CN107449581A - 一种风洞自由飞实验的自由度释放装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风洞自由飞实验的自由度释放装置，自由度释放装置包括支撑杆和自由度释放关节；所述支撑杆固定安装在风洞试验段平台中心位置；所述自由度释放关节安装在飞机模型腹部重心位置，通过螺丝固定在一起，然后与支撑底座通过轴承相连。本发明能够实验风洞自由飞实验中飞机模型的滚转、俯仰和偏航的单自由度释放，以及俯仰滚转、偏航滚转和俯仰偏航的两自由度释放，还可以实现飞机模型的三自由度释放。其中俯仰和滚转的释放角度可以达到±35°，偏航可实现±180°释放。本发明的优点：结构简单，可实现多种自由度释放功能，干扰小，安装及调整方法简单。

Description

一种风洞自由飞实验的自由度释放装置
技术领域
本发明涉及风洞试验装置技术领域，涉及一种风洞自由飞实验的自由度释放装置，尤其涉及一种能够实现飞机模型的大范围三自由度释放、以及其中两自由度的耦合运动和单自由度释放运动的装置。
背景技术
风洞自由飞实验是在风洞中进行飞行器的飞行动力学特性、飞行控制系统和导航系统验证研究的综合实验研究技术，用于预示飞行器的动态飞行品质、操稳特性、飞行控制系统的效率和导航系统的目标捕捉和跟踪能力。风洞自由飞实验包括飞行控制系统和模型支撑系统，支撑系统需能保证模型绕绕特定自由度释放。现有的自由飞实验自由度释放装置从设计原理上分为张线式和运动关节串联叠加式两种。对于张线式，其无法实现偏航角度自由度，且可实现的俯仰、滚转自由度运动范围不大，然后结构复杂，安装和调试困难；对于运动关节串联叠加式其部分机构会随飞机模型一起运动，对飞行实验的干扰影响较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中涉及到的缺陷，提供一种风洞自由飞实验的自由度释放装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种风洞自由飞实验的自由度释放装置，包括支撑杆和自由度释放关节；
所述自由度释放关节包括偏航支座、俯仰支座和滚转支座；
所述偏航支座呈空心圆柱状，其下端内壁上设有偏转轴承，外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的俯仰轴承柱；
所述支撑杆的一端通过所述偏转轴承和所述偏航支座轴承连接，使得所述偏航支座能够绕所述支撑杆自由转动；
所述俯仰支座呈空心柱状，其外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的滚转轴承柱，柱面上设有两个分别对应于两个俯仰轴承柱的俯仰轴承孔；
所述两个俯仰轴承孔的连线垂直于两个滚转轴承柱的连线；
所述偏航支座的两个俯仰轴承柱分别和所述俯仰支座的两个俯仰轴承孔对应轴承连接，使得所述俯仰支座能够以两个俯仰轴承柱为转轴相对于所述偏航支座自由转动；
所述滚转支座呈空心柱状，其柱面上设有两个分别对应于两个滚转轴承柱的滚转轴承孔；
所述俯仰支座的两个滚转轴承柱分别和所述滚转支座的两个滚转轴承孔对应轴承连接，使得所述滚转支座能够以两个滚转轴承柱为转轴相对于所述俯仰支座自由转动；
所述滚转支座和用于实验的模型飞机的重心处固定相连。
作为本发明一种风洞自由飞实验的自由度释放装置进一步的优化方案，还包含偏航锁定螺柱，所述偏航支座的柱面上设有和所述偏航锁定螺柱相配合的偏航固定孔，所述偏航锁定螺柱和偏航固定孔相配合抵住所述支撑杆以锁定偏航自由度。
作为本发明一种风洞自由飞实验的自由度释放装置进一步的优化方案，还包含第一俯仰调整螺柱和第二俯仰调节螺柱；
所述偏航支座的上端对称设有第一耳片和第二耳片，所述第一耳片、第二耳片与偏航支座中轴线的夹角均为40°；
