CN108362464B - 用于连续式跨声速风洞喷管半柔壁的液压驱动集成单元 - Google Patents
用于连续式跨声速风洞喷管半柔壁的液压驱动集成单元 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种连续式跨声速风洞喷管半柔壁的姿态动态调节液压集成单元，其特征在于：采用的液压集成单元为驱动机构、导向机构、液压锁紧机构的分离布置的形式，三大机构独立运作，却又功能协调、空间复用。各机构之间采用内嵌、层叠等形式，空间复用，结构紧凑，在有限空间内增加刚度，增大工作空间。集成单元的各部分机构均通过刚性的滑台相互连接，保证了集成单元之中各部分机构间的强制同步，有效避免了驱动机构和导向机构不同步的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及连续式跨声速风洞试验技术领域，具体涉及连续式跨声速风洞喷管段半柔壁各部分的位姿调整机构。该装置主要用于连续式跨声速风洞半柔壁喷管的驱动控制。
背景技术
风洞是用于验证各型航空航天飞行器、高速动车组等气动外形是否合理的重要试验装置，其主要实验过程是在风洞中模拟出对象运行时的外部气体流场特性(马赫数、雷诺数、普朗特数等)，并对被试验对象在模拟流场中的测量参数做出一系列的评估，从而实现对其真实工作情况下特性的预知。根据风洞可模拟的气体流流场流速范围不同，可分为亚声速、跨声速、超声速、高超声速风洞。而根据流场产生的方式，风洞可分为暂冲式和连续式。暂冲式风洞气体流场产生的原理是：在风洞两端分别预先产生一定的高压气体与负压气体，然后同时打开两端的气阀沟通高压与负压，即可产生流场；而连续式风洞一般是依靠大型的轴流风机作为驱动来产生流场。为了精确控制风洞中流场的参数，需利用相关的风洞试验特种装置对流场进行调节，而其中喷管段是整个风洞中调节气体流场最为关键、直接的部分。喷管段一般是通过一定的型面来改变流场的参数，对于暂冲式风洞，由于其流场作用时间短，流场马赫数高，一般采用具有固定型面喷管段进行调节；而对于连续式风洞，由于其要求具有连续的马赫数调节能力，一般是采用可调型面的喷管段。根据连续式风洞喷管段可调型面中柔性壁(或称柔板)所占的比例不同，进一步又可分为半柔壁与全柔壁。全柔壁喷管的可调型面全部由柔性壁组成；半柔壁喷管的可调型面一般是由可调收缩段、喉块段、柔板段组成(布置顺序为气流方向)。对于连续式跨声速风洞喷管段半柔壁，能否保证其整个型面成形的精度就是能否保证风洞试验结果可靠性最关键的问题，因此喷管段对气体流场相关参数控制的精度，是评价其工作能力的关键指标。本发明介绍一种适用于连续式跨声速风洞喷管段半柔壁的液压驱动集成单元，以满足风洞试验的要求。
该液压集成单元适用于连续式跨声速风洞喷管半柔壁的姿态动态调节，在有限的空间内实现了液压驱动系统(2)、液压锁紧系统(3)、导向系统(4)的分离布置。
发明内容
本发明的基本功能是：该集成单元在有限的空间内，通过液压机构驱动喷管段中的可调收缩段、喉块、柔板等来实现对型面的准确控制，形成流场所需内型面，动态调节喷管中流场的流速。
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于大型跨声速半柔壁风洞喷管姿态动态调节的液压集成单元。满足试验要求的驱动力大，吹风过程中可动态调节，型面成型长期稳定性好，同组执行机构之间具有良好的同步性，具备抵抗侧向力的能力，运动范围大，机构尺寸小等要求。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明采用的液压集成单元为液压驱动系统(2)、液压锁紧系统(3)、导向系统(4)的分离布置的形式，三大系统独立运作，却又功能协调、空间复用。各机构之间采用内嵌、层叠等形式，空间复用，结构紧凑，在有限空间内增加刚度，增大工作空间。驱动系统(3)通过液压缸(2-1)提供大驱动力，导向系统(4)通过三向等性导轨(4-2)实现，液压锁紧系统(3)通过液压锁紧缸 (3-3)实现。
