CN110426174A - 一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，属于流体力学风洞实验领域。该装置包括：支撑结构、位移机构、坐标控制机构、探头支架。支撑结构包括平面框架、竖梁支撑架、开关式磁力座；位移机构包括X轴、Y轴、Z轴移动单元；坐标控制机构用于控制所述各移动单元的具体位置；探头支架的迎风截面为翼型剖面，固定于Z轴移动单元上，用于安装实验探头。本发明的三维坐标架，使用时通过开关式磁力座与风洞实验段洞体连接，安装位置灵活、简单快捷，使用完成后可快速与风洞分离，从风洞实验段中移出，不影响风洞结构的完整性；且整体结构轻便、迎风面积小，对风洞的固有流场特性几乎不会产生影响；可提高风洞实验的工作效率。

Description

一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架

技术领域

本发明涉及一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，属于流体力学风洞实验领域。

背景技术

风洞实验涉及大量的数据测量，但现有的许多测量设备只能对空间单点进行测量，如皮托管、热线探针、激光多普勒测速仪等，此时仪器探头的风洞实验段内安装及空间测量点的精确定位，给实验带来不少调整。而一些风洞在设计之初并未考虑到测量设备的安装问题，没有配备便于操作的位移机构和风洞洞壁上的仪器探头固定接口。因此，本发明公开一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，通过开关式磁力座与风洞实验段洞壁相连，实现测量仪器探头的精确定位。

发明内容

为了解决风洞设计之初未考虑测量设备安装，风洞未配备便于操作的位移机构及风洞洞壁上未设置仪器安装固定口等问题，本发明提供了一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其安装位置灵活、简单快捷，使用后可快速与风洞分离，从风洞实验段中移出，不影响风洞结构的完整性；整体结构轻便、迎风面积小，安装在风洞内对风洞的固有流场特性几乎不产生影响。

本发明采用的技术方案如下：

一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，包括支撑结构、位移机构、坐标控制机构、探头支架。

所述支撑结构，包括平面框架、四个竖梁支撑架、四个开关式磁力座、四个三角固定件；四个竖梁支撑架分别通过一个三角固定件固定在平面框架的四角，每个竖梁支撑架的顶端各以螺栓连接一个开关式磁力座，用于与风洞实验段不锈钢洞体的固定；

所述位移机构，为设置在平面框架上的X轴、Y轴、Z轴移动单元，各单元均包括导轨、丝杆、移动滑块、驱动电机及丝杆支撑座；

所述坐标控制机构，用于控制各移动单元中移动滑块的精确移动及限位，包括限位传感器、控制盒、信号线、上位机软件；

所述探头支架，固定于Z轴移动单元的移动滑块上，迎风截面为对称翼型剖面。

进一步的，所述的X轴移动单元中导轨固定于平面框架上，Y轴移动单元中导轨固定于X轴移动单元的移动滑块上，Z轴移动单元中导轨固定于Y轴移动单元的移动滑块上。

进一步的，所述的X轴移动单元中导轨以螺栓固定于平面框架上；所述的丝杆两端固定于丝杆支撑座上，一端与驱动电机出轴以联轴器相连；所述的移动滑块开设导轨限位孔和丝杆通孔，丝杆螺母固定于丝杆通孔两端；其中，驱动电机转动，联动丝杆转动，使移动滑块在所述导轨上滑动。

进一步的，所述的坐标控制机构包括限位传感器、控制盒、信号线、上位机软件；所述的控制盒与各导轨驱动电机以信号线连接，控制盒以信号线连接至计算机，使用上位机软件控制电机实现移动滑块的具体位置控制；所述限位传感器的接收端安装于导轨两端，限位传感器的发射端安装于滑块两侧，用于防止滑块移动超过导轨行程。

进一步的，所述的探头支架，支架一端以螺栓固定于Z轴移动单元的移动滑块上，另一端以夹具连接实验探头；探头支架的顺气流方向截面为对称翼型剖面。

进一步的，所述的X轴移动单元中移动滑块需带动Y方向和Z方向的导轨运动，采用一对相互平行的导轨与一对电机同步控制两个移动滑块，两个移动滑块以连接板相连，同步运动，Y轴移动单元固定在连接板上。

本发明的三维坐标架可以很灵活、简单的安装于风洞，使用后可快速与风洞分离，从风洞实验段中移出，不影响风洞结构的完整性；整体结构轻便、迎风面积小，安装在风洞内对风洞的固有流场特性几乎不会产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架的结构示意图；

图2使本发明中坐标架的位移机构和坐标控制机构的示意图；

附图1、附图2中的标记如下：

1-平面框架，2-竖梁支撑架，3-开关式磁力座，4-三角固定件，5-导轨，6-丝杆，7-移动滑块，8-驱动电机，9-丝杆支撑座，10-电机座，11-限位传感器，12-控制盒，13-信号线，14-探头支架，15-联轴器，16-丝杆螺母。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1、2所示，一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，包括支撑结构、位移机构、坐标控制机构、探头支架，具体为：

支撑装置包括平面框架1、四个竖梁支撑架2、分别设置在四个竖梁支撑架顶端的四个开关式磁力座3、三角固定件4。所述的平面框架1为2040规格铝型材组装而成的长方形框架结构，框架长为80cm，宽为40cm；所述的四个竖梁支撑架2为铝合金方管，长度为10cm，以四个三角固定件4固定于平面框架1的四角处，竖梁支撑架2的顶端以螺栓连接开关式磁力座3，用于支撑结构整体与风洞实验段的不锈钢洞体顶端固定。

