CN110595730A - 风洞动态试验飞机模型机身部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了风洞动态试验飞机模型机身部件及其制造方法，涉及风洞飞机模型技术领域，解决了现有技术中存在的风洞飞机模型机身部件采用传统机身结构因重量较重而影响实验数据准确性的技术问题，所述风洞动态试验飞机模型机身部件包括承载骨架、进气管和蒙皮，所述承载骨架设置为桁架结构；所述承载骨架上设置有第一安装部，所述进气管固定连接在所述第一安装部上；所述蒙皮包裹在所述承载骨架和所述进气管上，所述进气管的进气端可拆卸设置有唇口，所述唇口设置在所述蒙皮外；本发明整体采用蒙皮骨架式结构，有效降低机身部件整体重量，从而明显降低试验震荡惯量，提高固有频率，减轻对试验装置结构刚度要求，大幅提高实验数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及风洞飞机模型技术领域，具体涉及风洞动态试验飞机模型机身部件及其制造方法。
背景技术
长期以来，国内外空气动力研究机构一直致力于飞行器的动态风洞试验技术研究和数值模拟分析工作，为各类航空航天飞行器的研制提供了大量的基础试验。飞机在进行风洞试验时，须制造与真机气动外形相同的缩比模型，将其连接于风洞内的数据采集装置上，进行动导数试验(即动态试验)、测力、测压、铰距等相关实验，其中，动导数是飞行器气动力系数和气动力矩系数对飞行器旋转角速度或姿态角变化率的导数的一种验证，它是飞行器研制控制系统设计和动态品质分析中不可缺少的原始气动参数，它是关系到飞行器的飞行品质、自动驾驶控制系统以及安全飞行的一个重要方面。
在动态试验的过程中，动态试验模型也就是被试验飞机的缩比模型，其重要的技术指标形面精度和结构减重至关重要；而动态试验模型作为一个振动试验系统，动导数测量应保证工作频率远离天平模型系统的固有频率，这就要求天平模型系统的固有频率要高，要达到这一条件，一是提高天平刚度，二是减轻模型重量，在现有测试技术水平条件下，天平刚度不可能有较大提高，所以减轻模型重量和惯量是提高系统固有频率的主要手段。
现如今，传统的风洞试验飞机模型，机身部件大多质量较大，而采用较大质量机身部件的飞机模型在进行动态试验过程中，会导致试验震荡惯量较大，固有频率较低，同时对试验装置结构刚度的要求极高，因此极大地影响了实验数据的准确性，而如何通过结构和材料来实现减轻风洞飞机模型的重量，一直是相关产业追求的目标和技术难点。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种风洞动态试验飞机模型机身部件，以解决现有技术中存在的风洞飞机模型机身部件采用传统机身结构因重量较重而影响实验数据准确性的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(第一进气管和第二进气管对称设置，用于模拟飞机发动机进气管，所述唇口用于模拟发动机进气管的唇口；进气管设置为尼龙3d打印件，强度高且具有一定的柔韧性；上蒙皮和下蒙皮胶接相连且包裹在所述承载骨架和所述进气管上，连接紧固且包裹严密；第二安装部便于机翼的安装；第三安装部便于机头的安装等)，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种风洞动态试验飞机模型机身部件，包括承载骨架、进气管和蒙皮，其中：所述承载骨架设置为桁架结构；所述承载骨架上设置有第一安装部，所述进气管固定连接在所述第一安装部上；所述蒙皮包裹在所述承载骨架和所述进气管上且与所述承载骨架和所述进气管固定连接，所述进气管的进气端可拆卸设置有唇口，所述唇口设置在所述蒙皮外。
优选地，所述进气管包括第一进气管和第二进气管，其中：所述承载骨架上对称设置有两个所述第一安装部，所述第一进气管和所述第二进气管分别固定连接在两个所述第一安装部上，所述蒙皮包裹住所述第一进气管和所述第二进气管，所述第一进气管的进气端和所述第二进气管的进气端均可拆卸安装有唇口。
优选地，所述进气管设置为尼龙3d打印件。
优选地，所述进气管通过结构胶胶接在所述第一安装部上；所述蒙皮包括固定连接的上蒙皮和下蒙皮，所述上蒙皮和所述下蒙皮包裹在所述承载骨架和所述进气管上，且与所述承载骨架和所述进气管通过结构胶胶接。