所述第一耳片上设有和所述第一俯仰调整螺柱相匹配的第一螺纹孔，第二耳片上设有和所述第二俯仰调整螺柱相匹配的第二螺纹孔；
所述俯仰支座的上端设有分别对应于第一螺纹孔、第二螺纹孔的第一沟槽、第二沟槽；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱分别通过第一螺纹孔、第二螺纹孔和第一耳片、第二耳片对应螺纹连接，且第一俯仰调整螺柱的尾端穿过第一耳片抵在所述第一沟槽上、第二俯仰调整螺柱的尾端穿过第二耳片抵在所述第二沟槽上；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调整螺柱均和所述两个滚转轴承柱的连线垂直，用于相互配合以锁定俯仰自由度。
作为本发明一种风洞自由飞实验的自由度释放装置进一步的优化方案，还包含滚转锁定螺柱，所述滚转支座的柱面上设有和所述滚转锁定螺柱相配合的滚转固定孔，所述滚转锁定螺柱和滚转固定孔相配合抵住所示俯仰支座以锁定滚转自由度。
作为本发明一种风洞自由飞实验的自由度释放装置进一步的优化方案，所述滚转支座包含以两个滚转轴承孔中心连线所在的水平面为分界面的上滚转支座和下滚转支座，所述上滚转支座和下滚转支座通过螺栓可拆卸式的连接；
所述俯仰支座包含以两个俯仰轴承孔中心连线的水平面为分界面的上俯仰支座和下俯仰支座，所述上俯仰支座和下俯仰支座通过螺栓可拆卸式的连接。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单，安装和调整方便；
2. 可以实现多种自由度的释放，有飞机模型的滚转、俯仰和偏航的单自由度释放，以及俯仰滚转、偏航滚转和俯仰偏航的两自由度耦合释放，还可以实现飞机模型的三自由度释放；
3. 实现的自由度运动范围大，对飞行试验的干扰小。
附图说明
图1是本发明一种风洞自由飞实验的自由度释放装置的结构示意图；
图2是本发明与飞机模型安装的位置示意图；
图3是本发明中滚转支座的结构示意图；
图4是本发明中俯仰支座的结构示意图；
图5是本发明中偏航支座的结构示意图；
图6是本发明中俯仰支座与偏航支座的安装位置以及耳片与沟槽的位置示意图；
图7是本发明中滚转支座与俯仰支座的安装位置示意图。
图中，1-支撑杆，2-自由度释放关节，3-飞机模型，4-滚转轴承孔，5-滚转支座，6-滚转固定孔，7-俯仰轴承孔，8-沟槽，9-俯仰支座，10-滚转轴承柱，11-第一螺纹孔，12-偏航固定孔，13-偏航支座，14-第一耳片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
如图1所示，本发明公开了一种风洞自由飞实验的自由度释放装置，包括支撑杆和自由度释放关节；
所述自由度释放关节包括偏航支座、俯仰支座和滚转支座；
如图5所示，所述偏航支座呈空心圆柱状，其下端内壁上设有偏转轴承，外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的俯仰轴承柱；
所述支撑杆的一端通过所述偏转轴承和所述偏航支座轴承连接，使得所述偏航支座能够绕所述支撑杆自由转动；
如图4所示，所述俯仰支座呈空心柱状，其外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的滚转轴承柱，柱面上设有两个分别对应于两个俯仰轴承柱的俯仰轴承孔；
所述两个俯仰轴承孔的连线垂直于两个滚转轴承柱的连线；
所述偏航支座的两个俯仰轴承柱分别和所述俯仰支座的两个俯仰轴承孔对应轴承连接，使得所述俯仰支座能够以两个俯仰轴承柱为转轴相对于所述偏航支座自由转动；
如图3所示，所述滚转支座呈空心柱状，其柱面上设有两个分别对应于两个滚转轴承柱的滚转轴承孔；
所述俯仰支座的两个滚转轴承柱分别和所述滚转支座的两个滚转轴承孔对应轴承连接，使得所述滚转支座能够以两个滚转轴承柱为转轴相对于所述俯仰支座自由转动；
