CN107264833A - 一种机翼俯仰升降耦合运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机翼俯仰升降耦合运动平台。该运动平台包括：第一电机、第二电机、控制系统和垂直设置的丝杠；第一电机的输入端与控制系统连接，第一电机的输出端与丝杠连接，第二电机设置在丝杠上，第二电机的输入端与控制系统连接，第二电机的输出端与机翼模型连接；第一电机用于在控制系统的控制下带动丝杠绕丝杠的轴线转动；第二电机用于在丝杠转动时沿着丝杠的轴线方向竖直运动，并在控制系统的控制下带动机翼模型转动。该运动平台结构简单操作方便。同时，第一电机与第二电机的控制互相独立，适用范围广泛，既适用于不同运动模式下的动态机翼气动特性测量，也适用于定常状态下机翼亦或飞机模型在不同姿态的气动特性测量。

Description

一种机翼俯仰升降耦合运动平台

技术领域

本发明实施例涉及机械技术，尤其涉及一种机翼俯仰升降耦合运动平台。

背景技术

在航空工程领域中，机翼的俯仰升降耦合运动(即机翼俯仰运动和升降运动的耦合)是一种十分常见的现象，例如直升机旋翼在工作中由于迎角变化引起的俯仰升降耦合运动、固定翼飞机机翼在工作中由于不稳定气流引起的颤振现象、鸟类的扑翼行为都可以用机翼的俯仰升降耦合运动解释。在机翼俯仰升降耦合运动时，其气动特性具有较强迟滞特性及非线性特点，因此对其在不同工作状况下的气动特性还没有准确的认识，需要进一步的研究。

但是目前还没有一个用于测试机翼的俯仰升降耦合运动的实验平台，进而使得对机翼的俯仰升降耦合运动特性的研究受到限制。

发明内容

本发明实施例提供一种机翼俯仰升降耦合运动平台，以解决现有技术无法模拟机翼的俯仰升降耦合运动，进而使得对机翼的俯仰升降耦合运动特性的研究受到限制的问题。

本发明实施例提供一种机翼俯仰升降耦合运动平台，包括：第一电机、第二电机、控制系统和垂直设置的丝杠；其中，所述第一电机的输入端与所述控制系统连接，所述第一电机的输出端与所述丝杠连接，所述第二电机设置在所述丝杠上，所述第二电机的输入端与所述控制系统连接，所述第二电机的输出端与机翼模型连接；

所述第一电机，用于在所述控制系统的控制下，带动所述丝杠绕所述丝杠的轴线转动；

所述第二电机，用于在所述丝杠转动时，沿着所述丝杠的轴线方向竖直运动，并在所述控制系统的控制下带动所述机翼模型转动。

在本发明的一种可能的实现方式中，所述第二电机通过连接部设置在所述丝杠上。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述连接部包括支架和与所述支架连接的滑块，所述滑块与所述丝杠的螺杆螺接，所述第二电机与所述支架固定连接。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述支架与所述机翼模型通过第一联轴器连接。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述第二电机的输出端与所述机翼模型通过力传感器或者力矩传感器连接，所述力传感器或者力矩传感器与所述控制系统连接，所述力传感器或者力矩传感器用于采集所述机翼模型的力或者力矩，并将所述力或者力矩发送给所述控制系统。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述运动平台包括位移传感器，所述位移传感器分别与所述机翼模型和所述控制系统连接；