优选地，所述蒙皮采用碳纤维材质制成。
优选地，所述承载骨架两侧分别设置有第二安装部，两个所述第二安装部对称设置在所述蒙皮外，所述第二安装部用于机翼的安装。
优选地，所述承载骨架的前端设置有第三安装部，所述第三安装部设置在所述蒙皮外，所述第三安装部用于机头的安装。
本发明提供的一种风洞动态试验飞机模型机身部件至少具有以下有益效果：
所述风动试验飞机模型机身部件包括承载骨架、进气管和蒙皮，所述承载骨架上设置有第一安装部，所述进气管固定连接在所述第一安装部上，所述承载骨架用于模型的承载，所述进气管用于模拟发动机进气管；所述承载骨架设置为桁架结构，所述蒙皮包裹在所述承载骨架和所述进气管上且与所述承载骨架和所述进气管固定连接，机身部件整体采用蒙皮骨架式结构，能够有效降低机身部件整体的重量，从而明显降低试验震荡惯量，提高固有频率，减小对试验装置结构的刚度要求，大幅提高实验数据的准确性；所述进气管的进气端可拆卸设置有唇口，所述唇口设置在所述蒙皮外，所述唇口用以实现发动机进气道的通气和关闭；本发明所述风洞动态试验飞机模型机身部件可以在风洞中模拟飞机的发动机进气道流量数据和气动外形特性数据，具有重量轻便，精度较高，结构合理，经济性较好的特点，在风洞试验飞机模型加工制造领域具有十分广阔的应用前景。
本发明的另一目的是提供一种风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，以解决现有技术中存在的传统风洞飞机模型机身部件制造方法制造出的机身部件重量较重的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(上、下蒙皮的内、外形面，形面精度均不大于0.1mm，单个部件精度较高；机身部件的形面精度不大于0.2mm，保证整体精度，从而提高实验数据准确性等)，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，包括以下步骤：
(I)通过CNC加工机床对所述承载骨架和所述唇口进行加工；
(II)通过尼龙3d打印机制作所述进气管；
(III)通过碳纤维蒙皮上模具和碳纤维蒙皮下模具进行复合材料成型，分别获得上蒙皮和下蒙皮；
(IV)将步骤(I)中加工完成的所述承载骨架和步骤(II)中制作完成的所述进气管定位安装在所述碳纤维蒙皮下模具中，所述下蒙皮、所述承载骨架和所述进气管通过结构胶胶接，在三坐标计量安装数据合格后，所述碳纤维蒙皮下模具和所述碳纤维蒙皮上模具通过定位销定位合模；
(V)合模后，所述上蒙皮和所述下蒙皮通过粘接角连接，待升温固化后，脱模，并将所述唇口安装在所述进气管的进气端上，所述机身部件制作完成。
优选地，步骤(III)中，获得的所述上蒙皮的外形面和内形面的形面精度均不大于0.1mm；获得的所述下蒙皮的外形面和内形面的形面精度均不大于0.1mm。
优选地，制作完成后的所述机身部件的形面精度不大于0.2mm。
本发明提供的风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法至少具有以下有益效果：
通过CNC加工机床对所述承载骨架进行加工，加工效率高，精度高；通过尼龙3d打印机制作所述进气管，方便快捷，并且制造出的3d尼龙进气管强度高且具有一定的柔韧性；通过碳纤维蒙皮上模具和碳纤维蒙皮下模具分别制作所述上蒙皮和所述下蒙皮比强度和比模量较高；安装好所述进气管和所述承载骨架，在三坐标计量安装数据合格后，定位合模，制作精度高；合模后将所述上蒙皮和所述下蒙皮通过粘接角连接，升温固化，安装唇口后，所述机身部件制作完成，通过该方法制作出的机身部件相比较传统动态试验飞机模型的机身部件，具有质量轻便、精度高、结构合理、经济性好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明机身部件结构示意图；
图2是本发明机身部件侧视图；
图3是本发明承载骨架安装位置示意图；
图4是本发明承载骨架安装位置侧视图；
图5是本发明碳纤维蒙皮模具和承载骨架分解图。
附图标记
