CN108088647B - 一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统，包括底座、X位移机构、Y位移机构、Z位移机构、枢轴旋转机构、轴向伸缩机构、风速测量耙，所述的X位移机构安装在底座上，X位移机构能够沿风洞轴向移动，所述的Z位移机构安装在X位移机构上，Z位移机构能够沿风洞纵向运动，所述的Y位移机构安装在Z位移机构上，Y位移机构能够沿风洞横向运动，所述的枢轴旋转机构安装在Y位移机构上，所述的轴向伸缩机构安装在枢轴旋转机构上，所述的风速测量耙安装在轴向伸缩机构上，轴向伸缩机构使风速测量耙贴近或者远离翼面。本系统具有测量空间范围广、气动干扰小、测量结果准确、使用方便的优点。

Description

一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统。
背景技术
随着国内民用飞机研制的发展，对风洞试验流场测量提出了更高的要求。边界层是贴近物面受壁面粘性影响较大的流动区域，机翼边界层流态对民机气动特性有重要影响，包括边界层的形态、速度型分布、转捩位置等，直接影响民机的巡航与起降气动特性。而边界层流动十分复杂，目前通过数值计算尚难以进行准确可靠的预测。由于边界层与主流粒子交互性低，对流动显示也提出了苛刻的条件，包括激光、摄像设备的布置，流场示踪粒子的发生位置等，难以在通用的试验模型上使用。利用三自由度边界层测量设备，可以实现边界层内的速度测量，但机翼一般为流线形，并且伴有空间角度的大幅变化，三自由度测量设备面临着不能同时实现气动干扰小、任意选定测量方向等问题。
发明内容
基于以上不足之处，基于风洞试验民机模型机翼表面边界层速度型测量的需要，本发明的目的是提供一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统，以解决常规边界层测量系统气动干扰大、适用范围小的问题。
本发明主要通过下述技术方案得以实现：一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统，包括底座、X位移机构、Y位移机构、Z位移机构、枢轴旋转机构、轴向伸缩机构和风速测量耙，所述的底座安装在风洞侧壁上，所述的X位移机构安装在底座上，X位移机构能够沿风洞轴向移动，所述的Z位移机构安装在X位移机构上，Z位移机构能够沿风洞纵向运动，所述的Y位移机构安装在Z位移机构上，Y位移机构能够沿风洞横向运动，所述的枢轴旋转机构安装在Y位移机构上，所述的轴向伸缩机构安装在枢轴旋转机构上，所述的风速测量耙安装在轴向伸缩机构上，枢轴旋转机构能够调节风速测量耙的空间角度，使风速测量耙的测量方向与机翼曲面法向方向一致，轴向伸缩机构使风速测量耙贴近或者远离翼面，实现距翼面不同距离处速度大小的测量。
所述的X位移机构和Z位移机构都采用直线导向单元驱动。
本系统具有测量空间范围广、气动干扰小、测量结果准确、使用方便等优点，本发明对于实现风洞中民机模型机翼表面边界层准确测量具有重要作用，其应用前景十分广阔。
附图说明：
图1为本发明示意图。
图2为X位移机构示意图。
图3为Z位移机构示意图。
图4为Y位移机构示意图
图5为枢轴旋转机构示意图。
图6为轴向伸缩机构示意图。
其中，1、X位移机构，2、Z位移机构，3、Y位移机构，4、枢轴旋转机构，5、轴向伸缩机构，6、风速测量耙，21、X位移电机，22、X位移直线模组，23、X位移导轨，24、导轨与Z位移机构底座的连接件，25、直线模组与Z位移机构底座的连接件，26、Z位移机构底座，31、X位移机构导轨与Z位移机构底座连接件，32、X位移机构直线模组与Z位移结构连接件，33、Z位移结构底座，34、Y位移机构底座与导轨的连接件，35、Z位移导轨，36、Z位移直线模组，37、Z位移电机，41、滚珠花键，42、Y位移电机，43、直线轴承，44、花键轴，45、枢轴旋转结构电机，51、枢轴旋转电机，52、螺杆，53、涡轮，54、轴向伸缩机构底座，61、轴向伸缩电机，62、丝母，63、丝杠，64、外套，65、导向套，66、轴向伸缩杆。