所述位移传感器，用于获取所述机翼模型的位移，并将所述位移发送给所述控制系统。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述第一电机的输出端通过第二联轴器与所述丝杠连接。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述丝杠为滚珠丝杠。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，通过设置第一电机、第二电机、垂直设置的丝杠和控制系统，使得第一电机的输入端与控制系统连接，第一电机的输出端与丝杠连接，第二电机设置在丝杠上，第二电机的输入端与控制系统连接，第二电机的输出端与机翼模型连接；第一电机，用于在控制系统的控制下，带动丝杠转动；第二电机，用于在丝杠转动时，沿着丝杠的轴线方向竖直移动，并在控制系统的控制下带动机翼模型转动。本实施例的运动平台，利用丝杠和旋转电机实现机翼的直线运动和旋转运动的结合，整个结构简单操作方便。同时，该运动平台中第一电机与第二电机的控制过程独立，进而方便控制参数的设置、调试，进而得到多样的俯仰升降耦合运动，为分析机翼的气动特性提供更多的可能性。此外，由于该运动平台可以很方便的调节模型的几何姿态，因此该运动平台还可以用于定常状态下机翼亦或飞机模型在不同姿态的气动特性测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例一的示意图；

图2为控制系统向第一电机输出的第一控制指令信号示意图；

图3为控制系统向第二电机输出的第二控制指令信号示意图；

图4为机翼模型运动的示意图；

图5为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例二的结构示意图；

图6为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例二的另一结构示意图；

图7为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例三的结构示意图。

附图标识说明：

10：第一电机；

101：第一电机的输入端；

102：第一电机的输出端；

20：第二电机；

201：第二电机的输入端；

202：第二电机的输出端；

30：丝杠；

301：螺杆；

40：控制系统；

50：机翼模型；

60：连接部；

601：支架；

602：滑块；

70：第一联轴器；

80：第二联轴器；

90：力传感器或者力矩传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

机翼的俯仰升降耦合运动为机翼在上升运动或者下降运动的同时还做旋转运动，其中俯仰运动为旋转运动，升降运动为竖直运动，即为机翼的竖直运动与旋转运动的耦合。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，第一电机带动机翼做竖直运动，第二电机带动机翼做旋转运动，实现对机翼的俯仰升降耦合运动的仿真，进而为后续对机翼气动特性的分析提供可靠的实验保障，从而提高了飞机设计的可靠性。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台与流体力学实验平台相结合，用于测试机翼做俯仰升降耦合运动时所受到的气动力，为机翼的设计提供实验依据。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例一的示意图。如图1所示，本实施例的运动平台可以包括：第一电机10、第二电机20、垂直设置的丝杠30和控制系统40；其中，所述第一电机10的输入端101与所述控制系统40连接，所述第一电机10的输出端102与所述丝杠30连接，所述第二电机20设置在所述丝杠30上，所述第二电机20的输入端201与所述控制系统40连接，所述第二电机20的输出端202与机翼模型50连接；所述第一电机10，用于在所述控制系统40的控制下，带动所述丝杠30绕所述丝杠30的轴线转动；所述第二电机20，用于在所述丝杠30转动时，沿着所述丝杠30的轴线方向竖直移动，并在所述控制系统40的控制下带动所述机翼模型50转动。

具体的，如图1所示，本实施例的运动平台包括带动丝杠30转动的第一电机10，与丝杠30连接的第二电机20，其中机翼模型50与第二电机20的输出端202连接。同时，第一电机10和第二电机20均与控制系统40连接，用于接收控制系统40发送的控制指令。

在实际使用时，控制系统40向第一电机10发出第一控制指令，该第一控制指令可以为转动速度或运动角度。第一电机10接收到第一控制指令后，根据该第一控制指令指示的转动速度或转动角度转动，进而带动与第一电机10的输出端102(即第一电机10的输出轴)连接的丝杠30转动。当丝杠30转动时，带动设置在其上的第二电机20在竖直方向运行。例如丝杠30逆时针旋转时第二电机20上升，丝杠30顺时针旋转时第二电机20下降，可选的，还可以是丝杠30逆时针旋转时第二电机20下降，丝杠30顺时针旋转时第二电机20上升，本实施例对丝杠30的旋转方向与第二电机20的升降运动之间的对应关系不做限制，具体根据丝杠30的结构，以及丝杠30与第二电机20的连接方式确定。

