CN108168833B - 一种开口式风洞模型试验支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开口式风洞模型试验支撑装置，属于风洞试验技术领域。该支撑装置采用“联杆”机构，通过各支臂的独立运动实现角度、位移控制。整套系统采用液压位置伺服，由Z向机构和变角度机构组成。Z向机构由底座、支架、液压缸、滑车和导轨组成，液压缸通过导轨导向推动滑车实现Z方向位移。变角度机构由模型支杆、一个固定支臂、三个活动支臂、六个双作用单杆活塞式液压缸构成，可以实现俯仰角和偏航角的变换。该发明通过四个子系统相关作用，相互监控，其控制系统抗干扰能力强，可大大提高监控系统的精度及可靠性，同时控制参数设置自由灵活，能满足多样性的控制要求。

Description

一种开口式风洞模型试验支撑装置

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种开口式风洞模型试验支撑装置。

背景技术

风洞模型试验过程中，支撑装置是在风洞中支撑模型，并通过角度机构改变模型的姿态角，即模型的迎角、侧滑角或滚转角。支撑装置的结构形式多种多样，复杂程度不一，不同风洞都有着自身特色的支撑装置。风洞模型常规测力试验常用尾撑、腹撑、张线等支撑方式。风洞模型试验对支撑系统的要求为支撑系统必须有足够的刚度和强度；有改变模型姿态角的机构，且角度或位置控制准度高；对风洞试验段流场干扰小，便于维护等。例如：中航工业气动院在FL-8低速风洞开展了三点支撑装置(高剑军,焦仁山.FL-8风洞三点支撑系统研制[J].实验流体力学,2011,25(06):88-91)。气动中心FL-12风洞尾撑尾支杆干扰进行研究(章荣平,王勋年等.低速风洞尾撑支杆干扰研究[J].实验流体力学，2006,20(03):33-38)。

对于大多数风洞试验，尾撑装置和腹撑装置为两个不同的装置，根据试验任务的不同，选择不同的支撑装置，更换过程比较繁琐。对于开口式风洞，风洞中心距离地面较高(本装置针对风洞中心距离地面10m),传统的腹撑装置(即主支杆支撑，副支杆变角，带风挡)如果从地面到风洞中心进行设计，结构非常复杂，占地面积比较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种开口式风洞模型试验支撑装置，包括：

立柱，底端连接第一液压缸；

基座，连接在所述立柱的顶端，并向侧边延伸，其在远离所述立柱的一端限制出第一凹槽；

俯仰调节支杆，一端限制出第二凹槽，另一端限制出第三凸起；

水平调节支杆，两端分别限制出第一凸起及第二凸起，所述第一凸起容纳在所述第一凹槽内，所述第二凸起容纳在所述第二凹槽内，所述水平调节支杆上设置有四个挂载点，所述四个挂点分别挂载第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸以及第五液压缸，所述第二液压缸与第三液压缸位于所述水平调节支杆的同一侧，第四液压缸以及第五液压缸位于水平调节支杆的另一侧，第二液压缸及第四液压缸的另一端连接所述基座，所述第三液压缸以及第五液压缸的另一端连接所述俯仰调节支杆；

模型支杆，一端限制出第三凹槽，用于容纳所述第三凸起，第六液压缸及第七液压缸的一端对立设置在所述俯仰调节支杆的两侧，另一端连接在所述模型支杆上。

腹撑支杆，可拆卸安装在所述模型支杆上；

其中，由第三液压缸及第四液压缸轴线确定的平面平行于水平面，由第六液压缸及第七液压缸轴线确定的平面垂直于所述水平面。

优选的是，所述立柱底端通过螺栓连接在第一液压缸伸出端上。

优选的是，所述第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸以及第五液压缸均为单杠活塞式液压缸。

优选的是，所述腹撑支杆通过法兰盘安装在所述模型支杆上。

优选的是，还包括提供立柱沿竖直方向移动的竖直导轨。

优选的是，所述立柱底端通过销轴连接在第一液压缸伸出端上。

本发明的关键点：

1.即可以实现腹撑模式，也具备尾撑使用模式；

2.支撑装置采用“联杆”机构，通过各支臂的独立运动实现角度、位移控制；

3.利用液压伺服装置控制液压缸的动作，始终保证风洞模型试验过程中，模型在风洞中心位置。

本发明克服了传统腹撑装置带来的不便利，并具备尾撑使用模式，适用的风洞试验更多，安装拆卸更为便利。

本发明实现了低速直流开口式风洞试验的模型支撑、模型变俯仰角、变偏航角一体化，并可通过更换模型支臂实现腹撑模式和尾撑模式之间变换，将两套装置有效的合为一体，减少经济成本。该发明通过四个子系统相关作用，相互监控，其控制系统抗干扰能力强，可大大提高监控系统的精度及可靠性，同时控制参数设置自由灵活，能满足多样性的控制要求，其角度精度为0.1°，位移精度为5mm，实现偏航角、俯仰角从-25°到25°之间连续变化。