具体实施方式：
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1所示，一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统，包括底座、X位移机构1、Y位移机构3、Z位移机构2、枢轴旋转机构4、轴向伸缩机构5、风速测量耙6，所述的底座安装在风洞侧壁上，所述的X位移机构1安装在底座上，X位移机构1能够沿风洞轴向移动，所述的Z位移机构2安装在X位移机构1上，Z位移机构2能够沿风洞纵向运动，所述的Y位移机构3安装在Z位移机构2上，Y位移机构3能够沿风洞横向运动，所述的枢轴旋转机构4安装在Y位移机构3上，所述的轴向伸缩机5构安装在枢轴旋转机构4上，所述的风速测量6耙安装在轴向伸缩机构4上，枢轴旋转机构4能够调节风速测量耙6的空间角度，使风速测量耙6的测量方向与机翼曲面法向方向一致，轴向伸缩机构5使风速测量耙6贴近或者远离翼面，实现距翼面不同距离处速度大小的测量。
如图2所示，X位移机构采用直线模组(丝杠丝母机构)搭配导轨的结构形式，左右共设置两套，利用两套电机同步驱动。通过安装座将左右两套滑块和丝母连接，其他自由度的机构都安装在该安装座上。
如图3所示，Z位移机构与X位移机构的运动机制相同，都采用丝杠导轨形式，利用单直线单元驱动，左右配导轨的形式。
如图4所示，Y位移机构采用滚珠花键结构，滚珠花键结构上的花键螺母都装有齿轮，通过Y位移电机驱动实现花键轴外齿旋转，转化为花键轴的伸缩移动。Y机构外部整体包裹在流线型护罩中，在护罩前后各设置一套光缸，光缸的直线轴承承受Y位移机构的切向力。
如图5所示，枢轴旋转机构采用涡轮蜗杆回转驱动结构，具有传动比大、结构紧凑，冲击、震动小等特点。
如图6所示，轴向伸缩机构采用电机驱动丝杠的结构形式，结构分为内套、导套和外套三部分，外套和回转机构联接，本身和回转机构之间没有相对移动。导套起到导向的作用。内套前端和风速测量耙组件联接，后端联接丝母，电机带动丝杠旋转，丝母带动内套沿导套前后移动。通过风速测量耙，实现机翼表面边界层速度型分布的测量。
X位移机构可以实现探测位置沿风洞轴向移动，Y位移机构可以实现探测位置沿风洞纵向移动，Z位移机构可以实现探测位置沿风洞横向移动。枢轴旋转机构，可以改变测量耙与被测物表面的角度，使测量耙始终垂直于被测物表面。轴向伸缩机构，可以改变探测点距被测物表面的距离，实现边界层底层到外层的全覆盖测量。
X位移机构安装在风洞侧壁上，可以实现测量装置沿风洞轴向移动，Z位移机构安装在X位移机构上，可以实现测量装置沿风洞纵向运动，Y位移机构安装在Z位移机构上，可以实现测量装置沿风洞横向运动，Y位移机构上的枢轴旋转机构，可以调节风速测量耙的空间角度，实现测量耙垂直于机翼表面，轴向伸缩机构实现测量耙贴近或者远离翼面，从而实现机翼表面边界层内静压分布的测量，进而根据不可压缩伯努利方程，获得边界层速度型分布。

Claims (1)

1.一种用于风洞试验的五自由度边界层测量系统，包括底座、X位移机构、Y位移机构、Z位移机构、枢轴旋转机构、轴向伸缩机构和风速测量耙，所述的底座安装在风洞侧壁上，其特征在于：所述的X位移机构安装在底座上，X位移机构能够沿风洞轴向移动，所述的Z位移机构安装在X位移机构上，Z位移机构能够沿风洞纵向运动，所述的Y位移机构安装在Z位移机构上，Y位移机构能够沿风洞横向运动，所述的枢轴旋转机构安装在Y位移机构上，所述的轴向伸缩机构安装在枢轴旋转机构上，所述的风速测量耙安装在轴向伸缩机构上，枢轴旋转机构能够调节风速测量耙的空间角度，使风速测量耙的测量方向与机翼曲面法向方向一致，轴向伸缩机构使风速测量耙贴近或者远离翼面，实现距翼面不同距离处速度大小的测量；所述的X位移机构和Z位移机构都采用直线导向单元驱动。
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