位移机构包括导轨5、丝杆6、移动滑块7、驱动电机8、丝杆支撑座9、电机座10、联轴器15及丝杆螺母16。所述导轨5以螺栓固定于平面框架1上，所述的驱动电机8固定于电机座10上，所述的丝杆6两端固定于丝杆支撑座9上，一端与驱动电机8的出轴以联轴器15固定连接；所述的移动滑块7开设导轨限位孔和丝杆通孔，丝杆螺母16固定于丝杆通孔的两端；驱动电机8接收信号转动时，带动丝杆6转动，使移动滑块7在导轨5上滑动。所述位移机构的X方向导轨固定安装于平面框架上；Y方向导轨固定于X方向位移机构的移动滑块连接板上；Z方向导轨固定于Y方向移动结构的移动滑块上。所述的X轴方向位移结构，由于需要带动Y方向和Z方向的位移机构整体运动，故采用一对相互平行的导轨和一对驱动电机同步控制，同时驱动一对移动滑块，移动滑块间以铝合金连接板相连。

坐标控制机构包括限位传感器11、控制盒12、信号线13及配套的上位机软件。所述的控制盒12与导轨的驱动电机8以信号线13连接，以USB线与上位机软件连接，上位机软件输入距离数据至控制盒，控制盒输出电机旋转角度至各驱动电机，驱动电机转动带动移动滑块滑动，可精确控制各滑块空间位置；所述的限位传感器11的接收端安装于导轨两端，发射端安装于移动滑块两侧，滑块在导轨上滑动，当滑块靠近导轨一端时，限位传感器发射端与接收端靠近，当滑块与导轨一端距离小于20mm时，限位传感器将距离信号反馈至控制盒，控制盒将滑块与导轨端面的距离实时显示至上位机软件，当滑块与导轨一端的距离小于5mm时，限位传感器发出停止信号至控制盒，停止相应驱动电机的转动，以防止滑块移动超过导轨行程。

探头支架14为铝合金机械加工制成，一端以螺栓固定于Z轴的移动滑块上，另一端预留螺栓孔，以安装各类实验探头夹具。所述的探头支架的顺气流方向截面为对称翼型剖面，气流吹过支架表面，可减缓流动分离现象，减轻探头支架对风洞实验流场的干扰。

本发明提供的用于风洞实验探头定位的三维坐标架，使用时通过开关式磁力座与风洞实验段的洞体顶端连接，安装位置灵活，开关式磁力座固定方法简单快捷；坐标架在使用完成后可快速与风洞分离，从风洞实验段中移出，不影响风洞结构的完整性。坐标架主体为铝合金材料，结构轻便、迎风面积小，安装后对风洞的固有流场特性不产生较大影响，探头支架预留的安装孔可安装各类实验用测试仪器探头，X、Y、Z三个方向位移机构操作灵活，探头的空间位置借助坐标控制系统定位准确，探头位置的移动简单快捷，大达提高风洞实验的工作效率。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，包括支撑结构、位移机构、坐标控制机构、探头支架。

所述支撑结构，包括平面框架、四个竖梁支撑架、四个开关式磁力座、四个三角固定件；四个竖梁支撑架分别通过一个三角固定件固定在平面框架的四角，每个竖梁支撑架的顶端各以螺栓连接一个开关式磁力座，用于与风洞实验段不锈钢洞体的固定；

所述位移机构，为设置在平面框架上的X轴、Y轴、Z轴移动单元，各单元均包括导轨、丝杆、移动滑块、驱动电机及丝杆支撑座；

所述坐标控制机构，用于控制各移动单元中移动滑块的精确移动及限位，包括限位传感器、控制盒、信号线、上位机软件；

所述探头支架，固定于Z轴移动单元的移动滑块上，迎风截面为对称翼型剖面。

2.根据权利要求1所述的适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，所述的X轴移动单元中导轨固定于平面框架上，Y轴移动单元中导轨固定于X轴移动单元的移动滑块上，Z轴移动单元中导轨固定于Y轴移动单元的移动滑块上。

3.根据权利要求1所述的适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，所述的X轴移动单元中导轨以螺栓固定于平面框架上；所述的丝杆两端固定于丝杆支撑座上，一端与驱动电机出轴以联轴器相连；所述的移动滑块开设导轨限位孔和丝杆通孔，丝杆螺母固定于丝杆通孔两端；其中，驱动电机转动，联动丝杆转动，使移动滑块在所述导轨上滑动。

4.根据权利要求1所述的适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，所述的坐标控制机构包括限位传感器、控制盒、信号线、上位机软件；所述的控制盒与各导轨驱动电机以信号线连接，控制盒以信号线连接至计算机，使用上位机软件控制电机实现移动滑块的具体位置控制；所述限位传感器的接收端安装于导轨两端，限位传感器的发射端安装于滑块两侧，用于防止滑块移动超过导轨行程。

5.根据权利要求1所述的适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，所述的探头支架，支架一端以螺栓固定于Z轴移动单元的移动滑块上，另一端以夹具连接实验探头；探头支架的顺气流方向截面为对称翼型剖面。

6.根据权利要求1所述的适用于风洞实验探头定位的三维坐标架，其特征在于，所述的X轴移动单元中移动滑块需带动Y方向和Z方向的导轨运动，采用一对相互平行的导轨与一对电机同步控制两个移动滑块，两个移动滑块以连接板相连，同步运动，Y轴移动单元固定在连接板上。