CN110887635B - 一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，包括自由升沉模块与强迫升沉模块，自由升沉模块一端通过模型连接件与飞行器连接，另一端与强迫升沉模块固连，可实现自由升沉运动；强迫升沉模块安装在水平风洞下壁板上，在伺服电机与行星减速机的驱动下，根据自由升沉模块反馈的位移信号，进行同向实时的补偿运动。本发明的技术方案可较为真实的模拟飞机纵向短周期运动响应和操纵控制特性，可以用于纵向控制律验证、飞行品质评估等，从而减小试飞风险、缩短新机研制周期，为实现武器装备的跨越式发展提供有效的技术支持。

Description

一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置
技术领域
本发明属于飞行器风洞试验领域，涉及一种用于新型虚拟飞行试验系统的专用试验设备。
背景技术
飞行器良好的飞行品质是其飞行安全的基础，通常情况下，飞行器的纵向扰动运动存在两种典型的振荡运动模态，即长周期模态和短周期模态。与长周期模态相比，短周期模态是飞行器纵向运动的强模态，它决定了飞行器的纵向稳定性与操纵性，该模态的改善是飞行器飞行控制律设计及闭环操纵品质评定的重要内容。短周期模态由于其周期短、变化快，飞行员来不及修正，对飞行器的飞行安全、射击准确性影响很大。因此，研究飞行器品质特性、操纵性及机动性，重点是研究短周期模态。本发明通过研制一种由自由升沉模块与强迫升沉模块组成的基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，在水平风洞中开展飞行器纵向短周期研究，测量其在纵向短周期运动过程中的响应参数，掌握其运动规律，为飞行器安全飞行提供必要的技术保障。
发明内容
发明目的
模型在垂直方向自由运动时，由于机构与飞行器共同运动会引起额外质量，从而改变飞行器动力学特性，本发明提出一种包括自由升沉模块与强迫升沉模块的基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，自由升沉模块的作用是保持模型升沉方向始终处于自由状态，为小行程运动。强迫升沉模块的作用是接到自由升沉模块反馈的位移信号后，跟随模型的上下运动进行同向实时的补偿运动，保证自由运动机构不碰到限位，从而达到大幅度增加模型的自由运动行程的目的，用于纵向控制律验证与飞行品质评估。
发明技术解决方案
为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，包括自由升沉模块与强迫升沉模块，自由升沉模块一端通过模型连接件与飞行器连接，另一端与强迫升沉模块固连，可实现自由升沉运动；强迫升沉模块安装在水平风洞下壁板上，在伺服电机与行星减速机的驱动下，根据自由升沉模块反馈的位移信号，进行同向实时的补偿运动。强迫升沉模块安装在水平风洞下壁板上，在伺服电机与行星减速机的驱动下，根据自由升沉模块反馈的位移信号，进行同向实时的补偿运动，保证自由运动机构不碰到限位，大幅度增加飞行器的自由运动行程。强迫升沉模块采用双导轨导向方式可有效增加系统的抗倾覆能力，安全缓冲装置可确保伺服电机失效时机构不与风洞下壁板发生硬碰撞。
优选的，自由升沉模块为双导杆导向形式，两根空心直线导杆分别安装在两对直线轴承内，随飞行器一起上下运动，缓冲阻尼器安装在自由升沉上下行程极限位置，防止强迫升沉模块行程补偿不及时导致飞行器与自由升沉模块相撞。
优选的，强迫升沉模块通过驱动装置安装座安装在水平风洞下壁板上，凹型齿条导轨安装在底座上，与凹型齿条导轨啮合的传动齿轮通过齿轮挡板安装在行星减速机输出轴上，导轮安装在NSK深沟球轴承内孔中，导轮末端与驱动装置安装座固定，伺服电机驱动传动齿轮与凹型齿条导轨啮合传动，在导轮与凹型齿条导轨的导向下沿升沉方向进行快速补偿运动；直线光栅尺安装在凹型齿条导轨一侧，固定在水平风洞下壁板上的光栅读数头Ⅱ实时获取强迫升沉模块的位移，反馈给控制系统进行实时调节；安全缓冲装置固定在凹型齿条导轨上，防止驱动装置失效时机构碰撞到水平风洞下壁板。
