CN106352925B - 一种力热环境舵面传动机构性能测定装置 - Google Patents

Abstract

一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，涉及航空航天高超声速飞行器热防护领域；包括摆动导杆扭轴式空气舵机构、加热装置、支反力模拟装置、扭矩传感器、过渡支座、扭矩施加装置、连接平台、隔热装置和舵机支座支撑；本发明实现了在一套装置中分别进行常温下力学环境中机构功能试验以及热环境中机构运动可靠性考核、热密封及热传导特性测定，提高了装置的使用率；并实现摆动导杆扭轴式机构整套系统运动过程中力热同时加载；同时，充分模拟舵面六分量力及舵面转动惯量，提高了测试结果的可靠性，可以针对不同型号的空气舵系统进行试验，提高装置的适用性。

Description

一种力热环境舵面传动机构性能测定装置

技术领域

本发明涉及一种航空航天高超声速飞行器热防护领域，特别是一种力热环境舵面传动机构性能测定装置。

背景技术

空气舵操纵机构是高超声速飞行器、再入飞行器重要组成部分，其主要功能为控制舵面偏转，实现飞行器航向的控制。

由于飞行速度高，飞行器舵面铰链力矩动态范围变化大，且热环境恶劣。在复杂的力热下，通过理论分析难以充分模拟机构系统性能，空气舵操纵机构系统的重要参数要通过试验测定。目前国内外对于力热环境下机构性能的测定，主要通过两个试验两套试验装置完成，分别为常温下只考虑力学环境的机构功能试验和只考虑热环境的运动可靠性考核、热密封及热传导特性测定，采用两项试验获得的结果未充分考虑力热环境的耦合效应，具有一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，实现了在一套装置中分别进行常温下力学环境中机构功能试验以及热环境中机构运动可靠性考核、热密封及热传导特性测定，提高了装置的使用率。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，包括摆动导杆扭轴式空气舵机构、加热装置、支反力模拟装置、扭矩传感器、过渡支座、扭矩施加装置、连接平台、隔热装置和舵机支座支撑；摆动导杆扭轴式空气舵机构、支反力模拟装置、扭矩传感器、过渡支座、扭矩施加装置和舵机支座支撑均固定安装在连接平台上表面；隔热装置竖直固定在连接平台的一端；加热装置水平固定安装在连接平台的外侧；支反力模拟装置、扭矩传感器、过渡支座和扭矩施加装置同轴固定安装；支反力模拟装置安装于扭轴式空气舵机构舵轴的下方，可以提供向上的支反力；摆动导杆扭轴式空气舵机构的一端通过扭矩传感器与扭矩施加装置同轴连接；扭矩传感器和扭矩施加装置之间固定安装有过渡支座；摆动导杆扭轴式空气舵机构的一端与舵机支座支撑固定连接。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，所述摆动导杆扭轴式空气舵机构包括舵机、舵机支座、摇臂、舵面、舵轴和轴承；其中，轴承固定安装在支反力模拟装置的轴向孔壁上；舵轴穿过支反力模拟装置与舵面固定连接；舵机的一端与舵机支座固定连接，另一端通过摇臂与舵轴固定连接。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，所述支反力模拟装置包括支反力模拟轴承、压力传感器、螺杆和连接支座；连接支座竖直方向设置有通孔；螺杆的一端沿轴向伸入通孔与连接支座固定连接，螺杆另一端与压力传感器固定连接；压力传感器固定安装在支反力轴承径向外壁；支反力轴承轴向为通孔结构，摆动导杆扭轴式空气舵机构穿过支反力轴承的轴向通孔。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，通过调节螺杆的长度调节支反力大小，支反力值通过压力传感器测量。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，所述扭矩施加装置包括旋转压块、钢板和滑动压块；其中旋转压块与摆动导杆扭轴式空气舵机构固定连接；钢板的一端与旋转压块固定连接；滑动压块固定安装在钢板的中间位置。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，摆动导杆扭轴式空气舵机构带动旋转压块轴向旋转，并带动钢板偏转，产生扭转力矩，通过调节滑动压块与旋转压块的距离实现钢板在相同转角下提供不同的力矩，通过扭矩传感器测量。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，所述加热装置采用石英灯辐射或石墨灯辐射进行加热，并与舵面保持同步偏转。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，支反力模拟装置与过渡支座同轴度低于±0.1mm。

在上述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，所述的连接平台上沿轴向设置有凸型槽；支反力模拟装置、扭矩传感器、过渡支座、扭矩施加装置、舵机支座支撑通过凸型槽，采用反向螺栓与连接平台固定连接，连接位置可沿凸型槽槽道方向调整。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过在机构舵轴采用弹簧钢板加力和在舵面采用辐射加热装置加热的并联加载方式，实现了摆动导杆扭轴式机构整套系统运动过程中力热同时加载；