具体的，本液压集成单元整体机构需整体布局在一安装座(1)上，共两个集成单元协同控制被执行件喉块(7-1)，安装座(1)固连于喷管段框架之上。本集成单元的各部分机构均通过滑台单元(5)相互连接。
具体的，每组液压集成单元配有2个液压缸(2-1)，3个驱动杆(6)，2个液压锁紧缸(3-3)和4组双滑块导轨(4-2)，这些机构均通过滑台单元(5) 相互连接。液压缸(2-1)上端通过耳轴座(2-2)安装于安装台(1)上，液压缸推杆(2-3)下端的杆端轴承作用于滑台单元(5)。3个驱动杆(6)两端均为转动副，驱动杆(6)的上端通过转动副和滑台单元(5)连接，下端通过转动副和被执行件连接(可调收缩段、喉块等)。2个液压锁紧缸(3-3)也通过法兰安装于滑台单元(5)上，起到液压锁紧的作用。而滑台单元(5)的下平面安装有四组双滑块，各组滑块之间均相互平行。
具体的，两液压缸(2-1)平行布置于安装座(1)之上，两液压缸(2-1) 具有完全同规格，且在安装座(1)上对称布置。液压缸(2-1)上端通过耳轴座(2-2)安装于安装座(1)上，下端液压缸推杆(2-3)的杆端轴承作用于滑台单元(5)，杆端轴承可有效避免径向力对液压缸(2-1)缸体带来的破坏作用。液压缸(2-1)在此处只作为驱动，而不起导向作用，依靠导轨滑块机构导向。滑台单元(5)采取内嵌结构，在运动过程中液压缸(2-1)缸体可部分嵌入滑台单元(5)的液压缸洞(5-1)中，有效实现了空间复用。
具体的，3个驱动杆(6)上端的转动副分别布置于滑台单元(5)的中间和两端，且3个驱动杆(6)转动副的转动轴共线，三驱动杆(6)具有相同的尺寸规格，避免了运动过程中出现卡死。驱动杆(6)的转动副轴线和液压缸转动轴线在高度方向上有一定间距，实现了空间复用，节约了高度空间。
具体的，在滑台单元(5)的液压缸洞(5-1)和中间驱动杆(6)转动副之间布置有液压锁紧缸洞(5-2)，液压锁紧缸(3-3)通过法兰安装与滑台单元(5) 上。液压锁紧缸(3-3)采用逆向工作原理，当油缸工作时，只需给液压锁紧缸 (3-3)加压到9～16MPa，并保压即可；当需要锁紧时，断油泄压即可锁紧，反应时间约10ms，可有效做到瞬间锁紧保护；液压锁紧缸(3-3)内部设置特制高弹性和高压碟簧，为防止液压锁紧缸(3-3)内壁与活塞杆磨损，其内壁采用特殊材料。因此，液压锁紧缸(3-3)在必要时可支撑半柔壁型面组件，便于油缸的安装、调试、维护，保证系统和人员的安全。且在风洞运行时，当调到需求马赫数的型面后，可利用液压锁紧缸(3-3)将执行机构锁定，维持半柔壁喷管的型面，以降低控制技术要求，并且可以消除振动等环境对型面成型精度的影响。
具体的，滑台单元(5)的下平面安装有4组双滑块导轨机构，滑块均为四向等性滑块(4-1)，可有效承载滑台所受到的侧向力等破坏力，并起到高精度导向作用，保证机构的运行。
具体的，由于本发明采用内嵌、层叠等形式，空间复用，结构紧凑，在有限空间内增加机构的刚度，增大了工作空间。
本发明用于大型跨声速半柔壁风洞喷管姿态动态调节的有益效果是：
1.与现有的半柔壁驱动单元相比，本液压集成单元在运动过程中不产生液压缸(2-1)的摆动，因此机构的摆动质量大大减小。这有效避免了液压缸(2-1) 摆动带来的漏油现象严重，精度难以保证，缸体安装和位置标定困难等问题。
2.结构集成度高，机构的液压驱动系统(2)、液压锁紧系统(3)、导向系统(4)通过平行布置或者层叠布置，依靠滑台单元(5)的连接集成安装在有限的空间内。
