CN108151999A - 一种复合式模型支撑和调节设计方法 - Google Patents

Abstract

一种复合式模型支撑和调节设计方法，涉及小型直流式风洞。设有模型支撑和调节一体化装置，所述模型支撑和调节一体化装置设有实验模型、调节板、翼形支撑杆、下支撑杆、调节盘、牵引绳、调节销和支撑底座。用于小型教学实验用风洞，满足可靠稳定的试验段气流环境以及更精确的流动参数测量要求，需将研究对象用某种稳固且对模型本身流动影响尽可能少的支撑系统置于风洞试验段的均匀气流中，并根据试验的要求便捷地改变模型的姿态。

Description

一种复合式模型支撑和调节设计方法

技术领域

本发明涉及小型直流式风洞，尤其是涉及对试验段模型的支撑及测量方式进行改进，用精巧的细节设计、简便易行的传动装置，有效提升模型安装的便捷性和调节测量的精确性，同时实现实验模型攻角的外部调整，解决以往风洞实验不便之处的一种复合式模型支撑和调节设计方法。

背景技术

风洞是利用控制人造气流来模拟飞行器或实体周围气体流动情况的一种管道状的实验设备，除此之外还可以度量气流对研究对象的作用效果以及观察流动显示现象，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。优质的风洞要求在风洞试验段获得稳定均匀的、可以精确控制的试验气流，以满足模型气动力试验的需求。由于气体流动现象以及物体或飞行器几何外形的复杂性和不确定性，空气动力学研究和飞行器动力设计中的诸多问题都无法仅凭理论或解析方法求解，大量的实验是发现其规律、提供数据基础，并拓展理论分析的必经之道。其中风洞试验段模型安置的基本要求为用某种支撑系统将模型置于风洞试验段的均匀流中，并根据试验的具体需求改变模型的姿态，这些环节均对试验结果的可信度具有十分重要的影响。

风洞种类繁多，分类方法也各异。若以实验段气流速度大小来区分，可以分为低速、高速和高超声速风洞。其中低速风洞基本上有两种形式，直流式与回流式。低速风洞试验段又分开口和闭口两种形式，截面形状各异，试验段长度视风洞类别和实验对象而定，也有双实验段风洞，甚至三实验段风洞。

直流式低速风洞是典型的一种低速风洞，如图1所示，主要结构可细分为集气段、动力段、稳定段(稳定段内还置有蜂窝器和阻尼网或纱网)、收缩段、试验段、扩散段。其中动力段是安装驱动风扇的区域，在此环节内驱动风扇使气体产生流动。随后经此动力驱动产生的紊乱气流在稳定段中得以稳定，稳定段使气流的方向趋于一致、速度趋于均匀。蜂窝器可引导气流，减小气流偏角，降低气流的横向湍流度，阻尼网主要降低气流的轴向湍流度。气流速度由风扇转速来控制，风扇向试验段方向鼓风而使气流从风扇端口进入稳定段。通过稳定段的蜂窝器和阻尼网梳理掺匀气流，然后经由收缩段加速气流，使试验段中形成流动方向一致、均匀稳定的气流。在试验段中设置模型种类及其攻角等物理参数，通过完整的试验流程获得作用在模型上的空气动力数据。

对于小型直流式风洞的模型安装测量领域，先后有很多学者都进行了不同的设计。北方工业大学设计了一套教学用小型风洞设备，利用ARM STM32与微型拉压力传感器、气压压力传感器、风速传感器，以及变频风机、洞体作为主要构成，主要适用于特定车型的测量并在此基础上延伸出飞机模型的测量，并通过实验数据验证飞机升力及俯仰角的关系([1]张进治,谢亮,刘立强等.小型风洞的设计与实验[N].北方工业大学学报2016,28(3):66-71)。90年代初NASA的Glenn研究中心就开展了一个以教学演示和测量为核心的小型风洞项目，并逐步完善形成了一体化程度较高的产品Wright Memorial Tunnel，可实现单独或同时的升力、阻力、俯仰力矩测量。在该产品中翼型模型的固定并非由底端支承支撑，而是由一支承的尾夹在翼型尖端处固定，翼型角度调整也由这一机构来实现，并通过应变仪连接移动设备来接受采集到的数据。亦有更为简单的测量方式，将固定翼型模型连接到外部模块通过两者之间传导的力来测量升力([2]https://www.grc.nasa.gov[OL].Pages ofdrag measurement and forcebalance)。