同时，控制系统40向第二电机20输出第二控制指令，同理，第二控制指令可以为转动速度或转动角度。第二电机20接收到第二控制指令后，根据该第二控制指令指示的转动速度或转动角度转动，进而带动与第二电机20的输出端202(即第二电机20的输出轴)连接的机翼模型50做旋转运动。

本实施例的运动平台，控制系统40控制第一电机10和第二电机20转动，使得机翼模型50在第一电机10和第二电机20的作用下做俯仰升降耦合运动。本实施例的运动平台，第一电机10与第二电机20的运动互不影响，进而使得机翼模型50的升降运动和俯仰运动分离，便于随时改变机翼模型50的升降运动形式和俯仰运动的形式，进而得到多样的俯仰升降耦合运动，为分析机翼的气动特性提供更多的可能性。

可选的，本实施例的丝杠30可以为滚珠丝杠，该滚珠丝杠上设置有滚珠、螺母和方向器等。将第二电机20与滚珠丝杠的螺母固定连接，进而实现第二电机20在丝杠30运动时，沿着丝杠30做竖直运动，以带动机翼模型50做上升或下降运动。

可选的，本实施例的第一电机10和第二电机20可以是伺服电机，可以根据控制系统40输出的第一控制指令和第二控制指令分别实现对第一电机10和第二电机20的精准控制，进而带动机翼模型50完成符合要求的俯仰升降耦合运动，为机翼模型50的设计提供精确可靠的实验数据。

图2为控制系统向第一电机输出的第一控制指令信号示意图(图2示出的三角函数信号只是一种示例，该第一控制指令还可以是其他形式的信号)，图3为控制系统向第二电机输出的第二控制指令信号示意图(图3示出的三角函数信号只是一种示例，该第一控制指令还可以是其他形式的信号)。图2中的横轴T为运动的周期数，纵坐标A为升降运动的位移，图3中的横轴T为运动的周期数，纵坐标α为俯仰运动的角度。如图2所示的升降运动的具体运动公式为俯仰运动的具体公式则为

由图2和图3可知，机翼模型50在两个自由度上可以同时进行独立的运动而不会互相干扰。同时，由于第一电机10与第二电机20分别由两个独立伺服系统控制，因此除了耦合运动以外，也可分别对两个电机进行独立控制，实现包括定位运动，周期性往复运动在内的其它功能。此外通过改变第二控制指令，可以实现周期性的俯仰运动或变速的转动，而不局限于机翼的小角度俯仰运动。

图4为机翼模型运动的示意图。图4中箭头表示来流方向，首先机翼模型50位于水平位置，在第一电机10的带动下机翼模型50实现升降运动，在第二电机20的带动下机翼模型50实现旋转运动。如图4所示，当机翼模型50在升降方向移动H长度时，机翼模型50也绕其自身旋转轴转动了α角度。对于第一电机10，第一电机10的最大转速对应机翼模型50直线运动的最大速度，第一电机10的工作周期对应机翼模型50直线运动的升降周期，第一电机10的旋转方向对应机翼模型50直线运动的运动方向。同理，对于第二电机20，第二电机20的最大转速对应机翼模型50的最大角速度，第二电机20的俯仰周期对应机翼模型50的摆动周期，第二电机20的转动方向对应机翼模型50转的摆动方向。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，通过设置第一电机10、第二电机20、垂直设置的丝杠30和控制系统40，使得第一电机10的输入端101与控制系统40连接，第一电机10的输出端102与丝杠30连接，第二电机20设置在丝杠30上，第二电机20的输入端201与控制系统40连接，第二电机20的输出端202与机翼模型50连接；第一电机10，用于在控制系统40的控制下，带动丝杠30转动；第二电机20，用于在丝杠30转动时，沿着丝杠30的轴线方向竖直移动，并在控制系统40的控制下带动机翼模型50转动。本实施例的运动平台，利用丝杠30和旋转电机实现机翼的直线运动和旋转运动的结合，整个结构简单操作方便。同时，该运动平台中第一电机10与第二电机20的控制过程独立，进而方便控制参数的设置、调试，进而得到多样的俯仰升降耦合运动，为分析机翼的气动特性提供更多的可能性。

