CN108827585A - 应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，包括支架、平板、船模、前尾支杆、后尾支杆、模型转接块等；支架固定在风洞底板上，平板固定在支架上，船模架固定在平板上。旋翼飞行器模型前后分布，支杆连接到风洞上方的运动机构上，支杆采用弯型设计，避免前方飞行器支杆对后方飞行器流场干扰。运动机构使用竖直导轨保证模型上下运动，使用前后导轨保证模型前后运动，使用左右导轨保证模型左右运动，整个运动机构使用金属蒙皮进行包裹。本发明建立针对低速风洞的多物体质心运动试验机构，可保证多架飞行器的至少三自由度位移能力，并保证运动机构对流场干扰较小、克服了模型狭小不利于安装旋翼电机及测力天平的难题。

Description

应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构

技术领域

本发明涉及风洞试验模型支撑及发射投放，尤其涉及一种应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，属于航空航天工程领域。

背景技术

飞行器飞行过程中对周围流场产生强烈的流场扰动，当两架飞行器靠近时，二者流场相互干扰，扰动更加强烈，流场改变将使得飞行器所受气动力产生改变，这将导致飞行器失稳甚至安全事故。并且当飞行器靠近地面时必定受到地面物体的干扰，同样影响飞行安全。当多架飞行器同时靠近地面时流场干扰将更加严重，为了保证飞行安全必须针对飞行器的干扰问题进行研究。

飞行器着舰是一个典型的低速多体干扰问题，特别是当船体在运动过程中的多架直升机的起降过程，船体头部的上卷涡以及海风穿过船上建筑后的扰动气流都会对正在起降的飞行器产生强烈的气动干扰，严重影响飞行安全，需要针对此问题开展研究。而由于本研究的重点需要考虑两架及以上飞行的着舰干扰问题，试验对模型运动机构的运动能力提出了更加苛刻的要求，最主要的要求包括：1.飞行器模型需具备至少三自由度的位移能力，且运动轨迹可控；2.着舰过程中飞行器旋翼需要转动，且转速可调；3.为模拟多架飞行器的同时起降，试验运动机构需要实现至少两架飞行器的同时起降；4.运动机构不能对试验产生额外的流场干扰；5.为模拟真实飞行器所受干扰，模型机身不能单纯使用螺旋桨，而需使用真实的飞行器，且为满足测力要求，模型内部需预留测力天平的安装位置；6.需在3米量级低速风洞建立如上试验技术，开展研究。

国内多家相关科研机构针对着舰问题开展过相关研究，但并未做到本研究要求的程度，相关技术需要通过创新设计进行解决。

发明内容

本发明的技术解决问题是：建立针对3米量级低速风洞的多物体质心运动试验机构，可保证两架飞行器的至少三自由度位移能力，并且保证运动机构对流场干扰较小、克服了模型狭小不利于安装旋翼电机及测力天平的难题，并且保证旋翼转速可调，为后续试验研究奠定技术基础。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，包括支架、运动机构和多个支杆；

支架设置在低速风洞内，上部水平放置船模；

运动机构设置在低速风洞外部，能够驱动多个支杆三维移动；

多个支杆分别连接飞机模型，使得飞机模型位于船模上方。

优选的，多个支杆运动过程中使得飞机模型之间的相对位置可调。

优选的，飞机模型经转接块连接到测力天平，测力天平后端与支杆连接。

优选的，模型转接块安装至飞机模型内部，飞机模型经模型转接块侧面的右螺纹孔及左螺纹孔安装在模型转接块上；旋翼电机固定在模型转接块的底孔中，转接块天平接口设置在模型转接块的后端面，与测力天平前端匹配安装。

