CN110726527A - 一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平 - Google Patents

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Abstract

一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，属于航空气动力学风洞试验技术领域，本发明为了解决由于空间结构和尺寸的限制，风洞强迫滚转振动装置中采用编码器或角度传感器的方法测量模型振动角度不易实现的问题。支撑杆的一端与固定套管的一端相连接，固定套管内设有伺服电机和减速器，伺服电机的输出轴与减速器的输入端相连，旋转轴通过轴承设置在支撑杆内，旋转轴的一端穿过双螺旋角度天平通过联轴器与减速器的输出端相连接，旋转轴通过定位键与双螺旋角度天平的一端相连接，双螺旋角度天平的另一端与支撑杆的末端内壁相连接。本发明的一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天能满足飞机大幅度强迫滚转振动风洞试验研究的需求。

Description

一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平
技术领域
本发明涉及一种双螺旋角度测量天平，尤其涉及一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，属于航空气动力学风洞试验技术领域。
背景技术
现代战斗机为了适应近距格斗和全方位实施攻击的要求，突出地追求超机动性和敏捷性，前者主要与大幅度、大角速率运动形态有关，后者主要指飞行器快速地从一种飞行状态转为另一种状态的瞬态响应能力。这二者给飞行器设计带来的主要问题是这两者都与气动力的非定常、非线性有密切关系，在特定的飞行状态下，气动力的非定常和非线性影响占统治地位。因此，为了把握现代战斗机的空气动力特性,解决关键气动力问题,在风洞中开展模型大幅度强迫滚转振动试验设备研制是十分必要和迫切的。
由于空间结构和尺寸的限制，强迫滚转振动装置中采用编码器或角度传感器的方法测量模型振动角度是不易实现的，为此需要根据空间结构和尺寸设计一种角度测量天平满足试验的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，以解决由于空间结构和尺寸的限制，风洞强迫滚转振动装置中采用编码器或角度传感器的方法测量模型振动角度不易实现的问题。
一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平包括五分量天平、支撑杆、旋转轴、定位键、双螺旋角度天平、联轴器、减速器、伺服电机和固定套管；
支撑杆的一端与固定套管的一端相连接，固定套管内设有伺服电机和减速器，伺服电机的输出轴与减速器的输入端相连，旋转轴通过轴承设置在支撑杆内，旋转轴的一端穿过双螺旋角度天平通过联轴器与减速器的输出端相连接，旋转轴通过定位键与双螺旋角度天平的一端相连接，双螺旋角度天平的另一端与支撑杆的末端内壁相连接，支撑杆的左端与五分量天平相连接。
优选的：双螺旋角度天平包括连接板、法兰、第一螺旋杆和第二螺旋杆；
连接板和法兰之间设有第一螺旋杆和第二螺旋杆，第一螺旋杆和第二螺旋杆交错设置，第一螺旋杆和第二螺旋杆根部的内外表面分别贴有第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片。
优选的：连接板上设有键槽，定位键设置在键槽内，法兰内圈设有限位槽，旋转轴上设有限位杆，限位杆设置在限位槽内。
本发明与现有产品相比具有以下效果：
本发明强迫滚转振动测量装置总体结构布局合理，安装方便，能准确地完成飞机模型强迫滚转振动试验时的气动特性的测量。
本发明设计了特殊的双螺旋角度天平用来测量飞行器的振动角度。
本发明设计科学、合理、富有创意，整体结构紧凑，体积小、低功耗、成本低廉，性能稳定、可靠，环境适用性和实用性较强，具有较好的发展前景
旋转轴尾部装有有限位杆，可以限制旋转轴的最大振幅，起到保护作用。
通过双螺旋角度测量天平测量飞机模型强迫滚转振动时的振动幅值。双螺旋角度测量天平采用一块高强度钢材整体加工的而成。
附图说明
图1是一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平的结构示意图；
图2是图1的部分放大图；
图3是双螺旋角度天平的结构示意图；
图4是图3的主视图。
