轴支座5，所述传动轴支座5固定安装在旋翼安装框12上，所述第一传动轴6与传动轴支座5之间通过第二轴承51组成活动连接结构。另外，在角减速器7与旋翼减速器9之间也可以增加设置传动轴支座5，所述传动轴支座5固定安装在旋翼安装框12上，所述第二传动轴8与传动轴支座5之间通过第二轴承51组成活动连接结构。优选地，所述的第二轴承51可以采用深沟球轴承，所述的第一轴承31可以采用关节轴承。由于关节轴承具有支撑刚度高、阻尼特性好的优点，因此，第一轴承31采用关节轴承可以径向固定旋翼安装框12并自动调心。

需要说明的是，可以在旋翼安装框12上固定安装有保护桁架，所述的保护桁架包覆第一传动轴6、第二传动轴8，以提高风洞试验平台使用时的安全性。另外，在旋翼安装框12上还可以增加设置供油油路，通常，所述供油油路上方设置进油口，下方设置出油口，通过供油油路可以分别向动力分解器2、角减速器7、旋翼减速器9喷出润滑油，以对动力分解器2、角减速器7、旋翼减速器9中的齿轮进行润滑、油冷，有利于提高风洞试验平台的使用寿命。

为了方便地对刚性旋翼11在旋翼主轴10不同倾角情况下的气动特性进行研究，可以在上述风洞试验平台的基础上增加设置倾角机构。

实施方式1

如图1、图3所示的风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框12、力矩电机15以及滑轨16和滑块17，所述旋翼安装框12通过左转轴24、右转轴13分别与转轴支座3形成相对转动连接而活动连接在台架1上，所述滑轨16与台架1之间固定连接，所述滑块17与旋翼安装框12固定连接。在台架1的左立柱上固定安装主电机4，所述主电机4驱动位于旋翼安装框12内的旋翼11同步反转，在台架1的右立柱上固定安装力矩电机15，所述力矩电机15通过右转轴13驱动旋翼安装框12相对于台架1摆动，所述主电机4输出轴轴线与力矩电机15输出轴轴线重合，且旋翼安装框12绕这一输出轴轴线摆动。

所述的滑轨16、滑块17可以采用永磁铁，其中的滑轨16为圆弧形结构，其与滑块17之间通过磁力形成相互吸附作用，如图2所示。当滑块17在滑轨16限定范围内相对于滑轨16运动时，所述滑块17与滑轨16之间形成滑动摩擦。优选地，所述滑轨16上形成U形滑槽，所述滑块17与U形滑槽之间形成间隙配合，通过滑轨16上的U形滑槽可以更好地限定滑块17的运动轨迹，从而保证旋翼安装框12相对于台架1稳定摆动。

所述的力矩电机15驱动风洞试验平台的旋翼安装框12相对于台架1且绕力矩电机15输出轴轴线转动，从而改变固连于旋翼安装框12上的旋翼主轴10的倾角。由于力矩电机15可输出不同变化频率的力矩，从而可以实现不同频率的旋翼主轴10的倾角变化，所述力矩电机15也可驱动旋翼主轴10产生不同的固定倾角，从而可以实现固定在某一特定的倾角。因此，利用本发明不仅可实现共轴双旋翼不同频率的主轴倾角变化，用于模拟共轴刚性旋翼直升机机动飞行时的流场坏境，还可用于研究其固定主轴倾角时的气动特性。

当进行动态试验时，磁力滑块17在滑轨16限定范围内相对于滑轨16滑动，且与旋翼安装框12同步运动，以约束动态试验时的旋翼安装框12的横向运动；当进行不同主轴倾角的静态试验时，磁力滑块17吸附在滑轨16上，此时，所述滑块17在滑轨16限定范围内相对于滑轨16处于静止状态，即滑块17与旋翼安装框12之间同步停止，从而可以避免旋翼安装框12在风载作用下摆动。所述的旋翼安装框12转动时，应当尽量避免旋翼安装框12上、下边沿进入开口风洞14的流场中，如果旋翼主轴10的倾角变化范围较大，可通过增加旋翼安装框12上、下边沿的高度，使其边框不进入风洞14流场，以避免旋翼安装框12上、下边沿干扰流场。