如图2所示，所述滚转支座和用于实验的模型飞机的重心处固定相连。
本发明还包含偏航锁定螺柱，所述偏航支座的柱面上设有和所述偏航锁定螺柱相配合的偏航固定孔，所述偏航锁定螺柱和偏航固定孔相配合抵住所述支撑杆以锁定偏航自由度。
本发明还包含第一俯仰调整螺柱和第二俯仰调节螺柱；
所述偏航支座的上端对称设有第一耳片和第二耳片，所述第一耳片、第二耳片与偏航支座中轴线的夹角均为40°；
所述第一耳片上设有和所述第一俯仰调整螺柱相匹配的第一螺纹孔，第二耳片上设有和所述第二俯仰调整螺柱相匹配的第二螺纹孔；
所述俯仰支座的上端设有分别对应于第一螺纹孔、第二螺纹孔的第一沟槽、第二沟槽；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱分别通过第一螺纹孔、第二螺纹孔和第一耳片、第二耳片对应螺纹连接，且第一俯仰调整螺柱的尾端穿过第一耳片抵在所述第一沟槽上、第二俯仰调整螺柱的尾端穿过第二耳片抵在所述第二沟槽上；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调整螺柱均和所述两个滚转轴承柱的连线垂直，用于相互配合以锁定俯仰自由度。
本发明还包含滚转锁定螺柱，所述俯仰支座的柱面上设有滚转固定孔，还包含滚转锁定螺柱，所述滚转支座的柱面上设有和所述滚转锁定螺柱相配合的滚转固定孔，所述滚转锁定螺柱和滚转固定孔相配合抵住所示俯仰支座以锁定滚转自由度。
所述滚转支座包含以两个滚转轴承孔中心连线所在的水平面为分界面的上滚转支座和下滚转支座，所述上滚转支座和下滚转支座通过螺栓可拆卸式的连接；
所述俯仰支座包含以两个俯仰轴承孔中心连线的水平面为分界面的上俯仰支座和下俯仰支座，所述上俯仰支座和下俯仰支座通过螺栓可拆卸式的连接。
所述俯仰支座在滚转支座中左右转动时，俯仰支座外壁接触滚转支座内壁时为最大滚转角35°，因此可实现±35°滚转自由度释放。
所述偏航支座在俯仰支座中前后转动时，偏航支座耳片接触俯仰支座沟槽时为最大俯仰角35°，因此可实现±35°俯仰自由度释放。
本发明的装配流程为，首先将俯仰支座拆开上下两部分，将偏航支座通过轴承置于俯仰支座下部，再将俯仰支座上部通过俯仰支座装配孔与下部连接，完成偏航支座安装。然后将滚转支座拆开上下两部分，将俯仰支座与偏航支座的连接体安置在滚转支座下部，再将滚转支座上部通过滚转支座装配孔与下部连接，完成自由度释放关节的装配。
当进行单自由度的滚转实验时，需要分别在第一螺纹孔、第二螺纹孔中拧入第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱，分别抵住第一沟槽、第二沟槽，来实现俯仰自由度的锁定，并在如图5所示的偏航固定孔中拧入偏航锁定螺柱，抵住支撑杆，来实现偏航自由度的锁定。
当进行单自由度的俯仰实验时，需要在如图3所示的滚转固定孔中拧入滚转锁定螺柱，来实现滚转自由度的锁定，并在如图5所示的偏航固定孔中拧入偏航锁定螺柱，抵住支撑杆，来实现偏航自由度的锁定。
当进行单自由度的偏航实验时，需要在如图3所示的滚转固定孔中拧入滚转锁定螺柱，来实现滚转自由度的锁定，并分别在如图5的第一螺纹孔、第二螺纹孔中拧入第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱，分别抵住第一沟槽、第二沟槽，来实现俯仰自由度的锁定。
当进行两自由度的滚转俯仰耦合运动实验时，需要在如图5所示的偏航固定孔中拧入偏航锁定螺柱，抵住支撑杆，来实现偏航自由度的锁定。
当进行两自由度的俯仰偏航运动实验时，需要在如图3所示滚转固定孔中拧入滚转锁定螺柱，来实现滚转自由度的锁定。
当进行两自由度的滚转偏航运动实验时，需要分别如图5的第一螺纹孔、第二螺纹孔中拧入第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱，分别抵住第一沟槽、第二沟槽，来实现俯仰自由度的锁定。