发明内容

本发明的目的在于提供可对试验段模型的支撑及测量方式进行改进，用精巧的细节设计、简便易行的传动装置，有效提升模型安装的便捷性和调节测量的精确性，同时实现实验模型攻角的外部调整，解决以往风洞实验不便之处的一种复合式模型支撑和调节设计方法。

本发明包括以下步骤：

1)设有模型支撑和调节一体化装置，所述模型支撑和调节一体化装置设有实验模型、调节板、翼形支撑杆、下支撑杆、调节盘、牵引绳、调节销和支撑底座；所述实验模型通过调节板与翼形支撑杆连接，所述调节板上设有调节板固定孔，实验模型与翼形支撑杆的连接处设有螺母沉孔，螺母沉孔上由螺母固定，下支撑杆设在翼形支撑杆的变截面柱体上，调节盘设在下支撑杆上，下支撑杆与调节销设在调节盘上，下支撑杆的底部设在支撑底座上；调节销设有调节帽、调节钉和耳朵孔；

2)采用攻角调节板将实验模型与翼形支撑杆相连接，并在实验模型的连接位置处设计螺母沉孔和固定螺母，在调节板的相同位置处设计沉头通孔，用于安装螺栓，实现调节板与实验模型的连接；

3)下支撑杆下壁面安装口加工装配，下支撑杆呈长方体，长方体的外部平面固定；

4)牵引绳采用外置攻角调节方式，将调节板与调节销通过牵引绳构成平行四边形结构，实现在外端旋转调节钉时调节板可以同角度转动；

在步骤4)中，在调节板两端设有耳朵式小孔，用于固定牵引绳；将牵引绳穿引至调节盘处，调节盘固定在下支撑杆的矩形截面处，调节盘中央突出的柱体为调节帽的固定支柱，确保调节帽的360度旋转，同时调节盘上的刻度分为两层，内外圈均以10度为间隔，内圈与外圈相差5度，在减小调节盘大小的同时保证角度调节间隔为5度；在调节帽的圆周上设有通孔，放置调节钉，调节帽的圆周顶部同样设有2个耳朵式小孔，作为牵引绳的另一端接口。

5)支撑底座采用装配式底座，支撑底座与下支撑杆中调节盘法线方向上的两个凸起采用插槽式配合，使支撑底座与下支撑杆的底部成为一个整体，构成压膜式测量装置。

在步骤3)中，所述下支撑杆的横截面为对称翼型NACA0020。

本发明用于小型教学实验用风洞，满足可靠稳定的试验段气流环境以及更精确的流动参数测量要求，需将研究对象用某种稳固且对模型本身流动影响尽可能少的支撑系统置于风洞试验段的均匀气流中，并根据试验的要求便捷地改变模型的姿态。

附图说明

图1为现有的典型直流低速风洞结构示意图。

图2为本发明实施例的结构组成示意图。

图3为本发明实施例的底侧组成示意图。

图4为本发明实施例的支撑底座装配示意图。

图5为本发明实施例的调节板示意图。

图6为本发明实施例的调节销示意图。

图7为本发明实施例的翼形支撑杆、下支撑杆、调节盘示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图2～7。

本发明实施例包括以下步骤：

1)设有模型支撑和调节一体化装置，所述模型支撑和调节一体化装置设有实验模型1、调节板2、翼形支撑杆3、下支撑杆4、调节盘5、牵引绳6、调节销7和支撑底座8；所述实验模型1通过调节板2与翼形支撑杆3连接，所述调节板2上设有调节板固定孔21，实验模型1与翼形支撑杆3的连接处设有螺母沉孔31，螺母沉孔31上由螺母固定，下支撑杆4设在翼形支撑杆3的变截面柱体上，调节盘5设在下支撑杆4上，下支撑杆4与调节销7设在调节盘5上，下支撑杆4的底部设在支撑底座8上；调节销7设有调节帽71、调节钉72和耳朵孔73；