3.该发明创新性地在滑台单元(5)上设计了液压缸洞(5-1)结构，液压缸(2-1)在运动过程中可嵌入滑台单元(5)内部，实现了空间复用。
4.该发明创新性地在滑台上安装了双滑块导轨机构，可调收缩段、喉块、乃至柔板上的侧向力可通过三个驱动杆(6)传递到滑台上，再通过双滑块导轨机构传递到刚度极强的安装座(1)上，有效避免了侧向力对液压缸(2-1)等机构的破坏作用。
5.由于集成单元的各部分机构均通过刚性的滑台单元(5)相互连接，保证了集成单元之中各部分机构间的强制同步，有效避免了驱动系统(2)和导向系统(4)不同步的可能性。
6.液压缸 锁紧杆(3-2)的两端支撑通过方形块固连，该方形块在增加抱紧杆支撑刚性的同时也起到了限位块的作用，形成锁紧杆安装座(3-1)。在出现意外时，通过方形块的机械限位来保证机构安全，防止发生危险。
7.本液压集成单元的适用性较广，适用于大型跨声速半柔壁风洞喷管姿态动态调节，半柔壁喷管的可调收缩段、喉块、柔板部分均可采取此种形式的液压集成单元实现板型的动态调节。在实际应用中，组间可采取“背靠背”布置此集成单元来进一步减少安装座(1)的数量，减小安装空间，如图4。
8.由于安装座(1)的相对独立性，大大方便了集成单元的维护。每组液压集成单元均可单独吊装，维修，避免了传统框架式维修困难的问题。
附图说明
图1是本发明的液压集成单元整体结构示意图
图2是本发明的集成单元组成结构示意图
图3是本发明中滑台机构简图
图4是本发明的一种应用形式
图中：1.安装座，2.液压驱动系统，2-1.液压缸，2-2.耳轴座，2-3.液压缸推杆，3.液压锁紧系统，3-1.锁紧杆安装座，3-2.液压缸锁紧杆，3-3.液压锁紧缸，4.导向系统，4-1.四向等性滑块，4-2.四向等性导轨，5.滑台单元， 5-1.液压缸洞，5-2.液压缸杆端轴承转动副，5-3.液压锁紧缸洞，5-4.驱动杆转动副，6.驱动杆，7.喉块单元，7-1.喉块，7-2.喉块支座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1所示，该集成单元在有限的空间内，通过液压驱动系统(2)驱动喷管段中的可调收缩段、喉块、柔板等来实现对型面的准确控制，形成流场所需内型面，动态调节喷管中流场的流速。满足试验要求的驱动力大，吹风过程中可动态调节，型面成型长期稳定性好，同组执行机构之间具有良好的同步性，具备抵抗侧向力的能力，运动范围大，机构尺寸小等要求。
具体来说，本发明采用的液压集成单元为液压驱动系统(2)、液压锁紧系统(3)、导向系统(4)的分离布置的形式，三大系统独立运作，却又功能协调、空间复用。各机构之间采用内嵌、层叠等形式，空间复用，结构紧凑，在有限空间内增加刚度，增大工作空间。液压驱动系统(2)通过液压缸(2-1)提供大驱动力，导向系统(4)通过三向等性导轨(4-2)实现，液压锁紧系统(3) 通过液压锁紧缸(3-3)实现。
本液压集成单元整体机构需整体布局在一安装座(1)上，共两个集成单元协同控制被执行件喉块(7-1)，安装座(1)固连于喷管段框架之上。本液压集成单元整体结构如图1所示，机构需整体布局在一安装座(1)上，安装座(1) 固连于喷管段框架之上。本集成单元的各部分机构均通过一滑台单元(5)相互连接。每组液压集成单元配有2个液压缸(2-1)，3个驱动杆(6)，2个液压锁紧缸(3-3)和4组双滑块导轨(4-2)，这些机构均通过滑台单元(5)相互连接。液压缸(2-1)上端通过耳轴座(2-2)安装于安装座 (1)上，液压缸推杆 (2-3)下端的杆端轴承作用于滑台单元(5)。3个驱动杆(6)两端均为转动副，驱动杆(6)的上端通过转动副和滑台单元(5)连接，下端通过转动副和被执行件连接(可调收缩段、喉块等)。2个液压锁紧缸(3-3)也通过法兰安装于滑台单元(5)上，起到液压锁紧的作用。而滑台单元(5)的下平面安装有四组双滑块，各组滑块之间均相互平行。