此外，本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，通过调节第一电机10和第二电机20的控制参数，使得机翼模型50由周期性的升降俯仰耦合运动变为定点定角度的位移运动。由于通过控制系统40可以方便的调节机翼模型50的相关几何位置，因此可以同时将该平台应用于机翼在非运动的定常状态下气动特性及相关流场特性测量的流体力学实验。

图5为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例二的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的运动平台的第二电机20通过连接部60设置在丝杠30上。

具体的，如图5所示，第二电机20通过连接部60实现与丝杠30的连接，在丝杠30转动时，该连接部60随着丝杠30上下移动，进而带动与连接部60连接的第二电机20沿着丝杠30竖直运动。

其中，连接部60可以通过螺接等方式实现与丝杠30的连接，当丝杠30为滚珠丝杠30时，连接部60可以与滚珠丝杠30上的螺母连接，使得连接部60随着螺母沿着丝杠30上行运动。

在本实施例的一种可能的实现方式中，如图6所示，本实施例的连接部60还可以是如图3所示的结构，即该连接部60包括支架601和与所述支架601连接的滑块602，所述滑块602与所述丝杠30的螺杆301螺接，所述第二电机20与所述支架601固定连接。

具体的如图6(图6只是一种示例)所示，连接部60的支架601与滑块602固定连接，其中支架601与滑块602的连接方式可以是螺栓连接、焊接等，可选的，支架601与滑块602还可以一体成型，本实施例对支架601与滑块602的连接方式不做限制，具体根据实际需要确定。第二电机20与支架601的固定连接方式也可以是螺栓连接、焊接等。

本实施例的支架601可以是一水平板，第二电机20固定在该水平板上，该水平板的一个侧边与滑块602固定连接。可选的，支架601还可以是“L”形板，滑块602与“L”形板的竖直边连接，第二电机20固定在“L”形板的水平边上。可选的，支架601还可以是“U”形板，滑块602与“U”形板的任意一边连接，第二电机20固定在“U”形板的凹槽中。可选的，支架601还可以是其他形状的结构，本实施例对支架601的具体结构不做限制，只要可以实现带动第二电机20随滑块602移动即可。

进一步的，继续参照图6所示，本实施例的支架601通过第一联轴器70与机翼模型50连接，具体是第一联轴器70的一端与支架601连接，第一联轴器70的另一端与机翼模型50连接，进而实现支架601与机翼模型50的稳定连接。可选的，为了进一步提高第一联轴器70与机翼模型50连接的可靠性，还可以使用一夹持件加紧机翼模型50，具体是将机翼模型50夹持在夹持件的夹持端，将夹持件的固定端与第一联轴器70的另一端连接，进而实现机翼模型50与第一联轴器70的固定连接。同时，本实施例设置该夹持件方便用户随时更换机翼模型50，进而实现对不同结构的机翼模型50的测试。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，通过在第二电机20与丝杠30之间设置连接部60，以实现第二电机20与丝杠30的连接。该连接部60可以包括支架601和滑块602，该滑块602与丝杠30的螺杆301螺接，第二电机20与支架601固定连接，进而实现第二电机20与丝杠30的可靠连接，以使与第二电机20连接的机翼模型50随着丝杠30上行移动，进而实现对机翼俯仰运动的模拟。

图7为本发明提供的机翼俯仰升降耦合运动平台实施例三的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的第二电机20的输出端202与所述机翼模型50通过力传感器或者力矩传感器90连接，所述力传感器或者力矩传感器90与所述控制系统40连接，所述力传感器或者力矩传感器90用于采集所述机翼模型50的力或力矩，并将所述力或力矩发送给所述控制系统40。

