CN112254919A - 一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，包括基础台架、风洞天平、变攻角机构、攻角测量装置、伞绳安装框架和操纵机箱，变攻角机构安设于基础台架上，变攻角机构通过风洞天平与伞绳安装框架连接，攻角测量装置设置于伞绳安装框架上，伞绳安装框架通过伞绳与翼伞连接，操纵机箱固设于伞绳安装框架上，操纵机箱通过操纵绳与翼伞连接。本发明实现了翼伞气动特性和操纵特性在风洞试验中的测量。

Description

一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置
技术领域
本发明涉及翼伞设备技术领域，具体涉及一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置。
背景技术
翼伞作为一种柔性翼结构的降落伞，具有折叠体积小、质量轻的优点，同时由于其独特的翼型结构拥有优良的滑翔和操纵性能，广泛应用于航天器定点回收、精确空投和救生物资投放等任务中，具有极大的军事和民用价值。
翼伞的气动特性及操纵特性的研究是开展翼伞系统研究设计的基础，当前翼伞的气动特性及操纵特性的传统研究方式是通过空投试验获得，试验代价大，成本高，且获取的试验数据不全，例如翼伞操纵力就无法测量。
风洞试验作为翼伞气动特性测量的主要手段，早期的翼伞风洞试验的对象基本都是刚性翼伞或者伞衣包裹刚性骨架的半刚性翼伞，只能测量翼伞的静态气动特性，不能反映柔性翼伞的真实力学特性，同时由于模型为刚性，翼伞后缘不能偏转，测不出翼伞的操纵特性。对于柔性翼伞来说，翼伞在风洞中面临着攻角改变困难，难以测量，整体稳定性不足等诸多难题。
为了实现柔性翼伞的风洞试验，需要针对柔性翼伞研究新型试验技术，以满足翼伞气动特性和操纵特性测量的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，实现了翼伞气动特性和操纵特性在风洞试验中的测量。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，包括基础台架、风洞天平、变攻角机构、攻角测量装置、伞绳安装框架和操纵机箱，变攻角机构安设于基础台架上，变攻角机构通过风洞天平与伞绳安装框架连接，攻角测量装置设置于伞绳安装框架上，伞绳安装框架通过伞绳与翼伞连接，操纵机箱固设于伞绳安装框架上，操纵机箱通过操纵绳与翼伞连接。
按照上述技术方案，变攻角机构包括四连杆机构和作动缸，作动缸通过四连杆机构与风洞天平连接，作动缸设置于基础台架上。
按照上述技术方案，基础台架包括固定平台和整流罩，作动缸设置于固定平台上，整流罩套设于四连杆机构外，固设于固定平台上。
按照上述技术方案，攻角测量装置包括伞绳夹具、滚动轴、轴承支座和编码器，伞绳夹具通过滚动轴及轴承支座布置于伞绳安装框架上，伞绳夹具与伞绳连接，编码器与滚动轴连接。
按照上述技术方案，伞绳安装框架包括伞绳连接架和固定板，伞绳连接架固设于固定板上，伞绳连接架为弧形，伞绳连接架的弧形边通过伞绳与翼伞连接。
按照上述技术方案，操纵机箱包括电源、电机、控制器和机箱，电机设置于机箱内，电机的输出轴上设有操纵轮，控制器与电机、风洞天平和攻角测量装置连接，电源与电机和控制器连接，操纵绳的一端缠绕于操纵轮上。
按照上述技术方案，攻角测量装置设置于伞绳安装框架与伞绳的连接处。
按照上述技术方案，翼伞上的不同位置设置有高速摄像机。
本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单，操作方便，解决了柔性翼伞在风洞试验中安装、固定问题，实现了柔性翼伞气动特性和操纵特性在风洞试验中的测量。
附图说明
图1是本发明实施例中基础台架的结构示意图；
图2是本发明实施例中翼伞和伞绳安装框架的连接示意图；
