CN112268678A - 一种高速风洞自由摇滚试验装置 - Google Patents

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赵忠良
李玉平
杨海泳
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李�浩
王晓冰
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李乾
陈建中
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Abstract

本发明公开了一种高速风洞自由摇滚试验装置。该试验装置包括同中心轴的支杆前段和支杆后段，支杆前段的中心轴上设置有芯轴；芯轴的前端伸出支杆前段，前端端头上安装有用于固定连接试验模型的铜套；支杆后段的后端设置有与拐臂支撑连接的锥段；芯轴的前段、铜套的后方安装有球轴承；芯轴的后段依次固定有角接触球轴承和电磁离合器；支杆后段的中心轴上固定有角度编码器；支杆前段和支杆后段固定连接，支杆前段的电磁离合器和支杆后段的角度编码器通过联轴节连接；芯轴通过球轴承和角接触球轴承实现在支杆前段内自由滚转。该试验装置能够评估飞行器高速飞行时在不同迎角下的动态摇滚特性，指导飞行器的外形优化设计和飞行控制鲁棒性设计。

Description

一种高速风洞自由摇滚试验装置
技术领域
本发明属于高速风洞试验技术领域，具体涉及一种高速风洞自由摇滚试验装置。
背景技术
飞行器在飞行过程中即是滚转角为零度，也会由于空气绕流的非对称流动分离、非对称涡和涡破裂等气动特性而产生非指令摇滚，根据气动布局的不同，在某些迎角下会产生极限环振动、双极限环振动甚至滚转发散的情况，严重影响飞行控制的稳定性，威胁飞行安全。
然而，目前的风洞试验无论尾撑、腹撑(背撑)还是翼尖支撑均采用固定支撑的方式，只能获得飞行器稳态气动特性和静稳定性，无法反应飞行器实际飞行过程中遇到的动态气动问题，为评估飞行器的动态气动特性带来不确定性和困难。
当前，亟需发展一种高速风洞自由摇滚试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高速风洞自由摇滚试验装置。
本发明的高速风洞自由摇滚试验装置，其特点是，所述的试验装置包括同中心轴的支杆前段和支杆后段，支杆前段的中心轴上设置有芯轴；芯轴的前端伸出支杆前段，前端端头上安装有用于固定连接试验模型的铜套；支杆后段的后端设置有与拐臂支撑连接的锥段；
芯轴的前段、铜套的后方安装有球轴承，球轴承通过轴承挡圈和支杆前段的内台阶Ⅰ固定并定位；芯轴的后段依次固定有角接触球轴承和电磁离合器；支杆后段的中心轴上固定有角度编码器；支杆前段和支杆后段固定连接，支杆前段的电磁离合器和支杆后段的角度编码器通过联轴节连接；
芯轴通过球轴承和角接触球轴承实现在支杆前段内自由滚转。
进一步地，所述的铜套为锥型。
进一步地，所述的角接触球轴承为顺序安装在芯轴上的2对角接触球轴承，2对角接触球轴承之间通过内环挡圈和外环挡圈格挡，前方的角接触球轴承的前端面紧贴支杆前段的内台阶Ⅱ，后方的角接触球轴承的后端面通过固定螺钉Ⅰ固定在支杆前段的内台阶Ⅲ上轴承后挡圈定位，还通过套装在芯轴上的轴承螺母挡圈压紧。
进一步地，所述的电磁离合器为有中心孔的两片摩擦盘结构；一个有电磁线圈的摩擦盘与支杆前段同中心轴、与芯轴间隙配合，并通过固定螺钉Ⅱ固定在支杆前段的内台阶Ⅳ上；另一个摩擦盘与芯轴过渡配合，并通过紧定螺钉进行轴向定位、通过传动键进行周向定位。
进一步地，所述的支杆前段和支杆后段之间通过圆柱销定位。
进一步地，所述的支杆前段或支杆后段上开口，并通过拧紧与开口匹配的盖板上的沉头螺钉封闭开口。
进一步地，所述的支杆后段设置有定位键，通过定位键与拐臂支撑定位，支杆后段还设置有螺纹拉紧段，通过拉紧螺母拉紧拐臂支撑。
进一步地，所述的支杆后段内留有穿线孔，电磁离合器和角度编码器的线缆从穿线孔穿出与风洞测控系统连接。
本发明的高速风洞自由摇滚试验装置在风洞试验过程中，利用电磁离合器锁定芯轴，从而确保模型在风洞启动和关车时不受乱流影响，同时可以定位不同的起始滚转角；利用角度编码器实时测量模型的自由滚转角，提供模型不同试验条件下的动态自由摇滚时间历程，评估飞行器高速飞行时在不同迎角下的动态摇滚特性，从而指导飞行器的外形优化设计和飞行控制鲁棒性设计。
本发明的高速风洞自由摇滚试验装置的外形与高速风洞常规试验的尾支杆相似，对高速风洞流场的支撑干扰形式相同，利于开展静动态风洞试验对比研究。
本发明的高速风洞自由摇滚试验装置的铜套为可替换结构，通过改变铜套尺寸可以适配不同的试验模型。试验装置装配完成后即可作为整体结构使用、储存，使用时通过拐臂支撑安装在原有的风洞弯刀机构上，无需改造风洞结构，安装便捷，经济性好。