优选的，支杆端部具有水平段，先沿船模的横向方向延伸再沿船模的轴向向前延伸，水平段的端部连接测力天平的后端。

优选的，多个支杆中最后一个为L形支撑，其余支杆具有侧向弯折部，使得前方支杆远离后方飞机模型前部。

优选的，多个支杆的具有侧向弯折部，使得前方支杆远离后方飞机模型。

优选的，所述侧向弯折部为先向船模的轴向偏移再向横向偏移，横向偏移的方向与水平段横向偏移的方向相反距离相同。

优选的，运动机构具有竖直导轨，横向导轨以及轴向导轨；多个支杆的顶端通过旋转机构分别固定在一个轴向导轨上；多个轴向导轨能够分别沿横向导轨移动；横向导轨能够沿竖直导轨在竖直方向上移动。

优选的，旋转机构的转轴与飞机模型的中轴重合。

优选的，旋转机构带动飞机模型在弧形轨道上运动，弧形轨道的中心位于飞机模型的中轴上。

优选的，所述侧向弯折部的轴向偏移距离与水平段沿船模轴向向前延伸的距离之和为弧形轨道的半径。

优选的，运动机构使用金属蒙皮进行包裹。

本发明与建成的有益效果是：

(1)本发明将运动机构安装在试验段外侧，解决了运动机构对风洞流场干扰的难题。模型运动采用电动导轨来实现，直观设计是使用风洞内的弯刀机构，但想要支起如此庞大的模型、支杆及导轨是相当难的。另外考虑将导轨放在风洞内与风洞洞壁固连，但由于本项目中模型需实现三自由度的同时运动，且模型具有一定自重，为保证运动平稳，需每个方向需设计多个电机进行驱动，如此以来风洞内部必定会防止相当数量的电机及导轨，电机及导轨外形不规则，必定对风洞流场产生极大的干扰，影响试验结果。并且，风洞为了保证流场品质，其洞壁都较为光滑，在光滑洞壁上安装如此众多的驱动导轨也是不现实的。为此，本项研究中将运动导轨放置在风洞试验段的外侧，可以很好的解决运动机构对风洞内流场的干扰情况。并且，使用金属蒙皮将运动机构全部包裹起来，减少了试验段上侧开口对试验段流场的干扰。

(2)本发明将船模整体抬高，解决了模型支杆过长带来的支杆变形问题的难题。运动机构整体放置在风洞外侧可以很好的解决导轨电机对风洞流场的干扰问题，但由于风洞上下洞壁高度差3米，若将船模还放在风洞底板上，必将使用接近3米长的支杆，而这将引起模型支杆的变形。为此本试验设计将船模抬离风洞底板，使用支架将船模架高，并且使用一光滑底板模拟海平面，同时也消除了风洞洞壁附面层对试验的影响，一举多得。

(3)本发明前方旋翼飞行器支杆采用弯型设计，解决了前方飞行器支杆对后方飞行器流场干扰的难题。两架飞行器前后分布，若前方飞行器支杆也为简单的L型，则必定对后方旋翼飞行器产生流场干扰，影响试验的真实性，为此为前方飞行器设计了多拐型支杆，支杆出模型后首先侧弯，避开了后方模型最为敏感的头部及上部区域，将支杆引向后方模型的侧部，减小干扰，提高试验数据的可靠性。

(4)本发明通过对模型的合理设计，解决了狭小模型内部安装旋翼电机及测力天平的难题。将飞行器模型设计成左右两部分，并且保证了模型头部的完整外形，减小试验误差，同时使用模型转接块连接模型左右两部分，并将旋翼电机安装在模型转接块上，同时后侧预留模型尾支天平接口，可安装模型测力天平，下侧预留旋翼转速测量位置。