优选的，自由升沉模块通过模型连接件与飞行器连接，模型连接件与上连接板连接，空心直线导杆安装在直线轴承内孔中，空心直线导杆两端分别与上连接板、下连接板连接，形成一个整体；直线轴承安装在直线轴承安装座内，通过堵盖进行轴向定位，直线轴承安装座与底座连接固定；光栅尺基座上下两端分别与上连接板和下连接板连接，中间部位安装光栅尺，固定在底座上的光栅读数头Ⅰ可实时获取自由升沉模块的位置信息，及时反馈给强迫升沉模块。
优选的，和缓冲阻尼器均安装在底座上。
优选的，空心直线导杆两端分别与上连接板、下连接板采用直口配合、锁紧螺母固定的方式连接。
优选的，底座采用轻质高强度合金制成。
优选的，凹型齿条导轨采用一体式加工。
本发明的优点
本发明的优点在于：
首次提出自由升沉模块与强迫升沉模块的组合设计，自由升沉模块采用双导杆与直线轴承组合的结构形式，能够有效减小机构在自由运动过程中的摩擦阻力并可防扭转。强迫升沉模块根据自由升沉模块中光栅尺反馈的位置信息，在电机减速器及齿轮齿条驱动下，依靠导轮导轨的导向，带动机构进行同向实时的补偿运动，保证自由运动机构不碰到限位，大幅度增加模型的自由运动行程。相比飞行模拟器和试飞手段，具有重复性高、周期短、风险低等特点，弥补了现有风洞试验手段的不足。
附图说明
图1为本发明一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置三维结构图。
图2为自由升沉模块三维结构图。
图3为强迫升沉模块三维结构图。
图4为本发明的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置的主视图；
图5为本发明一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置的侧视图。
图中：1-模型连接件、2-内六角圆柱头螺钉、3-锁紧螺母、4-上连接板、5-缓冲阻尼器、6-直线轴承安装座、7-内六角圆柱头螺钉、8-光栅读数头Ⅰ、9-空心直线导杆、10-光栅尺、11-光栅尺基座、12-下连接板、13-安全缓冲装置、14-内六角圆柱头螺钉、15-凹型齿条导轨、16-直线光栅尺、17-底座、18-光栅读数头Ⅱ、19-堵盖、20-直线轴承、21-翼型风挡、22-内六角圆柱头螺钉、23-驱动装置安装座、24-行星减速机、25-伺服电机、26-齿轮挡板、27-传动齿轮、28-NSK深沟球轴承、29-轴承挡圈、30-圆螺母、31-导轮。
具体实施方式
结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。
一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，包括自由升沉模块与强迫升沉模块，自由升沉模块通过模型连接件1与飞行器连接，模型连接件1通过内六角圆柱头螺钉2与上连接板4连接，空心直线导杆9安装在直线轴承20内孔中，直线轴承20采用低阻尼直线轴承，空心直线导杆9两端分别与上连接板4、下连接板12采用直口配合、锁紧螺母3固定的方式连接，形成一个整体，可有效防止机构在运动过程中扭转。直线轴承20安装在直线轴承安装座6内，通过堵盖19进行轴向定位，直线轴承安装座6与强迫升沉模块中的轻质高强度合金底座17采用内六角圆柱头螺钉7连接固定。光栅尺基座11上、下两端分别与上连接板4和下连接板12连接，中间部位竖直安装光栅尺10，固定在底座17上的光栅读数头Ⅰ8可实时获取自由升沉模块的位置信息，及时反馈给强迫升沉模块。缓冲阻尼器5安装在底座17上，防止强迫升沉模块行程补偿不及时导致飞行器与其相碰撞。强迫升沉模块通过驱动装置安装座23安装在水平风洞下壁板上，采用内六角圆柱头螺钉22固定，翼型风挡21安装在整套机构外侧，减小设备对流场的干扰。