CN111307398A - 一种基于tld的风洞被动减振支杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TLD的风洞被动减振支杆，属于航天航空工程领域；包括支杆连接段、锥面段、支杆壳体、n个固定孔、导线孔、m个凹槽、m组连接孔、m个槽盖；锥面段的平面与支杆连接段的轴向一端同轴对接；支杆壳体为杆状结构；支杆壳体同轴固定在锥面段锥面的锥顶处；n个固定孔沿周向均匀设置在锥面段锥面的锥底处；导线孔设置在支杆壳体上，且位于支杆壳体与锥面段的连接端；m个凹槽沿轴向均匀设置在支杆壳体的侧壁上；且m个凹槽的开口方向一致；每个凹槽内部设置有1组连接孔；每个凹槽对应设置一个槽盖；槽盖安装在对应凹槽的上方，实现对凹槽的密封；本发明简单有效地进行支杆的振动控制，从而实现提高试验精度、保护风洞试验模型的目的。

Description

一种基于TLD的风洞被动减振支杆

技术领域

本发明属于航天航空工程领域，涉及一种基于TLD的风洞被动减振支杆。

背景技术

在地面风洞实验过程中，暂冲式风洞启动时，由于气流的冲击作用，使得实验模型及支杆承受很大的动态冲击载荷，一般为静态的3～5倍。对暂冲式风洞来说，在启动阶段，无法避免会出现这样的动态载荷引起的冲击，这样的载荷会引起采集信号信噪比降低，给被测设备的风洞实测试带来额外误差，偏离真实物理过程，在极端情况下还会导致风洞内被测模型或风洞测试用支杆内的天平破坏，一旦天平被破坏，更换和维修天平非常麻烦而且费用也非常昂贵。

现有的基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统包括：闭环放大式驱动器数据采集器、控制计算模块、激光位移传感器、加速度传感器、压电陶瓷作动器、支杆、弯刀。该系统使用激光位移传感器、加速度传感器测量支杆的振动情况，将数据传递给数据采集器，再使用控制计算模块控制压电陶瓷作动器来抵抗模型的振动。

现有的基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统存在以下问题：

(1)装备成本高、设备要求高，系统鲁棒性差，激光位移传感器、压电陶瓷作动器、加速度传感器都是精密仪器，价格昂贵，在风洞流场的条件下容易发生故障。

(2)控制结果受环境因素影响较大，激光位移传感器是利用光的传播来进行尺寸测量的设备，而光的传播受到介质密度的影响，在风洞吹风条件下，很难保证流场密度均匀不变，这会对结果产生干扰。同样，加速度传感器会受到温度的影响，在风洞吹风过程中温度将实时变化，也会影响控制结果。

(3)设备控制能力有限，通常情况下现有的基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统主要被控模态主要为一阶或二阶模态，很难实现全模态的控制。

(4)控制点少，通常情况下现有的基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统仅仅通过1～2个压电陶瓷作动器加载点完成对支杆的振动控制，控制点相对较少，而且多位于支杆的根部，很难对端部的振动做出有效限制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于TLD的风洞被动减振支杆，简单有效地进行支杆的振动控制，从而实现提高试验精度、保护风洞试验模型的目的。

本发明解决技术的方案是：

一种基于TLD的风洞被动减振支杆，包括支杆连接段、锥面段、支杆壳体、n个固定孔、导线孔、m个凹槽、m组连接孔、m个槽盖；其中，支杆连接段为柱状结构；锥面段的轴向一端为锥面结构；锥面段的轴向另一端为平面结构；锥面段的平面与支杆连接段的轴向一端同轴对接；支杆壳体为杆状结构；支杆壳体同轴固定在锥面段锥面的锥顶处；n个固定孔沿周向均匀设置在锥面段锥面的锥底处；导线孔设置在支杆壳体上，且位于支杆壳体与锥面段的连接端；m个凹槽沿轴向均匀设置在支杆壳体的侧壁上；且m个凹槽的开口方向一致；每个凹槽内部设置有1组连接孔；每个凹槽对应设置一个槽盖；槽盖安装在对应凹槽的上方，实现对凹槽的密封；n为正整数，且n≥10；m为正整数，且m≥2。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，所述支杆壳体的轴向截面为双弧形对称结构；支杆壳体的顶端和底部均为弧形；支杆壳体的两个外侧壁为竖直平面结构；风洞试验时，的两个外侧壁与底面垂直放置。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，所述支杆壳体每个外侧壁对应的圆心角为a；80°≤a≤90°。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，相邻2个凹槽沿支杆壳体轴向的间距为10mm-15mm；支杆壳体设置有凹槽位置的最小壁厚L为3mm-5mm。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，每组连接孔包括4个连接孔；4个连接孔两两对称设置在凹槽轴向两端的上表面，实现槽盖与凹槽的连接密封；连接孔的直径为2-4mm。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，所述槽盖为下端凸起盖状结构；槽盖的顶部与支杆壳体顶端弧形形状一致；槽盖的底部竖直向下设置有突起；槽盖通过连接孔固定安装在凹槽顶部时，底部突起伸入凹槽中。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，当槽盖固定安装在凹槽顶部时，槽盖底部与凹槽内壁之间的最小间隙大于5mm。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，所述风洞被动减振支杆还包括水银；水银设置在凹槽中，且每个凹槽中的水银高度为凹槽深度的45％～55％。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，所述支杆壳体和槽盖均采用45#钢材料。