(2)本发明装置采用的加力方案和加热方案分别施加于机构的不同位置，且拆卸方便，实现了在一套装置中在一次安装状态下分别进行常温下力学环境中机构功能试验以及热环境中机构运动可靠性考核、热密封及热传导特性测定，提高了装置的使用率；

(3)本发明装置的舵轴可以满足真实舵面安装接口的要求，同时可以通过支反力模拟装置实现真实载荷工况下舵轴处支反力的施加，实现了机构整套系统参与试验的要求，对试验机构未进行任何简化，可以充分模拟舵面六分量力及舵面转动惯量，提高了测试结果的可靠性；

(4)本发明通过凸型槽可移动的连接方式，针对多种不同型号的空气舵系统均可进行性能测试试验，提高装置的适用性。

附图说明

图1为本发明力热环境舵面传动机构性能测定装置示意图；

图2为本发明摆动导杆扭轴式空气舵机构示意图；

图3为本发明支反力模拟装置示意图；

图4为本发明扭矩施加装置示意图；

图5为本发明凸型槽螺栓连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为力热环境舵面传动机构性能测定装置示意图，由图可知，一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，包括摆动导杆扭轴式空气舵机构1、加热装置2、支反力模拟装置3、扭矩传感器4、过渡支座5、扭矩施加装置6、连接平台7、隔热装置8和舵机支座支撑9；摆动导杆扭轴式空气舵机构1、支反力模拟装置3、扭矩传感器4、过渡支座5、扭矩施加装置6和舵机支座支撑9均固定安装在连接平台7上表面；隔热装置8竖直固定在连接平台7的一端；加热装置2水平固定安装在连接平台7的外侧；支反力模拟装置3、扭矩传感器4、过渡支座5和扭矩施加装置6同轴固定安装；支反力模拟装置3安装于扭轴式空气舵机构1舵轴的下方，可以提供向上的支反力；摆动导杆扭轴式空气舵机构1的一端通过扭矩传感器4与扭矩施加装置6同轴连接；扭矩传感器4和扭矩施加装置6之间固定安装有过渡支座5；摆动导杆扭轴式空气舵机构1的一端与舵机支座支撑9固定连接；且支反力模拟装置3与过渡支座5同轴度低于±0.1mm。

如图2所示为摆动导杆扭轴式空气舵机构示意图，由图可知，摆动导杆扭轴式空气舵机构1包括舵机11、舵机支座12、摇臂13、舵面14、舵轴17和轴承16；其中，轴承16固定安装在支反力模拟装置3的轴向孔壁上；舵轴17穿过支反力模拟装置3与舵面14固定连接；舵机11的一端与舵机支座12固定连接，另一端通过摇臂13与舵轴17固定连接。

如图3所示为支反力模拟装置示意图，由图可知，支反力模拟装置3包括支反力模拟轴承31、压力传感器32、螺杆33和连接支座34；连接支座34竖直方向设置有通孔；螺杆33的一端沿轴向伸入通孔与连接支座34固定连接，螺杆33另一端与压力传感器32固定连接；压力传感器32固定安装在支反力轴承31径向外壁；支反力轴承31轴向为通孔结构，摆动导杆扭轴式空气舵机构1穿过支反力轴承31的轴向通孔；通过调节螺杆33的长度调节支反力大小，支反力值通过压力传感器32测量。

如图4所示为扭矩施加装置示意图，由图可知，所述扭矩施加装置6包括旋转压块61、钢板62和滑动压块63；其中旋转压块61与摆动导杆扭轴式空气舵机构1固定连接；钢板62的一端与旋转压块61固定连接；滑动压块63固定安装在钢板62的中间位置。

摆动导杆扭轴式空气舵机构1带动旋转压块61轴向旋转，并带动钢板62偏转，产生扭转力矩，通过调节滑动压块63与旋转压块61的距离实现钢板在相同转角下提供不同的力矩，通过扭矩传感器4测量。

所述加热装置2采用石英灯辐射或石墨灯辐射进行加热，并与舵面保持同步偏转。

如图5所示为凸型槽螺栓连接方式示意图，由图可知，所述的连接平台7上沿轴向设置有凸型槽71；支反力模拟装置3、扭矩传感器4、过渡支座5、扭矩施加装置6、舵机支座支撑9通过凸型槽71，采用反向螺栓72与连接平台7固定连接，连接位置可沿凸型槽槽道方向调整。