附图说明

图1为本发明所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构示意图；

图2为本发明所述的飞行器模型及其支杆示意图；

图3为本发明所述的飞行器模型转接块示意图；

图4为本发明所述的飞行器模型内部布局示意图；

图5为本发明所述的运动机构示意图；

图6为本发明所述的旋转机构、支杆及飞机模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

结合图1，本发明的多物体质心运动试验机构包括支架5、运动机构2和多个支杆。

支架5固定砸在风洞1底板上，平板4固定在支架5上，船模3架固定在平板4上，保证船模3甲板水平。前方旋翼飞行器模型8与后方旋翼飞行器模型9前后分布，且距离船模3甲板一定高度，前方旋翼飞行器模型8使用前尾支杆6进行支撑，后方旋翼飞行器模型9使用后尾支杆7进行支撑，两根支杆连接到风洞1上方的运动机构2上，结合图5，运动机构2使用竖直导轨2-1保证模型上下运动，使用前后导轨2-2保证模型前后运动，使用左右导轨2-3保证模型左右运动，整个运动机构2使用金属蒙皮2-4进行包裹。结合图3-4旋翼电机11安装在模型转接块10的底孔10-4中，右模型8-1及左模型8-2通过转接块右螺纹孔10-1及转接块左螺纹孔10-3安装在模型转接块10上。转接块天平接口10-2与测力天平12前端安装，测力天平12后端与前尾支杆6或后尾支杆7固连。

结合图2，多个支杆的具有侧向弯折部，使得前方支杆远离后方飞机模型，侧向弯折部为先向船模的轴向偏移再向横向偏移，横向偏移的方向与水平段横向偏移的方向相反距离相同。

参见图6，旋转机构13连接到左右导轨2-3上，旋转机构13具有弧形轨道上运动，能够实现-30°～+30°的飞机模型偏航角调节，旋转机构13的转轴与飞机模型的中轴重合，避免飞机模型偏离起降点。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

本发明说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (13)

1.一种应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，包括支架(5)、运动机构(2)和多个支杆；

支架(5)设置在低速风洞内，上部水平放置船模(3)；

运动机构(2)设置在低速风洞外部，能够驱动多个支杆三维移动；

多个支杆分别连接飞机模型，使得飞机模型位于船模(3)上方。

2.如权利要求1所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，多个支杆运动过程中使得飞机模型之间的相对位置可调。

3.如权利要求1所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，飞机模型经转接块(10)连接到测力天平(12)，测力天平(12)后端与支杆连接。

4.如权利要求3所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，模型转接块(10)安装至飞机模型内部，飞机模型经模型转接块(10)侧面的右螺纹孔(10-1)及左螺纹孔(10-3)安装在模型转接块(10)上；旋翼电机(11)固定在模型转接块(10)的底孔(10-4)中，转接块天平接口(10-2)设置在模型转接块(10)的后端面，与测力天平(12)前端匹配安装。

5.如权利要求4所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，支杆端部具有水平段，先沿船模的横向方向延伸再沿船模的轴向向前延伸，水平段的端部连接测力天平(12)的后端。

6.如权利要求4所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，多个支杆中最后一个为L形支撑，其余支杆具有侧向弯折部，使得前方支杆远离后方飞机模型前部。

7.如权利要求1所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，多个支杆的具有侧向弯折部，使得前方支杆远离后方飞机模型。

8.如权利要求6或7所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，所述侧向弯折部为先向船模的轴向偏移再向横向偏移，横向偏移的方向与水平段横向偏移的方向相反距离相同。

9.如权利要求7所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，运动机构(2)具有竖直导轨(2-1)，横向导轨(2-2)以及轴向导轨(2-3)；多个支杆的顶端通过旋转机构(13)分别固定在一个轴向导轨(2-3)上；多个轴向导轨(2-3)能够分别沿横向导轨(2-2)移动；横向导轨(2-2)能够沿竖直导轨(2-1)在竖直方向上移动。

10.如权利要求9所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，旋转机构(13)的转轴与飞机模型的中轴重合。

11.如权利要求10所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，旋转机构(13)带动飞机模型在弧形轨道上运动，弧形轨道的中心位于飞机模型的中轴上。

12.如权利要求11所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，所述侧向弯折部的轴向偏移距离与水平段沿船模轴向向前延伸的距离之和为弧形轨道的半径。

13.如权利要求8所述的应用于低速风洞的多物体质心运动试验机构，其特征在于，运动机构(2)使用金属蒙皮进行包裹。