图中1-五分量天平、2-支撑杆、3-旋转轴、4-定位键、5-双螺旋角度天平、6-限位杆、7-联轴器、8-减速器、9-伺服电机、10-固定套管、11-第一应变片、12-第二应变片、13-第三应变片、14-第四应变片、15-连接板、16-法兰、17-第一螺旋杆、18-第二螺旋杆。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
结合图1至图4所示，本实施例公开的一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，包括五分量天平1、支撑杆2、旋转轴3、定位键4、双螺旋角度天平5、联轴器7、减速器8、伺服电机9和固定套管10；
支撑杆2的一端与固定套管10的一端相连接，固定套管10内设有伺服电机9和减速器8，伺服电机9的输出轴与减速器8的输入端相连，旋转轴3通过轴承设置在支撑杆2内，旋转轴3的一端穿过双螺旋角度天平5通过联轴器7与减速器8的输出端相连接，旋转轴3通过定位键4与双螺旋角度天平5的一端相连接，双螺旋角度天平5的另一端与支撑杆2的末端内壁相连接，支撑杆2的左端与五分量天平1相连接。
利用伺服电机设定正弦振动曲线实现飞行器做正弦滚转振动。
进一步：双螺旋角度天平5包括连接板15、法兰16、第一螺旋杆17和第二螺旋杆18；
连接板15和法兰16之间设有第一螺旋杆17和第二螺旋杆18，第一螺旋杆17和第二螺旋杆18交错设置，第一螺旋杆17和第二螺旋杆18根部的内外表面分别贴有第一应变片11、第二应变片12、第三应变片13和第四应变片14。具体做法是，采用一块高强度钢整体通过机械加工方法加工出双螺旋梁，双螺旋梁在回转方向上具有很大的弹性，在角度测量天平大角度滚转振动时，梁内外表面产生不太大应力。梁内外表面应力方向相反；一面为正应力，一面为负应力。选取合适的位置贴四片电阻应变片组成惠斯通电桥。首先在风洞试验前校准出振动角度和电桥输出之间的线性关系，风洞试验时由电桥的输出可以得到飞行器模型的振动角度。
角度天平后端法兰盘设计成半个圆环形式和旋转轴限位杆一起作用可以起到限制模型最大
天平支杆前端设有常规六分量天平，可以测量飞机模型风洞试验时所受到的气动力载荷。
进一步：连接板15上设有键槽，定位键4设置在键槽内，法兰16内圈设有限位槽，旋转轴3上设有限位杆6，限位杆6设置在限位槽内。
1)双螺旋角度天平(5)直径为φ88mm,长度为80mm。
梁宽4mm厚度2.5mm螺距15mm。角度天平前后端相对转动30度时，梁表面应力为160Mpa。双螺旋角度天平根部内外表面贴4片应变片组成惠斯通电桥。
2)旋转轴3尾部装有有限位杆6，可以限制旋转轴的最大振幅，旋转轴最大振幅为±90度。
3伺服电机9通过编程设计可以实现振幅30度正弦曲线滚转振动。
4)五分量天平设计载荷为法向力2000N，直径为φ28mm。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，其特征在于：包括五分量天平(1)、支撑杆(2)、旋转轴(3)、定位键(4)、双螺旋角度天平(5)、联轴器(7)、减速器(8)、伺服电机(9)和固定套管(10)；
所述支撑杆(2)的一端与固定套管(10)的一端相连接，固定套管(10)内设有伺服电机(9)和减速器(8)，伺服电机(9)的输出轴与减速器(8)的输入端相连，旋转轴(3)通过轴承设置在支撑杆(2)内，旋转轴(3)的一端穿过双螺旋角度天平(5)通过联轴器(7)与减速器(8)的输出端相连接，旋转轴(3)通过定位键(4)与双螺旋角度天平(5)的一端相连接，双螺旋角度天平(5)的另一端与支撑杆(2)的末端内壁相连接，支撑杆(2)的左端与五分量天平(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，其特征在于：所述双螺旋角度天平(5)包括连接板(15)、法兰(16)、第一螺旋杆(17)和第二螺旋杆(18)；
所述连接板(15)和法兰(16)之间设有第一螺旋杆(17)和第二螺旋杆(18)，第一螺旋杆(17)和第二螺旋杆(18)交错设置，第一螺旋杆(17)和第二螺旋杆(18)根部的内外表面分别贴有第一应变片(11)、第二应变片(12)、第三应变片(13)和第四应变片(14)。
3.根据权利要求2所述的一种用于风洞滚转振动装置的双螺旋角度测量天平，其特征在于：所述连接板(15)上设有键槽，定位键(4)设置在键槽内，法兰(16)内圈设有限位槽，旋转轴(3)上设有限位杆(6)，限位杆(6)设置在限位槽内。
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