图3是本发明实施例中柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置的结构示意图；
图4是本发明实施例中柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置的改变攻角操作的过程示意图；
图5是本发明实施例中柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置的操纵绳单侧下拉操纵示意图；
图中，1-固定平台，2-整流罩，3-四连杆机构，4-作动缸，5-风洞天平，6-翼伞，7-操纵绳，8-伞绳连接架，9-固定板，10-攻角测量装置，11-操纵机箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图5所示，本发明提供的一个实施例中的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，包括基础台架、风洞天平5、变攻角机构、攻角测量装置10、伞绳安装框架和操纵机箱11，变攻角机构安设于基础台架上，变攻角机构通过风洞天平5与伞绳安装框架连接，攻角测量装置10设置于伞绳安装框架上，伞绳安装框架通过伞绳与翼伞连接，操纵机箱11固设于伞绳安装框架上，操纵机箱11通过操纵绳7与翼伞连接。
进一步地，试验对象为翼伞和翼伞伞绳安装框架组合而成的耦合体，为了使翼伞攻角转变跟随性强，同时翼伞模型置于风洞中心的要求，采取伞绳截断的方式，将伞绳依原方向、次序布置在伞绳安装框架上，保证风洞中翼伞气动外形不会因伞绳截断而产生变化。
进一步地，变攻角机构包括四连杆机构3和作动缸4，作动缸4通过四连杆机构3与风洞天平5连接，作动缸4设置于基础台架上。
进一步地，基础台架包括固定平台1和整流罩2，作动缸4设置于固定平台1上，整流罩2套设于四连杆机构3外，固设于固定平台1上。
进一步地，攻角测量装置10包括伞绳夹具、滚动轴、轴承支座和编码器，伞绳夹具通过滚动轴及轴承支座布置于伞绳安装框架上，伞绳夹具与伞绳连接，编码器与滚动轴连接；编码器通过滚动轴检测伞绳夹具的转动角度，伞绳夹具与滚动轴连接，滚动轴通过轴承支座设置于伞绳安装框架上。
进一步地，伞绳安装框架包括伞绳连接架8和固定板9，伞绳连接架8固设于固定板9上，伞绳连接架8为弧形，伞绳连接架8的弧形边通过伞绳与翼伞连接。
进一步地，操纵机箱11包括电源、电机、控制器和机箱，电机设置于机箱内，电机的输出轴上设有操纵轮，控制器与电机、风洞天平5和攻角测量装置10连接，电源与电机和控制器连接，操纵绳7的一端缠绕于操纵轮上。
进一步地，攻角测量装置10设置于伞绳安装框架与伞绳的连接处。
进一步地，翼伞上的不同位置设置有高速摄像机。
进一步地，高速摄像机与控制器连接。
本发明的工作原理：本方案中基础台架与变攻角机构连接，用于固定变攻角机构。
本方案中风洞天平5与变攻角机构连接，用于测量试验模型的三方向力和力矩。
本方案中变攻角机构与基础台架和风洞天平5连接，用于改变风洞天平5与风洞来流的夹角，通过标定就可以准确得到天平的攻角改变与作动缸4的位移之间的关系，精度优于0.1°。
本方案中攻角测量装置10与翼伞伞绳安装框架连接，用于实时测量该位置翼伞伞绳与天平的夹角，通过联合天平攻角的变化来计算翼伞的攻角值。
本方案中伞绳安装框架与风洞天平5和翼伞连接，用于截断后伞绳的固定，使整具翼伞处于最佳流场区域，同时使翼伞随风洞天平5改变攻角的跟随性更好。
本方案中操纵机箱11与伞绳安装框架固定，同时电机与操纵绳7连接，用于拉动翼伞操纵绳7，使翼伞后缘单侧下偏，实现翼伞在风洞中的转弯操控。