1-承载骨架；11-第二安装部；12-第三安装部；13-第一安装部；2-进气管；21-第一进气管；22-第二进气管；3-蒙皮；31-上蒙皮；32-下蒙皮；4-碳纤维蒙皮模具；41-碳纤维蒙皮上模具；42-碳纤维蒙皮下模具；5-唇口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种风洞动态试验飞机模型机身部件，如图1本发明机身部件结构示意图、图2本发明结构侧视图和图5本发明碳纤维蒙皮模具和承载骨架分解图所示，风洞动态试验飞机模型机身部件包括承载骨架1、进气管2和蒙皮3，其中：承载骨架1设置为桁架结构，承载骨架1的非承载区域采用桁架结构，整体采用空腔结构设计；承载骨架1上设置有第一安装部13，进气管2固定连接在第一安装部13上，第一安装部13设置为进气管安装框架，进气管2固定连接在所述进气管安装框架上；蒙皮3包裹在承载骨架1和进气管2上且与承载骨架1和进气管2固定连接，进气管2的进气端可拆卸设置有唇口5，唇口5设置在蒙皮3外，优选地，进气管2的进气端设置有金属预埋件，螺钉穿过唇口5并螺纹连接在进气管2的进气端上。
使用时，进气管2固定连接在第一安装部13上，蒙皮3包裹住进气管2和承载骨架1，唇口5可拆卸安装在进气管2的进气端上，并设置在蒙皮3外，本发明整体采用蒙皮骨架式结构，质量轻便，结构合理，精度高，具有良好的经济性，在风洞试验飞机模型加工制造领域具有十分广阔的应用前景。
作为可选地实施方式，如图1、图2和图5所示，进气管2包括第一进气管21和第二进气管22，其中：承载骨架1上对称设置有两个第一安装部13，第一安装部13设置为进气管安装框架，第一进气管21和第二进气管22分别固定连接在两个第一安装部13上，蒙皮3包裹住第一进气管21和第二进气管22，第一进气管21的进气端和第二进气管22的进气端均可拆卸安装有唇口5。
作为可选地实施方式，进气管2设置为尼龙3d打印件，所述第一进气管21设置为尼龙3d打印件左件，第二进气管22设置为尼龙3d打印件右件，所述尼龙3d打印件左件和所述尼龙3d打印件右件相互对称。
作为可选地实施方式，如图5所示，进气管2通过结构胶胶接在第一安装部13上；蒙皮3包括固定连接的上蒙皮31和下蒙皮32，上蒙皮31和下蒙皮32包裹在承载骨架1和进气管2上，且与承载骨架1和进气管2通过结构胶胶接；采用胶接的方式，连接紧固，包裹严密。
作为可选地实施方式，蒙皮3采用碳纤维材质制成，上蒙皮31和下蒙皮32均设置为碳纤维蒙皮，碳纤维蒙皮的比强度和比模量较高。
作为可选地实施方式，如图1和图5所示，承载骨架1两侧分别设置有第二安装部11，两个第二安装部11对称设置在蒙皮3外，第二安装部11用于机翼的安装，第二安装部11设置为机翼安装框架，所述机翼安装框架的数量设置为两个，且两个所述机翼安装框架对称设置。
作为可选地实施方式，如图1和图5所示，承载骨架1的前端设置有第三安装部12，第三安装部12设置在蒙皮3外，第三安装部12用于机头的安装；第三安装部12设置为机头安装框架，所述机头通过所述机头安装框架与承载骨架1固定连接。
实施例2：
本发明提供了一种风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，如图3本发明承载骨架安装位置示意图、图4本发明承载骨架安装位置侧视图和图5所示，包括以下步骤：
(I)通过CNC加工机床对承载骨架1和唇口5进行加工；
(II)通过尼龙3d打印机制作进气管2；
(III)通过碳纤维蒙皮上模具41和碳纤维蒙皮下模具42进行复合材料成型，分别获得上蒙皮31和下蒙皮32，获得的上蒙皮31和下蒙皮32的外形面和内形面的形面精度不大于0.1mm；
碳纤维蒙皮上模具41的底部和碳纤维蒙皮下模具42顶部设置有与承载骨架1相互配合的空腔，碳纤维蒙皮上模具41和碳纤维蒙皮下模具42均设置为粘接角模具；
(IV)将步骤(I)中加工完成的承载骨架1和步骤(II)中制作完成的进气管2定位安装在碳纤维蒙皮下模具42中，下蒙皮32、承载骨架1和进气管2通过结构胶胶接，在三坐标计量安装数据合格后，碳纤维蒙皮下模具42和碳纤维蒙皮上模具41通过定位销定位合模；