实施方式2

与实施方式1相比，所述的滑轨16、滑块17采用的是电磁铁，并且，当力矩电机15控制旋翼安装框12相对于台架1停止动作时，所述的滑块17与滑轨16之间通过磁力形成相互吸附作用。当力矩电机15控制旋翼安装框12相对于台架1开始动作时，所述滑块17与滑轨16之间的电磁引力解除，以便使滑块17与滑轨16之间的相对运动更加顺畅。其他同实施方式1。

所述滑轨16、滑块17采用电磁铁之后，通过对其断电，即可解除滑轨16与滑块17之间的磁力吸附，以减少力矩电机15的能量消耗，因此，与实施方式1相比，更加有利于提高节能降耗水平。

实施方式3

与实施方式1、实施方式2相比，所述滑块17底部安装滚轮，当滑块17在滑轨16限定范围内相对于滑轨16运动时，所述滑块17通过滚轮与滑轨16之间形成滚动摩擦。其他同实施方式1、2。

与实施方式1、2相比，由于滑块17通过滚轮与滑轨16之间形成了滚动摩擦，因此，与滑动摩擦相比，摩擦损耗更低，从而不仅使滑块17与滑轨16之间的相对运动更加顺畅，而且更有利于提高节能降耗水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：包括旋翼安装框(12)、力矩电机(15)以及滑轨(16)和滑块(17)，所述旋翼安装框(12)活动连接在台架(1)上，所述滑轨(16)与台架(1)固定连接，所述滑块(17)与旋翼安装框(12)固定连接；当所述力矩电机(15)控制旋翼安装框(12)相对于台架(1)转动或者停止时，所述滑块(17)在滑轨(16)限定范围内相对于滑轨(16)与旋翼安装框(12)同步运动或者同步停止。

2.根据权利要求1所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的滑轨(16)和/或滑块(17)是永磁铁，且所述滑块(17)与滑轨(16)之间通过磁力形成相互吸附作用。

3.根据权利要求1所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的滑轨(16)和/或滑块(17)是电磁铁，且当所述力矩电机(15)控制旋翼安装框(12)相对于台架(1)停止时，所述滑块(17)与滑轨(16)之间通过磁力形成相互吸附作用。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的滑块(17)在滑轨(16)限定范围内相对于滑轨(16)运动时，所述滑块(17)与滑轨(16)之间形成滑动摩擦。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述滑块(17)底部安装滚轮，当滑块(17)在滑轨(16)限定范围内相对于滑轨(16)运动时，所述滑块(17)通过滚轮与滑轨(16)之间形成滚动摩擦。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述滑轨(16)上形成U形滑槽，所述滑块(17)与U形滑槽之间形成间隙配合。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的旋翼安装框(12)上安装有动力分解器(2)和两副旋翼驱动机构，所述的两副旋翼驱动机构分别位于动力分解器(2)的相对两侧，每一副旋翼驱动机构包括角减速器(7)、旋翼减速器(9)和旋翼主轴(10)；所述动力分解器(2)通过两根第一传动轴(6)分别驱动角减速器(7)同步动作，所述角减速器(7)通过第二传动轴(8)驱动旋翼减速器(9)同步动作，所述旋翼减速器(9)驱动旋翼主轴(10)相对于旋翼安装框(12)同步动作。

8.根据权利要求7所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的动力分解器(2)包括第一锥形齿轮(21)、第二锥形齿轮(22)和第三锥形齿轮(23)，所述第二锥形齿轮(22)、第三锥形齿轮(23)分别位于第一锥形齿轮(21)的相对两侧且分别与第一锥形齿轮(21)啮合传动。

9.根据权利要求7所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述的角减速器(7)包括相互啮合传动的第四锥形齿轮(71)和第五锥形齿轮(72)，所述第四锥形齿轮(71)与第一传动轴(6)固定连接，所述第五锥形齿轮(72)与第二传动轴(8)固定连接。

10.根据权利要求7所述的一种风洞试验平台倾角机构，其特征在于：所述旋翼减速器(9)包括相互啮合传动的第六锥形齿轮(91)和第七锥形齿轮(92)，所述的第六锥形齿轮(91)与第二传动轴(8)固定连接，所述第七锥形齿轮(92)与旋翼主轴(10)固定连接。