如图1至图4所示，为本发明中的柔性翼伞风洞试验装置的具体实施例，现结合具体实施例对本发明做进行进一步说明，本发明需要先通过螺栓将固定平台1、整流罩2、四连杆机构3和作动缸4固连，试验前再将风洞天平5与四连杆机构固连，形成准备完毕的风洞试验工装。将翼伞6伞绳截断，再穿过伞绳连接架8的连接孔捆绑，从而将翼伞6、操纵绳7和伞绳连接架8连接成一体，再通过螺栓将操纵机箱11与固定板9固连，构成准备完毕的柔性翼伞试验模型。最后通过螺栓将风洞天平5与固定板9固连，至此，柔性翼伞风洞试验装置准备完毕。
试验前，通过作动缸4调节基础台架高度，保证翼伞6处于风洞中心。再将翼伞6与伞绳安装框架的捆绑去除，即将除去翼伞后的柔性翼伞风洞试验装置放置在风洞流场中，在一定速度的风洞来流中测出伞绳安装框架的气动特性，为后续消除伞绳安装框架干扰提供数据。试验过程中，通过变攻角机构改变伞绳安装框架与风洞来流的角度，进而改变翼伞攻角，翼伞的攻角以攻角测量装置10测量为准，通过风洞天平5测量柔性翼伞试验模型在不同攻角下，三个方向的力和力矩值，换算为翼伞承受的升阻力和俯仰力矩，以升阻力公式计算出相应的升阻力系数，绘制出升阻力系数、升阻比和俯仰力矩系数随翼伞攻角的变化曲线，从而得出柔性翼伞气动特性与攻角之间的变化规律。
对于柔性翼伞操纵特性的测量，主要为在保持初始攻角不变的前提下，远程控制操纵机箱11拉动操纵绳，单边或双边下拉不同的下拉量使翼伞的气动外形改变，通过风洞天平5测量柔性翼伞试验模型三方向力和力矩值，换算为柔性翼伞所承受的升阻力和俯仰、偏航和滚转力矩，进而得出相应力和力矩的系数随下拉量的变化曲线，同时通过两台布置在离翼伞较近的不同位置的高速摄像机，捕捉翼伞特征点，通过图像识别法得出翼伞三个方向欧拉角的变化，最后总结得出翼伞单边或双边下拉时，操纵特性与操纵绳下拉量间的变化规律。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，包括基础台架、风洞天平、变攻角机构、攻角测量装置、伞绳安装框架和操纵机箱，变攻角机构安设于基础台架上，变攻角机构通过风洞天平与伞绳安装框架连接，攻角测量装置设置于伞绳安装框架上，伞绳安装框架通过伞绳与翼伞连接，操纵机箱固设于伞绳安装框架上，操纵机箱通过操纵绳与翼伞连接。
2.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，变攻角机构包括四连杆机构和作动缸，作动缸通过四连杆机构与风洞天平连接，作动缸设置于基础台架上。
3.根据权利要求2所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，基础台架包括固定平台和整流罩，作动缸设置于固定平台上，整流罩套设于四连杆机构外，固设于固定平台上。
4.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，攻角测量装置包括伞绳夹具、滚动轴、轴承支座和编码器，伞绳夹具通过滚动轴及轴承支座布置于伞绳安装框架上，伞绳夹具与伞绳连接，编码器与滚动轴连接。
5.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，伞绳安装框架包括伞绳连接架和固定板，伞绳连接架固设于固定板上，伞绳连接架为弧形，伞绳连接架的弧形边通过伞绳与翼伞连接。
6.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，操纵机箱包括电源、电机、控制器和机箱，电机设置于机箱内，电机的输出轴上设有操纵轮，控制器与电机、风洞天平和攻角测量装置连接，电源与电机和控制器连接，操纵绳的一端缠绕于操纵轮上。
7.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，攻角测量装置设置于伞绳安装框架与伞绳的连接处。
8.根据权利要求1所述的柔性翼伞气动特性及操纵特性风洞试验装置，其特征在于，翼伞上的不同位置设置有高速摄像机。
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