CN107290126A - 一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框和台架，所述台架上设置有两个安装端，所述旋翼安装框对立的两侧各自通过转动机构与一个安装端活动连接，其中一个安装端上设置有互挽臂，所述互挽臂与旋翼安装框的转动机构固定连接，所述设置有互挽臂的安装端的一侧设置有线性驱动器，所述线性驱动器的输出端与互挽臂连接，所述线性驱动器驱动互挽臂带动旋翼安装框旋转；本发明结构简单可靠，输出扭矩大、定位准确、台体固有频率可调，能消除线性驱动器的回程间隙，易于实现，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。

Description

一种共轭互挽式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共轭互挽式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。

在已公开的文献中CN106226024A、CN106168530A、CN106289707A公开了一种基于双旋翼的风洞试验平台，能较好的进行其试验，但是在具体的试验过程中因为其框架在旋转过程中存在齿轮上的回程间隙，而且因为整个框架的固定通过磁铁的辅助，使得整个框架会产生强迫振动，从而影响试验精度，不能得到精确的数据。

发明内容

本发明的目的是在公开的技术方案上提出改进，提供一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，改变动力的输出模式，从而消除掉机构的强迫振动和回程间隙，提高试验精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框和台架，所述台架上设置有两个安装端，所述旋翼安装框对立的两侧各自通过转动机构与一个安装端活动连接，其中一个安装端上设置有互挽臂，所述互挽臂与旋翼安装框的转动机构固定连接，所述设置有互挽臂的安装端的一侧设置有线性驱动器，所述线性驱动器的输出端与互挽臂连接，所述线性驱动器驱动互挽臂带动旋翼安装框旋转。

在上述技术方案中，所述设置互挽臂的安装端两侧各自设置有一个线性驱动器，所述线性驱动器的输出端各自连接互挽臂的两端。

在上述技术方案中，互挽臂的中心位置与旋翼安装框的转动机构固定连接，线性驱动器中心对称分布在互挽臂两端。

在上述技术方案中，所述一个线性驱动器包括一个线性驱动器支座，线性驱动器与线性驱动器支座相互铰接。

在上述技术方案中，所述线性驱动器支座固定连接在台架上。

在上述技术方案中，所述线性驱动器与互挽臂相互铰接。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，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。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过两个线性驱动器驱动互挽臂转动，互挽臂再通过右转轴来带动旋翼安装框相对于台架转动或者停止，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。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构的立体构造图；

图2为本发明一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构的侧视图；

图3为本发明一种共轭互挽式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；

其中：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-互挽臂，16-线性驱动器，17-线性驱动器支座，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

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

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，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2、图3所示的风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框12、互挽臂15以及线性驱动器16和线性驱动器支座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，所述右转轴13与互挽臂15之间固定连接，所述互挽臂15与线性驱动器16之间铰接，所述线性驱动器16与线性驱动器支座17之间铰接，所述线性驱动器支座17与台架1之间固定连接。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，所述线性驱动器16驱动互挽臂15绕右转轴13中心线转动，所述右转轴13固定于安装框12上进而带动安装框12相对于台架1摆动，所述主电机4输出轴轴线与右转轴13轴线重合，且旋翼安装框12绕这一输出轴轴线摆动。

所述的线性驱动器16、线性驱动器支座17组成的驱动机构有两套，且分别位于旋翼安装框12两侧，当线性驱动器16伸长或缩短时带动互挽臂15转动，所述互挽臂15通过右转轴13带动旋翼安装框12绕右转轴13轴线转动。优选地，所述线性驱动器16为电动作动筒，两侧电动作动筒伸长或缩短的动作相反，且其伸长或缩短的速度、位移应相等，保证右转轴13的轴线始终在原来初始位置。

所述的线性驱动器16驱动风洞试验平台的旋翼安装框12相对于台架1且绕右转轴13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。由于所述线性驱动器16可实现输出轴不同频率的伸长或缩短动作，从而可以实现不同频率的旋翼主轴10的倾角变化，所述线性驱动器16也可使输出轴伸长或缩短不同的长度，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。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，旋翼安装框12两侧的线性驱动器16的输出轴输出不同频率的伸长或缩短动作，两侧的线性驱动器16可抵消对方的回程间隙，避免试验时旋翼安装框12动态频率发生变化；当进行不同主轴倾角的静态试验时，旋翼安装框12两侧的线性驱动器16伸长或缩短固定的长度，使旋翼安装框12固定在某一角度，同样，两侧的线性驱动器16可抵消对方的回程间隙，避免试验时旋翼安装框12在风载作用下摆动，且可通过线性驱动器16对互挽臂15施加不同的预紧力来改变图1整个风洞试验平台的固有频率，从而避开试验时旋翼11的旋转频率，进而避免强迫振动的产生。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，所述的线性驱动器16、线性驱动器支座17组成的两套驱动机构直接与旋翼安装框12相连，且位于旋翼安装框（12）同一侧，所述的旋翼安装框（12）下边框与线性驱动器（16）上端直接铰接，所述的线性驱动器支座（17）下端与台架（1）或风洞（14）等固定的、可承力的物体固定连接，所述的线性驱动器（16）直接带动旋翼安装框（12）转动或停止。其他同实施方式1。

所述线性驱动器16直接与旋翼安装框12相连，与实施方式1相比，取消了互挽臂15，可大幅提高试验平台的抗振能力。

实施方式3

与实施方式1、实施方式2相比，所述的线性驱动器16、线性驱动器支座17组成的两套驱动机构分别位于旋翼安装框（12）两侧，且直接与旋翼安装框12相连。其他同实施方式2。

与实施方式1、2相比，由于线性驱动器16直接与旋翼安装框12相连，大幅提高了试验平台的抗振能力，同时，线性驱动器16分别位于旋翼安装框（12）两侧，亦可消除线性驱动器16的回程间隙。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，包括旋翼安装框（12）和台架（1），所述台架（1）上设置有两个安装端，所述旋翼安装框（12）对立的两侧各自通过转动机构与一个安装端活动连接，其特征在于其中一个安装端上设置有互挽臂（15），所述互挽臂（15）与旋翼安装框（12）的转动机构固定连接，所述设置有互挽臂（15）的安装端的一侧设置有线性驱动器（16），所述线性驱动器（16）的输出端与互挽臂（15）连接，所述线性驱动器（16）驱动互挽臂（15）带动旋翼安装框（12）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，其特征在于所述设置互挽臂（15）的安装端两侧各自设置有一个线性驱动器（16），所述线性驱动器（16）的输出端各自连接互挽臂（15）的两端。

3.根据权利要求2所述的一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，其特征在于互挽臂（15）的中心位置与旋翼安装框（12）的转动机构固定连接，线性驱动器（16）中心对称分布在互挽臂（15）两端。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，其特征在于所述一个线性驱动器（16）包括一个线性驱动器支座（17），线性驱动器（16）与线性驱动器支座（17）相互铰接。

5.根据权利要求4所述的一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，其特征在于所述线性驱动器支座（17）固定连接在台架（1）上。

6.根据权利要求4所述的一种共轭互挽式风洞试验平台倾角机构，其特征在于所述线性驱动器（16）与互挽臂（15）相互铰接。

7.根据权利要求1所述的一种共轭互挽式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所述的一种共轭互挽式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所述的一种共轭互挽式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所述的一种共轭互挽式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。