综上所述，本发明的高速风洞自由摇滚试验装置能够专用于开展飞行器的高速风洞自由摇滚试验，评估飞行器高速飞行时在不同迎角下的动态摇滚特性，从而指导飞行器的外形优化设计和飞行控制鲁棒性设计。
附图说明
图1为本发明的高速风洞自由摇滚试验装置的结构示意图。
图2为本发明的高速风洞自由摇滚试验装置在风洞试验中的实施例示意图。
图中，1.铜套 2.轴承挡圈 3.球轴承 4.芯轴 5.支杆前段 6.角接触球轴承 7.内环挡圈 8.外环挡圈 9.轴承后挡圈 10.固定螺钉Ⅰ 11.轴承螺母挡圈 12.电磁离合器 13.圆柱销 14.传动键 15.联轴节 16.盖板 17.角度编码器 18.沉头螺钉 19.定位键 20.支杆后段 21.固定螺钉Ⅱ 22.试验模型 23.连接螺栓 24.拐臂支撑 25.拉紧螺母 26.风洞弯刀机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示，本发明的高速风洞自由摇滚试验装置包括同中心轴的支杆前段5和支杆后段20，支杆前段5的中心轴上设置有芯轴4；芯轴4的前端伸出支杆前段5，前端端头上安装有用于固定连接试验模型22的铜套1；支杆后段20的后端设置有与拐臂支撑24连接的锥段；
芯轴4的前段、铜套1的后方安装有球轴承3，球轴承3通过轴承挡圈2和支杆前段5的内台阶Ⅰ固定并定位；芯轴4的后段依次固定有角接触球轴承6和电磁离合器12；支杆后段20的中心轴上固定有角度编码器17；支杆前段5和支杆后段20固定连接，支杆前段5的电磁离合器12和支杆后段20的角度编码器17通过联轴节15连接；
芯轴4通过球轴承3和角接触球轴承6实现在支杆前段5内自由滚转。
进一步地，所述的铜套1为锥型。
进一步地，所述的角接触球轴承6为顺序安装在芯轴4上的2对角接触球轴承6，2对角接触球轴承6之间通过内环挡圈7和外环挡圈8格挡，前方的角接触球轴承6的前端面紧贴支杆前段5的内台阶Ⅱ，后方的角接触球轴承6的后端面通过固定螺钉Ⅰ10固定在支杆前段5的内台阶Ⅲ上轴承后挡圈9定位，还通过套装在芯轴4上的轴承螺母挡圈11压紧。
进一步地，所述的电磁离合器12为有中心孔的两片摩擦盘结构；一个有电磁线圈的摩擦盘与支杆前段5同中心轴、与芯轴4间隙配合，并通过固定螺钉Ⅱ21固定在支杆前段5的内台阶Ⅳ上；另一个摩擦盘与芯轴4过渡配合，并通过紧定螺钉进行轴向定位、通过传动键14进行周向定位。
进一步地，所述的支杆前段5和支杆后段20之间通过圆柱销13定位。
进一步地，所述的支杆前段5或支杆后段20上开口，并通过拧紧与开口匹配的盖板16上的沉头螺钉18封闭开口。
进一步地，所述的支杆后段20设置有定位键19，通过定位键19与拐臂支撑24定位，支杆后段20还设置有螺纹拉紧段，通过拉紧螺母25拉紧拐臂支撑24。
进一步地，所述的支杆后段20内留有穿线孔，电磁离合器12和角度编码器17的线缆从穿线孔穿出与风洞测控系统连接。
实施例1
如图2所示，本实施例的高速风洞自由摇滚试验装置应用在某高速风洞中。
本实施例的高速风洞自由摇滚试验装置在零部件组装时，首先安装好芯轴4和支杆前段5，检查并调整芯轴4和支杆前段5的同轴度，确保同轴度不超过0.02mm，以尽可能减少机械摩擦阻尼；其次安装电磁离合器12的有电磁线圈的摩擦盘，芯轴4穿过该摩擦盘中心孔，此段的芯轴4直径小于该摩擦盘的中心孔；随后，在芯轴4上安装另一个摩擦盘，此摩擦盘可以沿芯轴4轴向小距离滑动，利用紧定螺钉固定轴向位置、传动键14定位周向位置；接下来同轴安装角度编码器17和支杆后段20；紧接着将支杆前段5和支杆后段20安装在一起，两者内部的芯轴4尾部和角度编码器17的连接轴通过联轴节15连接，电磁离合器12和角度编码器17的线缆均从支杆后段20中心的通孔引出；然后，采用通断电磁离合器12电源的方式调整两个摩擦盘的间距至0.5mm～1mm，该间距以电磁离合器12能有效锁定和释放为准；最后安装盖板16。
本实施例的高速风洞自由摇滚试验装置的高速风洞试验过程如下：
1.将拐臂支撑24安装在原有的风洞弯刀机构26上，安装连接方式与常规风洞试验相同；
2.将本发明的高速风洞自由摇滚试验装置通过支杆后段20的锥段安装在拐臂支撑24上，两者通过锥面连接，并用拉紧螺母25拉紧固定；
3.锁定电磁离合器12，将试验模型22利用连接螺栓23安装在铜套1上；
4.开展风洞试验时，首先通过风洞弯刀机构26调整试验模型22轴线至水平位置，随后手动调整试验模型22滚转角至所要研究的起始滚转角，并利用电磁离合器12锁定芯轴4，此时通知高速风洞启动，高速风洞流场稳定后，风洞弯刀机构26走到预先设置的迎角位置，然后解锁电磁离合器12，测量系统采集角度编码器17输出的滚转角时间历程。获得所需的试验数据后，锁定电磁离合器12，风洞弯刀机构26回到迎角水平位置，再停止高速风洞，高速风洞试验结束。
本实施例中一次吹风过程可以开展多个迎角的自由摇滚试验，各个迎角间无需锁定电磁离合器12。

