CN107782525B - 一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，用于进行飞行模拟试验，包括自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构。本发明的机构，大幅延伸了纵向线位移的运动范围，可在水平风洞中实现飞机模型自由沉浮和俯仰耦合的纵向短周期运动，满足纵向气动/运动耦合特性和飞行品质研究的需求。相比飞行模拟器和试飞手段，具有重复性高、周期短、风险低等特点，弥补了现有风洞试验手段的不足。

Description

一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构
技术领域
本发明属于飞行器风洞试验领域，涉及一种用于新型虚拟飞行试验系统的专用试验设备。
背景技术
飞行器风洞试验，是在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力学实验方法。飞机的飞行品质关乎飞行安全和飞行性能优劣，纵向短周期运动模态的改善是飞机飞行控制律设计及闭环操纵品质评定的重要内容。鉴于全尺寸飞行试验在评估飞行品质上受到经济性、安全性和出勤率等限制，而已有的风洞虚拟飞行试验装置仅能实现绕模型体轴的自由旋转，无法有效模拟线位移运动，因而难以直接用于获得纵向短周期运动响应特性。
发明内容
本发明的目的是：提出一种自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构组成的自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，强迫沉浮机构可实时补偿自由沉浮俯仰运动机构的位置，增大其纵向线位移的运动范围，在低速水平风洞中较为真实的模拟飞机纵向短周期运动响应和操纵控制特性。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，用于进行飞行模拟试验，包括自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构；
其中，自由沉浮俯仰机构由俯仰支撑架3、俯仰轴5、低阻尼轴承1、紧定螺钉2、俯仰角度限位挡板4、自由沉浮接头6、销钉7、自由沉浮轴8、内六角螺钉9、法兰型直线轴承10、机械限位挡板13组成；自由沉浮俯仰机构顶部通过俯仰轴5与飞机模型连接，俯仰支撑架3内孔顶部安装低阻尼轴承1，采用紧定螺钉2拧紧，俯仰支撑架3与自由沉浮接头6采用直口定位，螺钉拉紧方式固定连接，俯仰角度限位挡板4安装于俯仰支撑架3内孔内，起限位作用，俯仰支撑架4底部的自由沉浮接头6与自由沉浮轴8通过直口定位，销钉7锁紧，自由沉浮轴8外侧的法兰型直线轴承10通过四个内六角螺钉9与强迫沉浮机构的强迫沉浮轴11连接，使法兰型直线轴承10紧靠强迫沉浮机构的强迫沉浮轴11内壁，机械限位挡板13用于控制自由沉浮俯仰机构的上下运动距离；
强迫沉浮机构由强迫沉浮轴11、强迫沉浮轴座14、开口型直线轴承15、齿条16、大轴承挡圈24、小轴承挡圈18、轴套17、主支撑座19、齿轮20、减速器22、减速器安装座21以及电机23组成，强迫沉浮轴11外围通过三组开口型直线轴承15实现在强迫沉浮轴座14内上下运动，大轴承挡圈24与强迫沉浮轴座14采用直口定位，螺钉拧紧固定连接，齿条16通过螺钉镶嵌在强迫沉浮轴11外型面上，与齿轮20啮合传动，轴套17安装在每两组开口型直线轴承15之间，用于限制开口型直线轴承15沿轴向方向的移动，小轴承挡圈18用于固定开口型直线轴承15，限制开口型直线轴承15在径向方向的移动，强迫沉浮轴座14与强迫沉浮机构底部的主支撑座19采用直口定位、螺钉拉紧固定连接，减速器安装座21与主支撑座19的底板采用销钉定位、螺钉拉紧方式固定连接，电机23与减速器22连接后安装在减速器安装座21上，进而带动齿轮20转动，为机构提供驱动力。
其特征在于，自由沉浮俯仰机构还包括高精度位移传感器12，高精度位移传感器12安装在自由沉浮轴8上，反馈自由沉浮轴8的实时位置。
其特征在于，自由沉浮轴8在法兰型直线轴承10内自由运动，俯仰角度范围为±30°，沉浮运动范围为±100mm。
其特征在于，减速器22带动齿轮20与齿条16啮合传动，从而带动强迫沉浮轴11进行上下运动，强迫沉浮机构运动范围为±500mm。
有益效果：
本发明提出自由沉浮俯仰运动机构与自补偿式沉浮运动机构的组合设计，强迫沉浮支杆可根据自由沉浮支杆的实时位置，在自补偿驱动作用下调整位置，大幅延伸了纵向线位移的运动范围，可在水平风洞中实现飞机模型自由沉浮和俯仰耦合的纵向短周期运动，满足纵向气动/运动耦合特性和飞行品质研究的需求。相比飞行模拟器和试飞手段，具有重复性高、周期短、风险低等特点，弥补了现有风洞试验手段的不足。
附图说明
图1机构原理图；
图2自由沉浮俯仰机构主视图；
图3自由沉浮俯仰机构侧视图；
图4强迫沉浮机构二维图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，用于进行飞行模拟试验，包括自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构；
如图2、图3所示，自由沉浮俯仰机构由俯仰支撑架3、俯仰轴5、低阻尼轴承1、紧定螺钉2、俯仰角度限位挡板4、自由沉浮接头6、销钉7、自由沉浮轴8、内六角螺钉9、法兰型直线轴承10、机械限位挡板13、高精度位移传感器12组成；自由沉浮俯仰机构顶部通过俯仰轴5与飞机模型连接，俯仰支撑架3内孔顶部安装低阻尼轴承1，采用紧定螺钉2拧紧，俯仰支撑架3与自由沉浮接头6采用直口定位，螺钉拉紧方式固定连接，俯仰角度限位挡板4安装于俯仰支撑架3内孔内，起限位作用，俯仰支撑架3底部的自由沉浮接头6与自由沉浮轴8通过直口定位，销钉7锁紧，自由沉浮轴8中段外侧的法兰型直线轴承10通过四个内六角螺钉9与强迫沉浮机构的强迫沉浮轴11连接，高精度位移传感器12安装在自由沉浮轴8上，反馈自由沉浮轴8的实时位置，机械限位挡板13用于控制自由沉浮俯仰机构的上下运动距离；
如图4所示，强迫沉浮机构由强迫沉浮轴11、强迫沉浮轴座14、开口型直线轴承15、齿条16、大轴承挡圈24、小轴承挡圈18、轴套17、主支撑座19、齿轮20、减速器22、减速器安装座21以及电机23组成，强迫沉浮轴11外围通过三组开口型直线轴承15实现在强迫沉浮轴座14内上下运动，大轴承挡圈24与强迫沉浮轴座14采用直口定位，螺钉拧紧固定连接，齿条16通过螺钉镶嵌在强迫沉浮轴11外型面上，与齿轮20啮合传动，轴套17安装在每两组开口型直线轴承15之间，用于限制开口型直线轴承15沿轴向方向的移动，小轴承挡圈18用于固定开口型直线轴承15，限制开口型直线轴承15在径向方向的移动，强迫沉浮轴座14与强迫沉浮机构底部的主支撑座19采用直口定位、螺钉拉紧固定连接，减速器安装座21与主支撑座19的底板采用销钉定位、螺钉拉紧方式固定连接，电机23与减速器22连接后安装在减速器安装座21上，进而带动齿轮20转动，为机构提供驱动力。
参见附图1，飞机模型在沉浮方向自由运动时，由于支撑与飞机模型的共同运动，会产生附加质量，从而改变模型动力学特性，所以本发明中采用分段自补偿式自由沉浮机构来实现模型沉浮方向的自由运动，该机构主要由自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构组成。自由沉浮轴一端通过自由俯仰接头与试验模型连接，另一端插入强迫沉浮轴中，以实现自由沉浮运动。强迫沉浮轴在电机驱动下，根据自由沉浮轴的实时位置在自补偿驱动作用下上下调整位置，使得自由沉浮轴保持较大范围的纵向自由运动。

