CN109632249A - 一种翼型高速风洞动态试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种翼型高速风洞动态试验装置，包括驱动装置；驱动装置连接主动轴，主动轴两端对称设置曲柄连杆机构、从动轴、天平和转窗底板；曲柄连杆机构包括振幅调节杆、连杆和平衡迎角转换器；主动轴两端均连接振幅调节杆，振幅调节杆通过连杆与平衡迎角转换器相连；从动轴的一端连接置平衡迎角转换器，另一端连接天平；驱动装置控制主动轴转动后，通过曲柄连杆机构带动从动轴进行俯仰振荡。采用本发明的一种翼型高速风洞动态试验装置为单电机双端驱动，双端驱动相比于单端驱动可以减小端部受载后的弹性变形；与双电机双端驱动相比，单电机双端驱动的方案更加简单。

Description

一种翼型高速风洞动态试验装置
技术领域
本发明涉及一种翼型高速风洞动态试验装置，属于风洞试验设备技术领域。
背景技术
直升机在民用领域和军事领域使用十分广泛，直升机旋翼的动态特性与其使用的翼型的动态特性息息相关，翼型的动态特性对旋翼气动载荷、操纵特性、旋翼动部件寿命乃至直升机性能的发挥有着重要影响。因此，为旋翼设计提供可靠的设计依据，必须对翼型动态特性开展深入细致的研究；另外，翼型动态特性的研究也能够为飞机机翼、平尾、垂尾以及操纵舵面的颤振特性研究提供了较好的技术支持。因此，研究翼型的动态特性对于直升机和飞机的研制都具有十分重要的现实意义。
研究俯仰振荡对翼型动态气动特性的影响具有重要意义，是故旋翼翼型动态试验装置实现俯仰振荡运动下的旋翼翼型高速动态气动特性测试能力，为开展旋翼翼型动态失速研究提供试验平台。
目前翼型风洞试验装置如专利CN103852235B，采用的是单电机单端驱动的试验装置，双端驱动相比于单端驱动可以减小端部受载后的弹性变形；而目前已有的为双电机双端驱动设备，双电机的同步运动控制难度较大，附带的测控系统复杂，成本更高。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种翼型高速风洞动态试验装置，本发明可实现单电机双端驱动。
本发明采用的技术方案如下：
一种翼型高速风洞动态试验装置，包括驱动装置；所述驱动装置连接主动轴，主动轴两端对称设置曲柄连杆机构、从动轴、天平和转窗底板；所述曲柄连杆机构包括振幅调节杆、连杆和平衡迎角转换器；
所述主动轴两端均连接振幅调节杆，振幅调节杆通过连杆与平衡迎角转换器相连；从动轴的一端连接置平衡迎角转换器，另一端连接天平；翼型穿过转窗底板与两端的天平连接；
所述振幅调节杆、连杆和平衡迎角转换器的轴线，垂直于主动轴和从动轴的旋转轴线；所述振幅调节杆和连杆的连接轴心，与主动轴轴心不重合；
所述驱动装置控制主动轴转动后，通过曲柄连杆机构带动从动轴进行俯仰振荡。
作为优选，所述驱动装置包括电机和减速器；所述减速器为T型精密减速器，将电机的驱动扭矩一分为二，通过曲柄连杆机构将扭矩传至翼型两端，实现双端驱动。
作为优选，所述翼型不与转窗底板接触。
作为优选，所述主动轴与振幅调节杆，振幅调节杆与连杆，连杆与平衡迎角转换器均采用胀紧套连接。
作为优选，所述连杆与振幅调节杆的连接处，连杆与平衡迎角转换器的连接处均设置连接杆轴承。
作为优选，所述主动轴的两端设置膜片联轴器。
作为优选，所述振幅调节杆设置配重安装孔；在风洞试验段发生受迫振动，可在主动杆偏置的同侧添加配重块，减小电机负载，获得更好的动态特性，这种配平方式在气动负载有脉冲或超限的情况使用，配平之后会增加电机在加速过程中的不稳定，除非确实出现振动失真或发生共振，否则无需进行此种配平。
作为优选，所述主动轴与从动轴具有一定距离，避免曲柄连杆机构出现急回特性。
作为优选，所述从动轴的一端设置迎角法兰盘，与平衡迎角转换器配合连接；所述迎角法兰盘和平衡迎角转换器的配合端面设置有若干配合销孔，以实现迎角的转换。
作为优选，所述平衡迎角转换器与迎角法兰盘之间设有卡销结构。
作为优选，所述从动轴上还设置电位计。
作为优选，还包括天平解耦装置，位于平衡迎角转换器与天平之间；所述天平解耦装置包括膜片联轴器、单轴承和轴承组；轴承组靠近平衡迎角转换器一端，单轴承靠近天平一端，膜片联轴器位于轴承组和单轴承之间。
作为优选，所述轴承组包括固定端轴承和浮动端轴承。
作为优选，所述固定端轴承安置在靠近天平一侧。