凹型齿条导轨15安装在底座17上，采用内六角圆柱头螺钉14固定，与凹型齿条导轨15啮合的传动齿轮27通过齿轮挡板26安装在行星减速机24输出轴上，导轮31安装在NSK深沟球轴承28内孔中，末端通过轴承挡圈29与圆螺母30与驱动装置安装座23固定，伺服电机25驱动传动齿轮27与凹型齿条导轨15啮合传动，在导轮31与凹型齿条导轨15的导向下沿升沉方向进行快速补偿运动。直线光栅尺16安装在凹型齿条导轨15一侧，随强迫升沉模块上下运动，固定在水平风洞下壁板上的光栅读数头Ⅱ18实时获取强迫升沉模块的位移，反馈给伺服电机25进行实时调节。安全缓冲装置13固定在凹型齿条导轨15上，防止伺服电机25失效时机构碰撞到水平风洞下壁板。

Claims (6)

1.一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：包括自由升沉模块与强迫升沉模块，自由升沉模块一端通过模型连接件与飞行器连接，另一端与强迫升沉模块固连，实现自由升沉运动；强迫升沉模块安装在水平风洞下壁板上，在伺服电机与行星减速机的驱动下，根据自由升沉模块反馈的位移信号，进行同向实时的补偿运动；自由升沉模块为双导杆导向形式，两根空心直线导杆(9)分别安装在两对直线轴承(20)内，随飞行器一起上下运动，缓冲阻尼器(5)安装在自由升沉上下行程极限位置；强迫升沉模块通过驱动装置安装座(23)安装在水平风洞下壁板上，凹型齿条导轨(15)安装在底座(17)上，与凹型齿条导轨(15)啮合的传动齿轮(27)通过齿轮挡板(26)安装在行星减速机(24)输出轴上，导轮(31)安装在NSK深沟球轴承(28)内孔中，导轮(31)末端与驱动装置安装座(23)固定，伺服电机(25)驱动传动齿轮(27)与凹型齿条导轨(15)啮合传动，在导轮(31)与凹型齿条导轨(15)的导向下沿升沉方向进行快速补偿运动；直线光栅尺(16)安装在凹型齿条导轨(15)一侧，随强迫升沉模块上下运动，固定在水平风洞下壁板上的光栅读数头Ⅱ(18)实时获取强迫升沉模块的位移，反馈给伺服电机(25)进行实时调节；安全缓冲装置(13)固定在凹型齿条导轨(15)上，防止伺服电机(25)失效时机构碰撞到水平风洞下壁板；自由升沉模块通过模型连接件(1)与飞行器连接，模型连接件(1)与上连接板(4)连接，空心直线导杆(9)安装在直线轴承(20)内孔中，空心直线导杆(9)两端分别与上连接板(4)、下连接板(12)连接，形成一个整体；直线轴承(20)安装在直线轴承安装座(6)内，通过堵盖(19)进行轴向定位，直线轴承安装座(6)与底座(17)连接固定；光栅尺基座(11)上下两端分别与上连接板(4)和下连接板(12)连接，中间部位安装光栅尺(10)，固定在底座(17)上的光栅读数头Ⅰ(8)可实时获取自由升沉模块的位置信息，及时反馈给强迫升沉模块。
2.如权利要求1所述的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：缓冲阻尼器(5)安装在底座(17)上。
3.如权利要求1所述的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：空心直线导杆(9)两端分别与上连接板(4)、下连接板(12)采用直口配合、锁紧螺母(3)固定的方式连接。
4.如权利要求1所述的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：底座(17)采用轻质高强度合金制成。
5.如权利要求1所述的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：凹型齿条导轨(15)采用一体式加工。
6.如权利要求1～5任一所述的一种基于水平风洞的飞行器纵向短周期模拟试验装置，其特征在于：翼型风挡(21)底部连接于水平风洞下壁板上用于减小该试验装置对流场的干扰。
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