在上述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，风洞试验时，支杆连接段伸入外部弯刀的内部，支杆壳体通过锥面段上的n个固定孔与外部弯刀固连，实现支杆壳体轴向水平放置；且m个凹槽的开口端竖直向上。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明设备成本低廉、可以重复使用，相对于传统基于压电技术的风洞实验支杆振动抑制系统，该设备为被动控制方法，全套设备无任何精密仪器仪表，结构简单，价格低廉，在风洞中稳定性好；

(2)本发明控制结果不受环境影响，因为系统为被动控制系统，无任何电器部件，控制部分又位于支杆内部，不会受到温度，流场密度等因素的影响；

(3)本发明控制效果好，相对于基于压电技术的传统风洞实验支杆振动抑制系统，该方法可以控制模型各个模态的结构振动，控制范围广泛；

(4)本发明控制系统分布均匀，可以对支杆尖端进行准确的振动抑制，该发明的结构控制系统沿轴向分布均匀，相对于与传统的根部几个压电作动器，该发明可以更加有效地实现全支杆的振动控制。

附图说明

图1为本发明风洞被动减振支杆整体示意图；

图2为本发明减振支杆轴向示意图；

图3为本发明凹槽示意图；

图4为本发明水银位置示意图；

图5为本发明风洞试验装配示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供一种新型的基于TLD的风洞被动减振支杆，可以简单有效地进行支杆的振动控制，从而实现提高试验精度、保护风洞试验模型的目的。如图1所示，风洞被动减振支杆，主要包括支杆连接段1、锥面段2、支杆壳体12、n个固定孔11、导线孔10、m个凹槽8、m组连接孔9、m个槽盖13；其中，支杆连接段1为柱状结构；锥面段2的轴向一端为锥面结构；锥面段2的轴向另一端为平面结构；锥面段2的平面与支杆连接段1的轴向一端同轴对接；支杆壳体12为杆状结构；支杆壳体12同轴固定在锥面段2锥面的锥顶处；n个固定孔11沿周向均匀设置在锥面段2锥面的锥底处；导线孔10设置在支杆壳体12上，且位于支杆壳体12与锥面段2的连接端；m个凹槽8沿轴向均匀设置在支杆壳体12的侧壁上；且m个凹槽8的开口方向一致；每个凹槽8内部设置有1组连接孔9；每个凹槽8对应设置一个槽盖13；槽盖13安装在对应凹槽8的上方，实现对凹槽8的密封；n为正整数，且n≥10；m为正整数，且m≥2。相邻2个凹槽8沿支杆壳体12轴向的间距为10mm-15mm；如图3所示，支杆壳体12设置有凹槽8位置的最小壁厚L为3mm-5mm。槽盖13为下端凸起盖状结构；槽盖13的顶部与支杆壳体12顶端弧形形状一致；槽盖13的底部竖直向下设置有突起；槽盖13通过连接孔9固定安装在凹槽8顶部时，底部突起伸入凹槽8中。当槽盖13固定安装在凹槽8顶部时，槽盖13底部与凹槽8内壁之间的最小间隙大于5mm。支杆壳体12和槽盖13均采用45#钢材料。“凸”字形槽盖13盖在凹槽8保留凹槽上方，使得除上方外各个方向有大于5mm空隙，““凸”字形槽盖13上表面与支杆壳体12顶端弧形形状一致。