作为优选，所述单轴承为浮动轴承。
作为优选，所述主动轴与从动轴均设置支撑装置。
作为优选，所述天平与翼型设有键槽连接，当使用平衡迎角转换器进行了迎角的设定之后，天平和翼型的相对角度不会发生改变，保证了天平坐标系的一致性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的一种翼型高速风洞动态试验装置，通过设置T型精密减速器实现单电机双端驱动，双端驱动相比于单端驱动可以减小端部受载后的弹性变形；与双电机双端驱动相比，单电机双端驱动的方案更加简单，其同步运动控制难度小，成本低。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是翼型高速风洞动态试验装置图；
图2是曲柄连杆机构图；
图3是双天平测力装置图。
图中标记：1-驱动装置、2-主动轴、3-振幅调节杆、4-连杆、5-平衡迎角转换器、6-天平、7-膜片联轴器、8-电位计、9-转窗底板、10-翼型、11-单轴承、12-轴承组、101-电机、102-减速器、121-固定端轴承、122-浮动端轴承。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1-3所示，本实施例的一种翼型高速风洞动态试验装置，包括驱动装置1；所述驱动装置1连接主动轴2，主动轴2两端对称设置曲柄连杆机构、从动轴、天平6和转窗底板9。
驱动装置1包括电机101和减速器102，电机101功率8.2KW，转速3000rpm，减速器为T型精密减速器，其将电机的驱动扭矩一分为二，通过曲柄连杆机构将扭矩传至翼型两端，实现双端驱动；通过减速机后，装置的振荡频率达0.2Hz-15Hz，频率精度小于0.1Hz，通过调整电机101转速调整装置的振荡频率。
主动轴2两端设置支撑装置和膜片联轴器7；在风洞试验段顶部为了避开风洞试验段后连接的弯刀段，是故对减速机102的安置进行了偏置，导致主动轴2长度不对称，由此可能会产生两轴形变不一致产生的传动异步。考虑到轴承固定轴的规范，将减速机一侧的键槽链接固定处作为轴的浮动端，将固定端轴承安置在膜片联轴器的外侧，将主动轴部分和摇杆组件隔绝开，使二者振动不会互相传递，结合稳定的铸铁底座，尽可能的将振动吸收或传导到风洞试验段。
曲柄连杆机构包括振幅调节杆3、连杆4和平衡迎角转换器5，连杆4的一端连接振幅调节杆3，另一端连接平衡迎角转换器5；振幅调节杆3连接主动轴2，平衡迎角转换器5连接从动轴，振幅调节杆3、连杆4和平衡迎角转换器5的轴线，垂直于主动轴2和从动轴的旋转轴线；主动轴2与振幅调节杆3，振幅调节杆3与连杆4，连杆4与平衡迎角转换器5均采用胀紧套连接；连杆4与振幅调节杆3的连接处，连杆4与平衡迎角转换器5的连接处均设置连接杆轴承；振幅调节杆3与连杆4的连接轴心，与主动轴2轴心不重合；驱动装置1控制主动轴2转动后，通过曲柄连杆4机构带动从动轴进行俯仰振荡。
所述主动轴2与从动轴具有一定距离，避免曲柄连杆机构出现急回特性。振幅调节杆3、连杆4的连接轴心与主动轴2轴心之间的长度就是曲柄连杆机构主动杆的长度，其它不变的情况下通过改变主动杆的长度就能实现振荡幅度的改变，及更换振幅调节杆3、连杆4的连接轴心与主动轴2轴心长度不同振幅调节杆3，实现振幅调节；主动轴2与振幅调节杆3，振幅调节杆3与连杆4均采用胀紧套的连接方式，实际试验中需要更换震荡幅度时，只要拧松涨紧套螺母，即可将主动杆抽出，换装至需要振幅对应的主动杆重新拧紧即可。
从动轴的一端连接置平衡迎角转换器5，另一端连接天平6，从动轴上还设置电位计8，从动轴的一端设置迎角法兰盘，与平衡迎角转换器5配合连接；电位计（8）直接测量翼型的实时角度；迎角法兰盘和平衡迎角转换器5的配合端面设置有若干配合销孔，通过平衡迎角转换器5和迎角法兰盘不同的销孔配合，实现翼型迎角的预偏，本实施例中可实现-5°、0°、5°、10°预偏；平衡迎角转换器5与迎角法兰盘之间设有卡销结构，设置卡销结构，转换迎角的时候，将销子与螺栓均放松，平衡迎角转换器5不会从迎角法兰盘上脱落，便于试验人员的部署。
还设置有天平解耦装置，位于平衡迎角转换器5与天平6之间；天平解耦装置包括和膜片联轴器7、单轴承11和轴承组12；轴承组12靠近平衡迎角转换器5一端，所述单轴承11靠近天平6一端，膜片联轴器7位于轴承组12和单轴承11之间；轴承组12包括固定端轴承121和浮动端轴承122，固定端轴承121安置在靠近天平6一侧，单轴承11为浮动轴承。设置膜片联轴器7，使得从俯仰运动组件传递来的动力只有扭矩，将翼型10连接的天平6解耦，翼型振荡带来的载荷均传递到天平6上，天平6对侧支撑轴承为轴承座轴承的固定端，同时翼型10也穿过转窗底板9，仅与两端的天平6连接，保证了天平6测量值的准确度。
综上所述，采用本发明的一种翼型高速风洞动态试验装置，通过设置T型精密减速器实现单电机双端驱动，双端驱动相比于单端驱动可以减小端部受载后的弹性变形；与双电机双端驱动相比，单电机双端驱动的方案更加简单，其同步运动控制难度小，成本低；在试验马赫数大于0.6时，实现波形失真度小于2%；通过更换振幅调节杆实现翼型振幅范围调节，使用胀紧套更换振幅调节杆更简单；通过平衡迎角转换器与迎角法兰盘不同销孔的配合，实现翼型平衡迎角的调节，设置卡销结构，转换平衡迎角的时候，将销子与螺栓均放松，平衡迎角转换器不会从迎角法兰盘上脱落，便于试验人员的部署。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：包括驱动装置（1）；所述驱动装置（1）连接主动轴（2），主动轴（2）两端对称设置曲柄连杆机构、从动轴、天平（6）和转窗底板（9）；所述曲柄连杆机构包括振幅调节杆（3）、连杆（4）和平衡迎角转换器（5）；
所述主动轴（2）两端均连接振幅调节杆（3），振幅调节杆（3）通过连杆（4）与平衡迎角转换器（5）相连；从动轴的一端连接置平衡迎角转换器（5），另一端连接天平（6）；翼型（10）穿过转窗底板（9）与两端的天平（6）连接；
所述振幅调节杆（3）、连杆（4）和平衡迎角转换器（5）的轴线，垂直于主动轴（2）和从动轴的旋转轴线；振幅调节杆（3）和连杆（4）的连接轴心，与主动轴（2）轴心不重合；
所述驱动装置（1）控制主动轴（2）转动后，通过曲柄连杆（4）机构带动从动轴进行俯仰振荡。
2.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述驱动装置包括电机（101）和减速器（102）；所述减速器（102）为T型精密减速器，将电机（101）的驱动扭矩一分为二，通过曲柄连杆机构将扭矩传至翼型两端，实现双端驱动。
3.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述主动轴（2）与振幅调节杆（3），振幅调节杆（3）与连杆（4），连杆（4）与平衡迎角转换器（5）均采用胀紧套连接。
4.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述主动轴（2）的两端设置膜片联轴器（7）。
5.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述主动轴（2）与从动轴具有一定距离，避免曲柄连杆机构出现急回特性。
6.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述从动轴的一端设置迎角法兰盘，与平衡迎角转换器（5）配合连接；所述迎角法兰盘和平衡迎角转换器（5）的配合端面设置有若干配合销孔，以实现迎角的转换。
7.如权利要求6所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述平衡迎角转换器（5）与迎角法兰盘之间设有卡销结构。
8.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述从动轴上还设置电位计（8）。
9.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：所述主动轴（2）与从动轴均设置支撑装置。
10.如权利要求1所述的翼型高速风洞动态试验装置，其特征在于：还包括天平解耦装置，位于平衡迎角转换器（5）与天平（6）之间；所述天平（6）解耦装置包括膜片联轴器（7）、单轴承（11）和轴承组（12）；轴承组（12）靠近平衡迎角转换器（5）一端，单轴承（11）靠近天平（6）一端，膜片联轴器（7）位于轴承组（12）和单轴承（11）之间。
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