Claims (4)

1.一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，用于进行飞行模拟试验，包括自由沉浮俯仰机构与强迫沉浮机构；
其特征在于，自由沉浮俯仰机构由俯仰支撑架(3)、俯仰轴(5)、低阻尼轴承(1)、紧定螺钉(2)、俯仰角度限位挡板(4)、自由沉浮接头(6)、销钉(7)、自由沉浮轴(8)、内六角螺钉(9)、法兰型直线轴承(10)、机械限位挡板(13)组成；自由沉浮俯仰机构顶部通过俯仰轴（5）与飞机模型连接，俯仰支撑架(3)内孔顶部安装低阻尼轴承(1)，采用紧定螺钉(2)拧紧，俯仰支撑架(3)与自由沉浮接头(6)采用直口定位，螺钉拉紧方式固定连接，俯仰角度限位挡板(4)安装于俯仰支撑架(3)内孔内，起限位作用，俯仰支撑架(3)底部的自由沉浮接头(6)与自由沉浮轴(8)通过直口定位，销钉(7)锁紧，自由沉浮轴(8)外侧的法兰型直线轴承(10)通过四个内六角螺钉(9)与强迫沉浮机构的强迫沉浮轴(11)连接，使法兰型直线轴承(10)紧靠强迫沉浮机构的强迫沉浮轴(11)内壁，机械限位挡板(13)用于控制自由沉浮俯仰机构的上下运动距离；
强迫沉浮机构由强迫沉浮轴(11)、强迫沉浮轴座(14)、开口型直线轴承(15)、齿条(16)、大轴承挡圈(24)、小轴承挡圈(18)、轴套(17)、主支撑座(19)、齿轮(20)、减速器(22)、减速器安装座(21)以及电机(23)组成，强迫沉浮轴(11)外围通过三组开口型直线轴承(15)实现在强迫沉浮轴座(14)内上下运动，大轴承挡圈(24)与强迫沉浮轴座(14)采用直口定位，螺钉拧紧固定连接，齿条(16)通过螺钉镶嵌在强迫沉浮轴(11)外型面上，与齿轮(20)啮合传动，轴套(17)安装在每两组开口型直线轴承(15)之间，用于限制开口型直线轴承(15)沿轴向方向的移动，小轴承挡圈(18)用于固定开口型直线轴承(15)，限制开口型直线轴承(15)在径向方向的移动，强迫沉浮轴座(14)与强迫沉浮机构底部的主支撑座(19)采用直口定位、螺钉拉紧固定连接，减速器安装座(21)与主支撑座(19)的底板采用销钉定位、螺钉拉紧方式固定连接，电机(23)与减速器(22)连接后安装在减速器安装座(21)上，进而带动齿轮(20)转动，为机构提供驱动力。
2.如权利要求1所述的一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，其特征在于，自由沉浮俯仰机构还包括高精度位移传感器(12)，高精度位移传感器(12)安装在自由沉浮轴(8)上，反馈自由沉浮轴(8)的实时位置。
3.如权利要求1所述的一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，其特征在于，自由沉浮轴(8)在法兰型直线轴承(10)内自由运动，俯仰角度范围为±30°，沉浮运动范围为±100mm。
4.如权利要求1所述的一种自补偿式自由沉浮俯仰耦合机构，其特征在于，减速器(22)带动齿轮(20)与齿条(16)啮合传动，从而带动强迫沉浮轴(11)进行上下运动，强迫沉浮机构运动范围为±500mm。
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