具体的，如图7所示，本实施例的力传感器或者力矩传感器90的一端与第二电机20的输出端202(即第二电机20的输出轴)连接，力传感器或者力矩传感器90的另一端与机翼模型50连接，该力传感器或者力矩传感器90的控制端与控制系统40连接。在机翼运动过程中，该力传感器或者力矩传感器90用于采集机翼模型50在运动的过程中的气动力或力矩，并将该力或力矩发送给控制系统40，以及控制系统40根据该力或力矩分析机翼的气动特性。

在本实施例的一种可能的实现方式中，本实施例的运动平台还可以包括位移传感器(图中为示出)，所述位移传感器分别与所述机翼模型50和所述控制系统40连接；所述位移传感器，用于获取所述机翼模型50的位移，并将所述位移发送给所述控制系统40。

具体的，该位移传感器的一端与机翼模型50连接，另一端与控制系统40连接。在机翼的运动过程中，该位移传感器实时采集机翼模型50的位移，并将采集到的位移值发送给控制系统40，以使控制系统40实时获知该机翼模型50的位置，以实现对不同位置的机翼模型50确定不同的控制策略。本实施例的控制系统40，可以根据上述力传感器或者力矩传感器90获得的机翼模型50的力或力矩、机翼模型50的位移、向第一电机10发送的第一控制指令、对第二电机20输出的第二控制指令、以及机翼模型50受到的气动力等参数，分析机翼模型50的气动特性等性能。

可选的，本实施例的运动平台还可以适用于其他结构的机翼模型50，以带动机翼模型50做俯仰升降合成运动。

本发明实施例提供的机翼俯仰升降耦合运动平台，通过在机翼模型50上设置位移传感器，以实现对机翼位移的实时采集，并将采集到的位移数据发送给控制系统40，以使控制系统40根据机翼的位移数据分析机翼的气动特性。同时，本实施例的第一电机10通过第二联轴器80实现与丝杠30的连接，进而提高了两者的连接可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种机翼俯仰升降耦合运动平台，其特征在于，包括：第一电机、第二电机、控制系统和垂直设置的丝杠；其中，所述第一电机的输入端与所述控制系统连接，所述第一电机的输出端与所述丝杠连接，所述第二电机设置在所述丝杠上，所述第二电机的输入端与所述控制系统连接，所述第二电机的输出端与机翼模型连接；

所述第一电机，用于在所述控制系统的控制下，带动所述丝杠绕所述丝杠的轴线转动；

所述第二电机，用于在所述丝杠转动时，沿着所述丝杠的轴线方向竖直运动，并在所述控制系统的控制下带动所述机翼模型转动。

2.根据权利要求1所述的运动平台，其特征在于，所述第二电机通过连接部设置在所述丝杠上。

3.根据权利要求2所述的运动平台，其特征在于，所述连接部包括支架和与所述支架连接的滑块，所述滑块与所述丝杠的螺杆螺接，所述第二电机与所述支架固定连接。

4.根据权利要求3所述的运动平台，其特征在于，所述支架与所述机翼模型通过第一联轴器连接。

5.根据权利要求1所述的运动平台，其特征在于，所述第二电机的输出端与所述机翼模型通过力传感器连接，所述力传感器与所述控制系统连接，所述力传感器用于采集所述机翼模型的力，并将所述力发送给所述控制系统；

或者，所述第二电机的输出端与所述机翼模型通过力矩传感器连接，所述力矩传感器与所述控制系统连接，所述力矩传感器用于采集所述机翼模型的力矩，并将所述力矩发送给所述控制系统。

6.根据权利要求1-5任一项所述的运动平台，其特征在于，所述运动平台包括位移传感器，所述位移传感器分别与所述机翼模型和所述控制系统连接；

所述位移传感器，用于获取所述机翼模型的位移，并将所述位移发送给所述控制系统。

7.根据权利要求6所述的运动平台，其特征在于，所述第一电机的输出端通过第二联轴器与所述丝杠连接。

8.根据权利要求6或7所述的运动平台，其特征在于，所述丝杠为滚珠丝杠。