附图说明

图1为本发明开口式风洞模型试验支撑装置的一优选实施例的装置安装示意图。

图2为本发明开口式风洞模型试验支撑装置的另一优选实施例的装置安装示意图。

图3为本发明图2所示实施例的测试图。

其中，1为立柱、2为第一液压缸、3为基座、4为俯仰调节支杆、5为模型支杆、6为腹撑支杆、7为腹撑模型安装点、8为水平调节支杆；

31为第一凹槽，41为第二凹槽，42为第三凸起，81为第一凸起，82为第二凸起；

802为第二液压缸，803为第三液压缸，804为第四液压缸，805为第五液压缸，406为第六液压缸，407为第七液压缸。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，例如“顺时针”、“逆时针”、“向上”、“向下”等，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种开口式风洞模型试验支撑装置，如图1所述，主要包括立柱1、第一液压缸2、基座3、俯仰调节支杆4、模型支杆5、腹撑支杆6、腹撑模型安装点7、水平调节支杆8以及多个液压缸。

其中，立柱1，提供Z向支撑，其底端连接第一液压缸2，并通过第一液压缸2提供Z向运动，本实施例中，所述立柱1底端通过螺栓连接在第一液压缸2伸出端上，由伸出端带动立柱运动，备选实施方式中，立柱1与第一液压缸2组成的机构主要包括底座、支架、液压缸、滑车和导轨，液压缸通过导轨导向推动滑车实现Z方向位移，该情形下，所述立柱1底端可以通过销轴连接在第一液压缸2伸出的耳片结构上。

基座3，通过高强度螺栓连接在所述立柱1的顶端，并向侧边延伸，其在远离所述立柱1的一端限制出第一凹槽31，参考图3，该第一凹槽31为球状凹陷，适配容纳呈半球状的第一凸起81，构成关节结构，再通过侧边的液压缸，实现偏转。

俯仰调节支杆4，参考图2或图3，一端限制出第二凹槽41，另一端限制出第三凸起42；水平调节支杆8，两端分别限制出第一凸起81及第二凸起82，所述第一凸起81容纳在所述第一凹槽31内，所述第二凸起82容纳在所述第二凹槽41内，所述水平调节支杆8上设置有四个挂载点，所述四个挂点分别挂载第二液压缸802、第三液压缸803、第四液压缸804以及第五液压缸805，所述第二液压缸802与第三液压缸803位于所述水平调节支杆8的同一侧，第四液压缸804以及第五液压缸805位于水平调节支杆8的另一侧，第二液压缸802及第四液压缸804的另一端连接所述基座3，所述第三液压缸803以及第五液压缸805的另一端连接所述俯仰调节支杆4；

模型支杆5，一端限制出第三凹槽51，用于容纳所述第三凸起42，第六液压缸406及第七液压缸407的一端对立设置在所述俯仰调节支杆4的两侧，另一端连接在所述模型支杆5上。

腹撑支杆6，可拆卸安装在所述模型支杆5上；

其中，由第三液压缸803及第四液压缸804轴线确定的平面平行于水平面，由第六液压缸406及第七液压缸407轴线确定的平面垂直于所述水平面。可以理解的是，图2为主视图，图3为俯视图，上述第三液压缸803及第四液压缸804轴线确定的平面平行于水平面，即提供水平调节支杆8的左右摆动，同理，第六液压缸406及第七液压缸407轴线确定的平面垂直于所述水平面，即提供俯仰调节支杆4的俯仰运动。

本实施例变角度机构由模型支杆、一个固定支臂、三个活动支臂、六个双作用单杆活塞式液压缸构成，可以实现俯仰角和偏航角的变换。俯仰角变换由两个双作用单杆活塞式液压缸联合作用实现，通过该液压缸推动接头实现俯仰角度，Z向液压缸(第一液压缸)同步补偿Z向位移。偏航角变换由四个双作用单杠活塞式液压缸联合作用实现。两支臂等长，通过铰接连接。控制偏航角时，两支臂分别运动相应的正偏航和负偏航角度，此时两支臂在Y方向的位移数值相等、方向相反，互为补偿，保证试验件在Y向处于风洞中心。