两液压缸(2-1)平行布置于安装座(1)之上，两液压缸(2-1)具有完全同规格，且在安装座(1)上对称布置。液压缸(2-1)上端通过耳轴座(2-2) 安装于安装座(1)上，下端液压缸推杆(2-3)的杆端轴承作用于滑台单元(5)，杆端轴承可有效避免径向力对液压缸(2-1)缸体带来的破坏作用。液压缸(2-1) 在此处只作为驱动，而不起导向作用，依靠导轨滑块机构导向。滑台单元(5) 采取内嵌结构，在运动过程中液压缸(2-1)缸体可部分嵌入滑台单元(5)的液压缸洞(5-1)中，有效实现了空间复用。
3个驱动杆(6)上端的转动副分别布置于滑台单元(5)的中间和两端，且 3个驱动杆(6)转动副的转动轴共线，三驱动杆(6)具有相同的尺寸规格，避免了运动过程中出现卡死。驱动杆(6)的转动副轴线和液压缸转动轴线在高度方向上有一定间距，实现了空间复用，节约了高度空间。
在滑台的液压缸洞(5-1)和中间驱动杆(6)转动副之间布置有液压锁紧缸洞(5-3)，液压锁紧缸(3-3)通过法兰安装于滑台单元(5)上。液压锁紧缸(3-3)采用逆向工作原理，当油缸工作时，只需给液压锁紧缸(3-3)加压到9～16MPa，并保压即可；当需要锁紧时，断油泄压即可锁紧，反应时间约10ms，可有效做到瞬间锁紧保护；液压锁紧缸(3-3)内部设置特制高弹性和高压碟簧，为防止液压锁紧缸(3-3)内壁与活塞杆磨损，其内壁采用特殊材料。因此，液压锁紧器(3-3)在必要时可支撑半柔壁型面组件，便于油缸的安装、调试、维护，保证系统和人员的安全。且在风洞运行时，当调到需求马赫数的型面后，可利用液压锁紧缸(3-3)将执行机构锁定，维持半柔壁喷管的型面，以降低控制技术要求，并且可以消除振动等环境对型面成型精度的影响。此外，滑台单元(5)的下平面安装有4组双滑块导轨机构，滑块均为四向等性滑块(4-1)，可有效承载滑台单元(5)所受到的侧向力等破坏力，并起到高精度导向作用，保证机构的运行。
实施例2
本实施例的主要结构同实施例1，进一步：
液压缸(2-1)、锁紧缸(3-3)和驱动杆(6)的数目可根据风洞的具体运行条件来选取不同数目；四向等性导轨(4-2)固定安装于安装座(1)上，四向等性滑块(4-1)固定安装于滑台单元(5)上。
本液压驱动单元中的滑台单元(5)将多种部件联系在一起，尤其是两个液压缸推杆连接的滑台单元(5)，滑台单元(5)固连四组双滑块导轨机构，强制地保证了各机构的运动同步性。本液压驱动单元有别于传统的液压框架摆动式风洞试验设计思路，将离散和整合有机统一，液压驱动系统(2)、锁紧系统(3)、导向系统(4)整合于一个驱动单元上，而每个单元互相独立，共同作用于工作段(可调收缩段、喉块段、柔板段)，整个驱动单元直接安装于框架，维护简便，安装容易。整体摆动质量小，减小了由于液压缸摆动带来的漏油严重，精度降低等影响，因此本发明用于连续式跨声速风洞喷管半柔壁整个系统的精度和安全性都有所提高。
Claims (2)
1.一种用于大型跨声速半柔壁风洞喷管的姿态动态调节液压集成单元，其特征在于：本液压集成单元整体机构需整体布局在一安装座(1)上，共两个液压集成单元协同控制被执行件喉块(7-1)，安装座(1)固连于喷管段框架之上；本液压集成单元的各部分机构均通过一滑台单元(5)相互连接；每组液压集成单元配有液压缸(2-1)，多个驱动杆(6)，多个液压锁紧缸(3-3)和多组双滑块导轨(4-2)，这些机构均通过滑台单元(5)相互连接；驱动杆(6)两端均为转动副，驱动杆(6)的上端通过转动副和滑台单元(5)连接，下端通过转动副和被执行件连接；所述被执行件连接是可调收缩段和喉块；液压锁紧缸(3-3)也通过法兰安装于滑台单元(5)上，起到液压锁紧的作用；而滑台单元(5)