(V)合模后，上蒙皮31和下蒙皮32通过粘接角连接，待升温固化后，脱模，并将唇口5安装在进气管2的进气端上，所述机身部件制作完成，制作完成后的所述机身部件的整体的形面精度不大于0.2mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，包括承载骨架(1)、进气管(2)和蒙皮(3)，其中：
所述承载骨架(1)设置为桁架结构；所述承载骨架(1)上设置有第一安装部(13)，所述进气管(2)固定连接在所述第一安装部(13)上；所述蒙皮(3)包裹在所述承载骨架(1)和所述进气管(2)上且与所述承载骨架(1)和所述进气管(2)固定连接，所述进气管(2)的进气端可拆卸设置有唇口(5)，所述唇口(5)设置在所述蒙皮(3)外。
2.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述进气管(2)包括第一进气管(21)和第二进气管(22)，其中：
所述承载骨架(1)上对称设置有两个所述第一安装部(13)，所述第一进气管(21)和所述第二进气管(22)分别固定连接在两个所述第一安装部(13)上，所述蒙皮(3)包裹住所述第一进气管(21)和所述第二进气管(22)，所述第一进气管(21)的进气端和所述第二进气管(22)的进气端均可拆卸安装有唇口(5)。
3.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述进气管(2)设置为尼龙3d打印件。
4.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述进气管(2)通过结构胶胶接在所述第一安装部(13)上；
所述蒙皮(3)包括固定连接的上蒙皮(31)和下蒙皮(32)，所述上蒙皮(31)和所述下蒙皮(32)包裹在所述承载骨架(1)和所述进气管(2)上，且与所述承载骨架(1)和所述进气管(2)通过结构胶胶接。
5.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述蒙皮(3)采用碳纤维材质制成。
6.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述承载骨架(1)两侧分别设置有第二安装部(11)，两个所述第二安装部(11)对称设置在所述蒙皮(3)外，所述第二安装部(11)用于机翼的安装。
7.根据权利要求1所述的风洞动态试验飞机模型机身部件，其特征在于，所述承载骨架(1)的前端设置有第三安装部(12)，所述第三安装部(12)设置在所述蒙皮(3)外，所述第三安装部(12)用于机头的安装。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(I)通过CNC加工机床对所述承载骨架(1)和所述唇口(5)进行加工；
(II)通过尼龙3d打印机制作所述进气管(2)；
(III)通过碳纤维蒙皮上模具(41)和碳纤维蒙皮下模具(42)进行复合材料成型，分别获得上蒙皮(31)和下蒙皮(32)；
(IV)将步骤(I)中加工完成的所述承载骨架(1)和步骤(II)中制作完成的所述进气管(2)定位安装在所述碳纤维蒙皮下模具(42)中，所述下蒙皮(32)、所述承载骨架(1)和所述进气管(2)通过结构胶胶接，在三坐标计量安装数据合格后，所述碳纤维蒙皮下模具(42)和所述碳纤维蒙皮上模具(41)通过定位销定位合模；
(V)合模后，所述上蒙皮(31)和所述下蒙皮(32)通过粘接角连接，待升温固化后，脱模，并将所述唇口(5)安装在所述进气管(2)的进气端上，所述机身部件制作完成。
9.根据权利要求8所述的风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，其特征在于，步骤(III)中，获得的所述上蒙皮(31)的外形面和内形面的形面精度均不大于0.1mm；获得的所述下蒙皮(32)的外形面和内形面的形面精度均不大于0.1mm。
10.根据权利要求8所述的风洞动态试验飞机模型机身部件的制造方法，其特征在于，制作完成后的所述机身部件的形面精度不大于0.2mm。
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