需要说明的是，上述凹槽及凸起均为球状，构成攻角运动关节以及偏航运动关节，以配合液压缸实现摆动(俯仰角和偏航角的变换)。

本实施例中，所述第二液压缸802、第三液压缸803、第四液压缸804以及第五液压缸805均为单杠活塞式液压缸，第六液压缸406及第七液压缸407也可以是单杠活塞式液压缸。这三组液压缸均由液压泵站、管路、3组液压缸、管件、液压伺服控制器等部分组成，另外还有计算机控制部分。液压系统驱动3组液压缸进行动作，保证模型支杆的中心点，始终处在风洞的中轴线上。

本实施例中，所述腹撑支杆6可以通过法兰盘安装在所述模型支杆5上，通过腹撑支杆6使腹撑模型安装点7固定连接到机身腹部，实现腹撑模式，参考图1，另外，本发明还具有尾撑使用模式，参考图2，模型支杆5直接固定到机身尾部。

本实施例中，所述装置还包括监控系统与控制系统，监控系统是试验台的测量与监视系统，以工业控制计算机为基础，在监控计算机的集中控制、调度下，完成位移、偏航角及俯仰角的实时监视任务。控制系统是试验台的测量与控制系统，以工业控制计算机为基础，在控制计算机的集中控制、调度下，完成偏航角及俯仰角的协调控制、位置补偿、实时显示任务。

该发明的关键点在于：

1.在开口风洞内提供模型静态和动态的俯仰角、偏航角，并保证旋翼中心或机身模型中心位置不变；

2.即可以实现腹撑模式，也具备尾撑使用模式；

3.支撑装置采用“联杆”机构，通过各支臂的独立运动实现角度、位移控制。

本发明克服了传统腹撑装置带来的不便利，并具备尾撑使用模式，适用的风洞试验更多，安装拆卸更为便利。

本发明实现了低速直流开口式风洞试验的模型支撑、模型变俯仰角、变偏航角一体化，并可通过更换模型支臂实现腹撑模式和尾撑模式之间变换，将两套装置有效的合为一体，减少经济成本。该发明通过四个子系统相关作用，相互监控，其控制系统抗干扰能力强，可大大提高监控系统的精度及可靠性，同时控制参数设置自由灵活，能满足多样性的控制要求，其角度精度为0.1°，位移精度为5mm，实现偏航角、俯仰角从-25°到25°之间连续变化。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，包括：

立柱(1)，底端连接第一液压缸(2)；

基座(3)，连接在所述立柱(1)的顶端，并向侧边延伸，其在远离所述立柱(1)的一端限制出第一凹槽(31)；

俯仰调节支杆(4)，一端限制出第二凹槽(41)，另一端限制出第三凸起(42)；

水平调节支杆(8)，两端分别限制出第一凸起(81)及第二凸起(82)，所述第一凸起(81)容纳在所述第一凹槽(31)内，所述第二凸起(82)容纳在所述第二凹槽(41)内，所述水平调节支杆(8)上设置有四个挂载点，所述四个挂点分别挂载第二液压缸(802)、第三液压缸(803)、第四液压缸(804)以及第五液压缸(805)，所述第二液压缸(802)与第三液压缸(803)位于所述水平调节支杆(8)的同一侧，第四液压缸(804)以及第五液压缸(805)位于水平调节支杆(8)的另一侧，第二液压缸(802)及第四液压缸(804)的另一端连接所述基座(3)，所述第三液压缸(803)以及第五液压缸(805)的另一端连接所述俯仰调节支杆(4)；

模型支杆(5)，一端限制出第三凹槽(51)，用于容纳所述第三凸起(42)，第六液压缸(406)及第七液压缸(407)的一端对立设置在所述俯仰调节支杆(4)的两侧，另一端连接在所述模型支杆(5)上；

腹撑支杆(6)，可拆卸安装在所述模型支杆(5)上；

其中，由第三液压缸(803)及第四液压缸(804)轴线确定的平面平行于水平面，由第六液压缸(406)及第七液压缸(407)轴线确定的平面垂直于所述水平面。

2.如权利要求1所述的开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，所述立柱(1)底端通过螺栓连接在第一液压缸(2)伸出端上。

3.如权利要求1所述的开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，所述第二液压缸(802)、第三液压缸(803)、第四液压缸(804)以及第五液压缸(805)均为单杠活塞式液压缸。

4.如权利要求1所述的开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，所述腹撑支杆(6)通过法兰盘安装在所述模型支杆(5)上。

5.如权利要求1所述的开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，还包括提供立柱(1)沿竖直方向移动的竖直导轨。

6.如权利要求5所述的开口式风洞模型试验支撑装置，其特征在于，所述立柱(1)底端通过销轴连接在第一液压缸(2)伸出端上。