的下平面安装有多组双滑块，各组滑块之间均相互平行；各液压缸(2-1)平行布置于安装座(1)之上；液压缸(2-1)上端通过耳轴座(2-2)安装于安装座(1)上，下端液压缸推杆(2-3)的杆端轴承作用于滑台单元(5)；液压缸(2-1)在此处只作为驱动，而不起导向作用，依靠导轨滑块机构导向；滑台单元(5)采取内嵌结构：即在运动过程中液压缸(2-1)缸体可部分嵌入滑台单元(5)的液压缸洞(5-1)中；驱动杆(6)上端的转动副分别布置于滑台单元(5)的中间和两端，且驱动杆(6)转动副的转动轴共线，驱动杆(6)具有相同的尺寸规格；驱动杆(6)的转动副轴线和液压缸转动轴线在高度方向上有一定间距；在滑台单元(5)的液压缸洞(5-1)和中间驱动杆(6)转动副之间布置有液压锁紧缸洞(5-3)，液压锁紧缸(3-3)通过法兰安装于滑台单元(5)上；此外，滑台单元(5)的下平面安装有多组双滑块导轨机构，滑块均为四向等性滑块(4-1)。
2.根据权利要求1所述的大型跨声速半柔壁风洞喷管的姿态动态调节液压集成单元，其特征在于：液压缸(2-1)、液压 锁紧缸(3-3)和驱动杆(6)的数目可根据风洞的具体运行条件来选取不同数目；四向等性的双滑块导轨(4-2)固定安装于安装座(1)上，四向等性滑块(4-1)固定安装于滑台单元(5)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 621000 No. 6 South Section of Second Ring Road, Mianyang City, Sichuan Province Applicant after: Institute of Equipment Design & Test Technology, CARDC Applicant after: Chongqing University Address before: 400044 No. 174 Sha Jie street, Shapingba District, Chongqing Applicant before: Chongqing University Applicant before: Institute of Equipment Design & Test Technology, CARDC |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Fan Inventor after: Guo Shouchun Inventor after: Xie Zhijiang Inventor after: Liu Nian Inventor after: Guo Yingwei Inventor after: Liao Wenlin Inventor after: Liu Fei Inventor after: Yang Pengcheng Inventor after: Pi Yangjun Inventor before: Xie Zhijiang Inventor before: Song Daiping Inventor before: Guo Yingwei Inventor before: Chen Zhenhua Inventor before: Yin Yongtao Inventor before: Zhang Hao Inventor before: Zhang Zhiqiu Inventor before: Liao Wenlin Inventor before: Liu Fei Inventor before: Pi Yangjun |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |