CN110207939B - 一种实时改变模型平均迎角的试验机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时改变模型平均迎角的试验机构，包括：俯仰振荡机构、上座板、支撑横梁、直线导轨、直线导轨滑块、导轨座、直齿条、平均迎角驱动电机、齿轮、正弦发生器底座、弧形齿条和弧形导轨、弧形导轨滑块；其中，直线导轨滑块与支撑横梁的底部固定连接；直线导轨穿设于直线导轨滑块；导轨座与直线导轨相连接；导轨座的底部连接有直齿条；直齿条的一端与平均迎角驱动电机相连的齿轮啮合；正弦发生器底座的内侧壁设置有弧形导轨滑块，弧形导轨穿设于弧形导轨滑块；正弦发生器底座的外侧壁设置有弧形齿条，弧形齿条与直齿条的另一端啮合；弧形导轨与上座板相连接。本发明实现对飞行器平均迎角实时改变的俯仰振荡状态下动态气动特性的测量。

Description

一种实时改变模型平均迎角的试验机构

技术领域

本发明属于高速风洞试验技术、飞行器飞行力学技术领域，尤其涉及一种实时改变模型平均迎角的试验机构。

背景技术

随着航空航天技术的发展，现代战斗机要求很高的机动能力,因此飞机的大迎角非定常空气动力特性是至关重要的。当前理论计算还不能很好地解决这类问题,它的研究方法主要靠风洞实验模拟。

现有高速风洞中进行飞行器大迎角非定常空气动力研究的俯仰振荡试验机构，其平均迎角是在试验前进行预置的，及在风洞启动前，模型已有一个迎角。而暂冲式超风洞在启动和关车时气流在各个方向上极不稳定，气流的急剧变化导致作用在模型上的冲击载荷非常大，模型支撑系统在固有频率下强烈震动，特别是法向的冲击载荷因子往往在5-10左右。当模型有预置迎角时，该情况会更加剧烈，严重情况时，会损坏模型天平，甚至损坏整个支撑机构。

发明内容

为提高现有试验机构的测试能力，提高测试精度，俯仰振荡机构中需增加一个可以在吹风时实时变迎角的机构，在风洞启动前，模型迎角处于0状态(模型与气流之间没有夹角)，流场稳定后模型运行至平均迎角处，并进行俯仰振荡运动，测试结束后，模型先迎角运行至0状态，在后进行风洞关车。

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种实时改变模型平均迎角的试验机构，实现了对飞行器平均迎角实时改变的俯仰振荡状态下动态气动特性的测量，该机构适用于高速风洞中大幅俯仰振荡的风洞试验。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种实时改变模型平均迎角的试验机构，包括：俯仰振荡机构、上座板、支撑横梁、直线导轨、直线导轨滑块、导轨座、直齿条、平均迎角驱动电机、齿轮、正弦发生器底座、弧形齿条和弧形导轨；其中，所述上座板与所述俯仰振荡机构相连接；所述支撑横梁与所述上座板相连接；所述直线导轨滑块与所述支撑横梁的底部固定连接；所述直线导轨穿设于所述直线导轨滑块，所述直线导轨能够沿所述直线导轨滑块进行滑动；所述导轨座与所述直线导轨相连接；所述导轨座的底部连接有直齿条；直齿条的一端与平均迎角驱动电机相连的齿轮啮合；所述正弦发生器底座的侧壁设置有弧形导轨滑块，所述弧形导轨穿设于所述弧形导轨滑块，所述弧形导轨的上部设置有弧形齿条，所述弧形齿条与直齿条的另一端啮合；所述弧形导轨与所述上座板相连接。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，还包括：上摆杆；其中，所述上摆杆的一端与所述俯仰振荡机构相连接，所述上摆杆的另一端与所述正弦发生器底座固定连接，所述上摆杆能够绕上摆杆旋转中心旋转。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，所述直线导轨的数量为两条。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，直齿条与齿轮啮合点上方相对应的支撑横梁的位置处设置有直线导轨滑块；直齿条与弧形齿条啮合点上方相对应的支撑横梁的位置处设置有直线导轨滑块。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，还包括：第一角度传感器；其中，所述第一角度传感器的一端与齿轮的一侧相连接，所述第一角度传感器的另一端通过支撑件与支撑横梁固定连接，第一角度传感器对齿轮的转动角度进行实时采集。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，所述上座板的两侧均设置有弧形导轨，两侧布置的弧形导轨转心在同一水平面上，在竖直平面内的投影为同一点。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，还包括：第二角度传感器；其中，所述第二角度传感器设置于所述上摆杆与所述正弦发生器底座固定连接的位置处；第二角度传感器对平均迎角的变化及俯仰振荡运动中模型的角度变化进行实时测量。

上述实时改变模型平均迎角的试验机构中，还包括：滑动密封装置；其中，所述滑动密封装置设置于所述正弦发生器底座与所述上座板之间。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明设计的实时改变模型平均迎角的试验机构，满足高速度、高刚度、高位置精度的要求，能够在吹风过程中实现模型平均迎角的实时改变。

(2)本发明设计的试验机构仅通过改变原俯仰振荡机构正弦发生器底座的角度即可实现模型平均迎角的改变，对原系统的结构破坏较小。

(3)本发明设计的试验机构，能够在吹风过程中实现模型平均迎角的实时改变，可以实现多个平均迎角试验状态的一次测试，减少风洞启动次数，提高气源的利用率。

(4)本发明设计的试验机构，与原俯仰振荡机构的座板固连，试验前后不需要进行拆装，提高系统的可靠性，操作方便，使用效率高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的实时改变模型平均迎角的试验机构的一个示意图；

图2是本发明实施例提供的实时改变模型平均迎角的试验机构的另一结构示意图；

图3是本发明实施例提供的模型平均迎角变为0状态的试验机构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的实时改变模型平均迎角的试验机构弧形齿条、弧形导轨布置结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的实时改变模型平均迎角的试验机构的一个示意图；图2是本发明实施例提供的实时改变模型平均迎角的试验机构的另一结构示意图。

如图1和图2所示，该实时改变模型平均迎角的试验机构包括：俯仰振荡机构1、上座板2、支撑横梁3、直线导轨4、直线导轨滑块5、导轨座6、直齿条7、平均迎角驱动电机8、齿轮9、正弦发生器底座10、弧形齿条11和弧形导轨12；其中，

所述上座板2与所述俯仰振荡机构1相连接；所述支撑横梁3与所述上座板2相连接；所述直线导轨滑块5与所述支撑横梁3的底部固定连接；所述直线导轨4穿设于所述直线导轨滑块5，所述直线导轨4能够沿所述直线导轨滑块5进行滑动；所述导轨座6与所述直线导轨4相连接；所述导轨座6的底部连接有直齿条7；直齿条7的一端与平均迎角驱动电机8相连的齿轮9啮合；所述正弦发生器底座10的侧壁设置有弧形导轨滑块101(如图4所示)，所述弧形导轨12穿设于所述弧形导轨滑块101，所述弧形导轨12的上部设置有弧形齿条11，所述弧形齿条11与直齿条7的另一端啮合；所述弧形导轨12与所述上座板2相连接。

如图1和图2所示，该实时改变模型平均迎角的试验机构还包括：上摆杆17；其中，所述上摆杆17的一端与所述俯仰振荡机构1相连接，所述上摆杆17的另一端与所述正弦发生器底座10固定连接，所述上摆杆17能够绕上摆杆旋转中心14(如图1所示)旋转。所述上摆杆17为所述俯仰振荡机构1的部件结构，可将正弦发生器运动传递到模型上，使模型做俯仰振荡运动。具体的，本实施例通过平均迎角驱动电机驱动齿轮传动，齿轮通过导轨座一端的直齿条推动导轨座平动，导轨座另一端的齿条推动俯仰振荡机构正弦发生器底座沿弧形导轨绕导轨旋转中心转动，正弦发生器连接的上摆杆绕自身旋转中心旋转。俯仰振荡机构内传动机构带动模型绕其转心转动，实现模型平均迎角的变化，试验中再由俯仰振荡机构驱动模型在平均迎角上做俯仰振荡运动，通过天平完成对飞行器气动特性的测试。机构具有高速度、高刚度、高位置精度的特点，能够在吹风过程中实现模型平均迎角的实时改变。适用于高速风洞中大幅俯仰振荡的风洞试验，属于高速风洞试验技术、飞行器飞行力学领域。请参阅图1、图2、图3，机构主要包括：固连于俯仰振荡机构上座板的支撑横梁；在所属连接横梁上通过直线导轨、滑块与导轨座连接；在所属的导轨座上连接直齿条；直齿条下端一侧和与平均迎角驱动电机相连的齿轮啮合，另一端与和俯仰振荡机构正弦发生器底座侧边弧形齿条啮合；正弦发生器底座通过弧形导轨与俯仰振荡机构上座板连接。机构通过齿轮传动，驱动俯仰振荡机构的正弦发生器底座转动，通过俯仰振荡机构内传动机构带动模型绕其转心转动，实现模型平均迎角的实时改变。

优选地，导轨座上的直线导轨可以为2条导轨，也可以为1条导轨，为提高机构的刚度，直齿条7与齿轮9啮合点上方相对应的支撑横梁3的位置处设置有直线导轨滑块5；直齿条7与弧形齿条11啮合点上方相对应的支撑横梁3的位置处设置有直线导轨滑块5。

优选地，直齿条7与齿轮9及直齿条7与弧形齿条11连接采用多齿轮齿条结构消除连接的回程间隙。

优选地，如图1和图2所示，该实时改变模型平均迎角的试验机构还包括：第一角度传感器15；其中，所述第一角度传感器15的一端与齿轮9的一侧相连接，所述第一角度传感器15的另一端通过支撑件16与支撑横梁3固定连接，第一角度传感器15对齿轮9的转动角度进行实时采集。

优选地，俯仰振荡机构1的正弦发生器底座10可在弧形导轨12上，绕弧形导轨12的转心转动，其转心与俯仰振荡机构上的上摆杆17转心相同。

优选地，弧形导轨12安装于俯仰振荡机构1的上座板2侧面，为提高机构的刚性，弧形导轨12在上座板2两侧布置，两侧布置的弧形导轨转心在同一水平面上，在竖直平面内的投影为同一点。

优选地，如图2所示，该实时改变模型平均迎角的试验机构还包括：第二角度传感器18；其中，所述第二角度传感器18设置于上摆杆旋转中心14的位置处；第二角度传感器18对平均迎角的变化及俯仰振荡运动中模型的角度变化进行实时测量。

优选地，如图2所示，该实时改变模型平均迎角的试验机构还包括：滑动密封装置19；其中，所述滑动密封装置19设置于所述正弦发生器底座10与所述上座板2之间。正弦发生器底座与俯仰振荡机构上座板之间会有相对运动，其之间间隙设置多道滑动密封装置，防止试验机构处漏气引起的流场变化。

本发明设计的实时改变模型平均迎角的试验机构，满足高速度、高刚度、高位置精度的要求，能够在吹风过程中实现模型平均迎角的实时改变。本发明设计的试验机构仅通过改变原俯仰振荡机构正弦发生器底座的角度即可实现模型平均迎角的改变，对原系统的结构破坏较小。本发明设计的试验机构，能够在吹风过程中实现模型平均迎角的实时改变，可以实现多个平均迎角试验状态的一次测试，减少风洞启动次数，提高气源的利用率。本发明设计的试验机构，与原俯仰振荡机构的座板固连，试验前后不需要进行拆装，提高系统的可靠性，操作方便，使用效率高。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于包括：俯仰振荡机构(1)、上座板(2)、支撑横梁(3)、直线导轨(4)、直线导轨滑块(5)、导轨座(6)、直齿条(7)、平均迎角驱动电机(8)、齿轮(9)、正弦发生器底座(10)、弧形齿条(11)和弧形导轨(12)；其中，

所述上座板(2)与所述俯仰振荡机构(1)相连接；

所述支撑横梁(3)与所述上座板(2)相连接；

所述直线导轨滑块(5)与所述支撑横梁(3)的底部固定连接；

所述直线导轨(4)穿设于所述直线导轨滑块(5)，所述直线导轨(4)能够沿所述直线导轨滑块(5)滑动；

所述导轨座(6)与所述直线导轨(4)相连接；

所述导轨座(6)的底部连接有直齿条(7)；

直齿条(7)的一端与平均迎角驱动电机(8)相连的齿轮(9)啮合；

所述正弦发生器底座(10)的内侧壁设置有弧形导轨滑块(101)，所述弧形导轨(12)穿设于所述弧形导轨滑块(101)，所述正弦发生器底座(10)的外侧壁设置有弧形齿条(11)，所述弧形齿条(11)与直齿条(7)的另一端啮合，所述弧形导轨(12)能够沿所述弧形导轨滑块(101)滑动；

所述弧形导轨(12)与所述上座板(2)相连接；

还包括：上摆杆(17)；其中，

所述上摆杆(17)的一端与所述俯仰振荡机构(1)相连接，所述上摆杆(17)的另一端与所述正弦发生器底座(10)固定连接，所述上摆杆(17)能够绕上摆杆旋转中心(14)旋转。

2.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于：所述直线导轨(4)的数量为两条。

3.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于：直齿条(7)与齿轮(9)啮合点上方相对应的支撑横梁(3)的位置处设置有直线导轨滑块(5)；直齿条(7)与弧形齿条(11)啮合点上方相对应的支撑横梁(3)的位置处设置有直线导轨滑块(5)。

4.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于还包括：第一角度传感器(15)；其中，

所述第一角度传感器(15)的一端与齿轮(9)的一侧相连接，所述第一角度传感器(15)的另一端通过支撑件(16)与支撑横梁(3)固定连接，第一角度传感器(15)对齿轮(9)的转动角度进行实时采集。

5.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于：所述上座板(2)的两侧均设置有弧形导轨(12)，两侧布置的弧形导轨转心在同一水平面上，在竖直平面内的投影为同一点。

6.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于还包括：第二角度传感器(18)；其中，所述第二角度传感器(18)设置于上摆杆旋转中心(14)处；第二角度传感器(18)对平均迎角的变化及俯仰振荡运动中模型的角度变化进行实时测量。

7.根据权利要求1所述的实时改变模型平均迎角的试验机构，其特征在于还包括：滑动密封装置(19)；其中，所述滑动密封装置(19)设置于所述正弦发生器底座(10)与所述上座板(2)之间。

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