如图2所示，支杆壳体12的轴向截面为双弧形对称结构；支杆壳体12的顶端和底部均为弧形；支杆壳体12的两个外侧壁为竖直平面结构；风洞试验时，的两个外侧壁与底面垂直放置。支杆壳体12每个外侧壁对应的圆心角为a；80°≤a≤90°。且每组连接孔9包括4个连接孔9；4个连接孔9两两对称设置在凹槽8轴向两端的上表面，实现槽盖13与凹槽8的连接密封；连接孔9的直径为2-4mm。

如图5所示，风洞试验时，支杆连接段1伸入外部弯刀15的内部，支杆壳体12通过锥面段2上的n个固定孔11与外部弯刀15固连，实现支杆壳体12轴向水平放置；且m个凹槽8的开口端竖直向上。如图4所示，风洞被动减振支杆还包括水银14；水银14设置在凹槽8中，且每个凹槽8中的水银14高度为凹槽8深度的45％～55％。试验过程中，当支杆壳体12发生振动时，凹槽8内部的水银14可以通过能量消耗降低支杆的振动幅度，达到保护风洞模型的目的。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：包括支杆连接段(1)、锥面段(2)、支杆壳体(12)、n个固定孔(11)、导线孔(10)、m个凹槽(8)、m组连接孔(9)、m个槽盖(13)；其中，支杆连接段(1)为柱状结构；锥面段(2)的轴向一端为锥面结构；锥面段(2)的轴向另一端为平面结构；锥面段(2)的平面与支杆连接段(1)的轴向一端同轴对接；支杆壳体(12)为杆状结构；支杆壳体(12)同轴固定在锥面段(2)锥面的锥顶处；n个固定孔(11)沿周向均匀设置在锥面段(2)锥面的锥底处；导线孔(10)设置在支杆壳体(12)上，且位于支杆壳体(12)与锥面段(2)的连接端；m个凹槽(8)沿轴向均匀设置在支杆壳体(12)的侧壁上；且m个凹槽(8)的开口方向一致；每个凹槽(8)内部设置有1组连接孔(9)；每个凹槽(8)对应设置一个槽盖(13)；槽盖(13)安装在对应凹槽(8)的上方，实现对凹槽(8)的密封；n为正整数，且n≥10；m为正整数，且m≥2。

2.根据权利要求1所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：所述支杆壳体(12)的轴向截面为双弧形对称结构；支杆壳体(12)的顶端和底部均为弧形；支杆壳体(12)的两个外侧壁为竖直平面结构；风洞试验时，的两个外侧壁与底面垂直放置。

3.根据权利要求2所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：所述支杆壳体(12)每个外侧壁对应的圆心角为a；80°≤a≤90°。

4.根据权利要求1所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：相邻2个凹槽(8)沿支杆壳体(12)轴向的间距为10mm-15mm；支杆壳体(12)设置有凹槽(8)位置的最小壁厚L为3mm-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：每组连接孔(9)包括4个连接孔(9)；4个连接孔(9)两两对称设置在凹槽(8)轴向两端的上表面，实现槽盖(13)与凹槽(8)的连接密封；连接孔(9)的直径为2-4mm。

6.根据权利要求5所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：所述槽盖(13)为下端凸起盖状结构；槽盖(13)的顶部与支杆壳体(12)顶端弧形形状一致；槽盖(13)的底部竖直向下设置有突起；槽盖(13)通过连接孔(9)固定安装在凹槽(8)顶部时，底部突起伸入凹槽(8)中。

7.根据权利要求6所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：当槽盖(13)固定安装在凹槽(8)顶部时，槽盖(13)底部与凹槽(8)内壁之间的最小间隙大于5mm。

8.根据权利要求1-7之一所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：所述风洞被动减振支杆还包括水银(14)；水银(14)设置在凹槽(8)中，且每个凹槽(8)中的水银(14)高度为凹槽(8)深度的45％～55％。

9.根据权利要求1所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：所述支杆壳体(12)和槽盖(13)均采用45#钢材料。

10.根据权利要求1所述的一种基于TLD的风洞被动减振支杆，其特征在于：风洞试验时，支杆连接段(1)伸入外部弯刀(15)的内部，支杆壳体(12)通过锥面段(2)上的n个固定孔(11)与外部弯刀(15)固连，实现支杆壳体(12)轴向水平放置；且m个凹槽(8)的开口端竖直向上。

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