当进行三自由度的释放实验时，不需要对其中的自由度进行锁定。
有上述情况可以看出本发明结构简单，采用的自由度释放关节可以实现多种自由度的释放，有飞机模型的滚转、俯仰和偏航的单自由度释放，以及俯仰滚转、偏航滚转和俯仰偏航的两自由度耦合释放，还可以实现飞机模型的三自由度释放。而且其实现的自由度运动范围大，对飞行试验的干扰小。安装和调整方便。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风洞自由飞实验的自由度释放装置，其特征在于，包括支撑杆和自由度释放关节；
所述自由度释放关节包括偏航支座、俯仰支座和滚转支座；
所述偏航支座呈空心圆柱状，其下端内壁上设有偏转轴承，外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的俯仰轴承柱；
所述支撑杆的一端通过所述偏转轴承和所述偏航支座轴承连接，使得所述偏航支座能够绕所述支撑杆自由转动；
所述俯仰支座呈空心柱状，其外壁上对称设有两个和其中轴线垂直的滚转轴承柱，柱面上设有两个分别对应于两个俯仰轴承柱的俯仰轴承孔；
所述两个俯仰轴承孔的连线垂直于两个滚转轴承柱的连线；
所述偏航支座的两个俯仰轴承柱分别和所述俯仰支座的两个俯仰轴承孔对应轴承连接，使得所述俯仰支座能够以两个俯仰轴承柱为转轴相对于所述偏航支座自由转动；
所述滚转支座呈空心柱状，其柱面上设有两个分别对应于两个滚转轴承柱的滚转轴承孔；
所述俯仰支座的两个滚转轴承柱分别和所述滚转支座的两个滚转轴承孔对应轴承连接，使得所述滚转支座能够以两个滚转轴承柱为转轴相对于所述俯仰支座自由转动；
所述滚转支座和用于实验的模型飞机的重心处固定相连。
2.根据权利要求书1所述的风洞自由飞实验的自由度释放装置，其特征在于，还包含偏航锁定螺柱，所述偏航支座的柱面上设有和所述偏航锁定螺柱相配合的偏航固定孔，所述偏航锁定螺柱和偏航固定孔相配合抵住所述支撑杆以锁定偏航自由度。
3.根据权利要求书1所述的风洞自由飞试验的自由度释放装置，其特征在于，还包含第一俯仰调整螺柱和第二俯仰调节螺柱；
所述偏航支座的上端对称设有第一耳片和第二耳片，所述第一耳片、第二耳片与偏航支座中轴线的夹角均为40°；
所述第一耳片上设有和所述第一俯仰调整螺柱相匹配的第一螺纹孔，第二耳片上设有和所述第二俯仰调整螺柱相匹配的第二螺纹孔；
所述俯仰支座的上端设有分别对应于第一螺纹孔、第二螺纹孔的第一沟槽、第二沟槽；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调节螺柱分别通过第一螺纹孔、第二螺纹孔和第一耳片、第二耳片对应螺纹连接，且第一俯仰调整螺柱的尾端穿过第一耳片抵在所述第一沟槽上、第二俯仰调整螺柱的尾端穿过第二耳片抵在所述第二沟槽上；
所述第一俯仰调整螺柱、第二俯仰调整螺柱均和所述两个滚转轴承柱的连线垂直，用于相互配合以锁定俯仰自由度。
4.根据权利要求书1所述的风洞自由飞试验的自由度释放装置，其特征在于，还包含滚转锁定螺柱，所述滚转支座的柱面上设有和所述滚转锁定螺柱相配合的滚转固定孔，所述滚转锁定螺柱和滚转固定孔相配合抵住所示俯仰支座以锁定滚转自由度。
5.根据权利要求书1所述的风洞自由飞试验的自由度释放装置，其特征在于，所述滚转支座包含以两个滚转轴承孔中心连线所在的水平面为分界面的上滚转支座和下滚转支座，所述上滚转支座和下滚转支座通过螺栓可拆卸式的连接；
所述俯仰支座包含以两个俯仰轴承孔中心连线的水平面为分界面的上俯仰支座和下俯仰支座，所述上俯仰支座和下俯仰支座通过螺栓可拆卸式的连接。
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