2)采用攻角调节板将实验模型与翼形支撑杆相连接，并在实验模型的连接位置处设计螺母沉孔和固定螺母，在调节板的相同位置处设计沉头通孔，用于安装螺栓，实现调节板与实验模型的连接；

3)下支撑杆下壁面安装口加工装配，下支撑杆呈长方体，长方体的外部平面固定；所述下支撑杆的横截面为对称翼型NACA0020；

4)牵引绳采用外置攻角调节方式，将调节板与调节销通过牵引绳构成平行四边形结构，实现在外端旋转调节钉时调节板可以同角度转动；在调节板两端设有耳朵式小孔，用于固定牵引绳；将牵引绳穿引至调节盘处，调节盘固定在下支撑杆的矩形截面处，调节盘中央突出的柱体为调节帽的固定支柱，确保调节帽的360度旋转，同时调节盘上的刻度分为两层，内外圈均以10度为间隔，内圈与外圈相差5度，在减小调节盘大小的同时保证角度调节间隔为5度；在调节帽的圆周上设有通孔，放置调节钉，调节帽的圆周顶部同样设有2个耳朵式小孔，作为牵引绳的另一端接口。

5)支撑底座采用装配式底座，支撑底座与下支撑杆中调节盘法线方向上的两个凸起采用插槽式配合，使支撑底座与下支撑杆的底部成为一个整体，构成压膜式测量装置。

本发明涉及一种小型教学用风洞的试验段设计，为实现实验模型的固定、更换及攻角调节等方面，设计出一种即不破坏试验段内流场稳定性的夹持装置，同时具有更换模型的便捷性、外部调节攻角的可实现性与准确性。本发明底部支撑配合精细，在实现支撑作用的同时可以在支撑底座中加放薄膜微压传感器，实现风洞内数据测量。

Claims (3)

1.一种复合式模型支撑和调节设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设有模型支撑和调节一体化装置，所述模型支撑和调节一体化装置设有实验模型、调节板、翼形支撑杆、下支撑杆、调节盘、牵引绳、调节销和支撑底座；所述实验模型通过调节板与翼形支撑杆连接，所述调节板上设有调节板固定孔，实验模型与翼形支撑杆的连接处设有螺母沉孔，螺母沉孔上由螺母固定，下支撑杆设在翼形支撑杆的变截面柱体上，调节盘设在下支撑杆上，下支撑杆与调节销设在调节盘上，下支撑杆的底部设在支撑底座上；调节销设有调节帽、调节钉和耳朵孔；

2)采用攻角调节板将实验模型与翼形支撑杆相连接，并在实验模型的连接位置处设计螺母沉孔和固定螺母，在调节板的相同位置处设计沉头通孔，用于安装螺栓，实现调节板与实验模型的连接；

3)下支撑杆下壁面安装口加工装配，下支撑杆呈长方体，长方体的外部平面固定；

4)牵引绳采用外置攻角调节方式，将调节板与调节销通过牵引绳构成平行四边形结构，实现在外端旋转调节钉时调节板可以同角度转动；

5)支撑底座采用装配式底座，支撑底座与下支撑杆中调节盘法线方向上的两个凸起采用插槽式配合，使支撑底座与下支撑杆的底部成为一个整体，构成压膜式测量装置。

2.如权利要求1所述一种复合式模型支撑和调节设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述下支撑杆的横截面为对称翼型NACA0020。

3.如权利要求1所述一种复合式模型支撑和调节设计方法，其特征在于在步骤4)中，在调节板两端设有耳朵式小孔，用于固定牵引绳；将牵引绳穿引至调节盘处，调节盘固定在下支撑杆的矩形截面处，调节盘中央突出的柱体为调节帽的固定支柱，确保调节帽的360度旋转，同时调节盘上的刻度分为两层，内外圈均以10度为间隔，内圈与外圈相差5度，在减小调节盘大小的同时保证角度调节间隔为5度；在调节帽的圆周上设有通孔，放置调节钉，调节帽的圆周顶部同样设有2个耳朵式小孔，作为牵引绳的另一端接口。