Claims (8)

1.一种高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括同中心轴的支杆前段(5)和支杆后段(20)，支杆前段(5)的中心轴上设置有芯轴(4)；芯轴(4)的前端伸出支杆前段(5)，前端端头上安装有用于固定连接试验模型(22)的铜套(1)；支杆后段(20)的后端设置有与拐臂支撑(24)连接的锥段；
芯轴(4)的前段、铜套(1)的后方安装有球轴承(3)，球轴承(3)通过轴承挡圈(2)和支杆前段(5)的内台阶Ⅰ固定并定位；芯轴(4)的后段依次固定有角接触球轴承(6)和电磁离合器(12)；支杆后段(20)的中心轴上固定有角度编码器(17)；支杆前段(5)和支杆后段(20)固定连接，支杆前段(5)的电磁离合器(12)和支杆后段(20)的角度编码器(17)通过联轴节(15)连接；
芯轴(4)通过球轴承(3)和角接触球轴承(6)实现在支杆前段(5)内自由滚转。
2.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的铜套(1)为锥型。
3.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的角接触球轴承(6)为顺序安装在芯轴(4)上的2对角接触球轴承(6)，2对角接触球轴承(6)之间通过内环挡圈(7)和外环挡圈(8)格挡，前方的角接触球轴承(6)的前端面紧贴支杆前段(5)的内台阶Ⅱ，后方的角接触球轴承(6)的后端面通过固定螺钉Ⅰ(10)固定在支杆前段(5)的内台阶Ⅲ上轴承后挡圈(9)定位，还通过套装在芯轴(4)上的轴承螺母挡圈(11)压紧。
4.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的电磁离合器(12)为有中心孔的两片摩擦盘结构；一个有电磁线圈的摩擦盘与支杆前段(5)同中心轴、与芯轴(4)间隙配合，并通过固定螺钉Ⅱ(21)固定在支杆前段(5)的内台阶Ⅳ上；另一个摩擦盘与芯轴(4)过渡配合，并通过紧定螺钉进行轴向定位、通过传动键(14)进行周向定位。
5.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的支杆前段(5)和支杆后段(20)之间通过圆柱销(13)定位。
6.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的支杆前段(5)或支杆后段(20)上开口，并通过拧紧与开口匹配的盖板(16)上的沉头螺钉(18)封闭开口。
7.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的支杆后段(20)设置有定位键(19)，通过定位键(19)与拐臂支撑(24)定位，支杆后段(20)还设置有螺纹拉紧段，通过拉紧螺母(25)拉紧拐臂支撑(24)。
8.根据权利要求1所述的高速风洞自由摇滚试验装置，其特征在于，所述的支杆后段(20)内留有穿线孔，电磁离合器(12)和角度编码器(17)的线缆从穿线孔穿出与风洞测控系统连接。
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