摆动导杆扭轴式空气舵机构1的舵轴17通过扭矩传感器4、过渡支座5与扭矩施加装置6连接，支反力模拟装置3、过渡支座5连接于连接平台7，支反力模拟装置3、过渡支座5二者同轴度低于±0.1mm，扭矩施加装置6可随舵轴17偏转；摇臂13与舵轴17、舵面14固联，舵机行程改变，会推动摇臂13带动舵面14偏转，旋转压块61随舵轴14一起转动，旋转压块61转动后，带动钢板62偏转，产生扭转力矩，从而实现了扭矩的加载，通过条件滑动压块63与旋转压块61的距离可以改变钢板62在相同转角下提供不同的力矩，通过扭矩传感器4可以读取扭转力矩的值；通过调节支反力模拟装置3螺杆的长度可以调节支反力模拟装置3支反力大小，从而可以模拟除铰链力矩外的其他分量的力；通过另一套机构控制加热装置2随舵面14同步偏转，可以实现舵面14偏转过程中六分量力、热载的同时加载。由于试验所有零件都参与试验，因此可以充分模拟机构系统转动惯量。

试验过程，通过舵机反馈的推力值、行程值以及控制实际输入值，可以换算摩擦力矩，刚度以及控制精度；通过控制舵面做扫频运动，可以测定机构系统的谐振频率。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：包括摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)、加热装置(2)、支反力模拟装置(3)、扭矩传感器(4)、过渡支座(5)、扭矩施加装置(6)、连接平台(7)、隔热装置(8)和舵机支座支撑(9)；摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)、支反力模拟装置(3)、扭矩传感器(4)、过渡支座(5)、扭矩施加装置(6)和舵机支座支撑(9)均固定安装在连接平台(7)上表面；隔热装置(8)竖直固定在连接平台(7)的一端；加热装置(2)水平固定安装在连接平台(7)的外侧；支反力模拟装置(3)、扭矩传感器(4)、过渡支座(5)和扭矩施加装置(6)同轴固定安装；支反力模拟装置(3)安装于扭轴式空气舵机构(1)舵轴的下方，可以提供向上的支反力；扭矩传感器(4)和扭矩施加装置(6)之间固定安装有过渡支座(5)；摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)的一端与舵机支座支撑(9)固定连接；

所述摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)包括舵机(11)、舵机支座(12)、摇臂(13)、舵面(14)、舵轴(17)和轴承(16)；其中，轴承(16)固定安装在支反力模拟装置(3)的轴向孔壁上；舵轴(17)穿过支反力模拟装置(3)与舵面(14)固定连接；舵机(11)的一端与舵机支座(12)固定连接，另一端通过摇臂(13)与舵轴(17)固定连接；

所述扭矩施加装置(6)包括旋转压块(61)、钢板(62)和滑动压块(63)；其中旋转压块(61)与摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)固定连接；钢板(62)的一端与旋转压块(61)固定连接；滑动压块(63)固定安装在钢板(62)的中间位置；

摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)的舵轴(17)通过扭矩传感器(4)、过渡支座(5)与扭矩施加装置(6)连接，扭矩施加装置(6)随舵轴(17)偏转；摇臂(13)与舵轴(17)、舵面(14)固联，舵机行程改变，推动摇臂(13)带动舵面(14)偏转，旋转压块(61)随舵轴(17) 一起转动，旋转压块(61)转动后，带动钢板(62)偏转，产生扭转力矩，实现了扭矩的加载。

2.根据权利要求1所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：所述支反力模拟装置(3)包括支反力轴承(31)、压力传感器(32)、螺杆(33)和连接支座(34)；连接支座(34)竖直方向设置有通孔；螺杆(33)的一端沿轴向伸入通孔与连接支座(34)固定连接，螺杆(33)另一端与压力传感器(32)固定连接；压力传感器(32)固定安装在支反力轴承(31)径向外壁；支反力轴承(31)轴向为通孔结构，摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)穿过支反力轴承(31)的轴向通孔。

3.根据权利要求2所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：通过调节螺杆(33)的长度调节支反力大小，支反力值通过压力传感器(32)测量。

4.根据权利要求3所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：摆动导杆扭轴式空气舵机构(1)带动旋转压块(61)轴向旋转，并带动钢板(62)偏转，产生扭转力矩，通过调节滑动压块(63)与旋转压块(61)的距离实现钢板在相同转角下提供不同的力矩，通过扭矩传感器(4)测量。

5.根据权利要求1所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：所述加热装置(2)采用石英灯辐射或石墨灯辐射进行加热，并与舵面保持同步偏转。

6.根据权利要求1所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：支反力模拟装置(3)与过渡支座(5)同轴度低于±0.1mm。

7.根据权利要求1所述的一种力热环境舵面传动机构性能测定装置，其特征在于：所述的连接平台(7)上沿轴向设置有凸型槽(71)；支反力模拟装置(3)、扭矩传感器(4)、过渡支座(5)、扭矩施加装置(6)和舵机支座支撑(9)通过凸型槽(71)，采用反向螺栓(72)与连接平台(7)固定连接，连接位置可沿凸型槽槽道方向调整。