CN112304555A - 一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，包括：一翼型轴，竖直贯穿设置于风洞内，其轴体用于安装翼型的侧壁；两个密封盘，分别套设在翼型轴的两端；两个转盘，分别位于风洞的上壁面和下壁面，并分别套设在翼型轴的两端，且均位于两个密封盘的外侧；每个转盘上设有供翼型轴水平移动的长槽；两个驱动机构，分别设置在两个转盘的外侧，并分别与翼型轴的两端连接，用于驱动翼型轴动作，从而带动翼型做沉浮和俯仰运动；两个密封罩，分别密封罩设在两个驱动机构的外侧；其中，密封盘，用于跟随翼型轴在水平方向上移动，并用于在移动过程中始终保持对长槽的密封。解决了现有技术中对大尺寸翼型动态试验研究风洞侧壁存在干扰的问题。

Description

一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置

技术领域

本发明属于低速风洞大动态试验技术领域，具体涉及一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置。

背景技术

在翼型动态试验中，为了尽可能保证试验段流场不受到干扰，侧壁密封极为重要。针对3米量级低速风洞大尺寸模型的动态试验研究，能够既保证模型运动不受干扰，又需要对侧壁进行良好密封，这一方法在国内外处于领先水平。

现有的低速风洞侧壁密封方法存在以下不足：

1.现有的低速风洞动态实验研究实验模型偏小，在大尺寸模型做高频俯仰和沉浮运动时，需要更大的运动空间支持翼型轴做高频大幅度的运动。这就需要在转盘开凿更大的密封罩以满足翼型轴的运动要求。

2.在密封罩较大的情况下，翼型做高频大幅度运动时，翼型轴对密封罩内气流影响较大，反过来会影响翼型侧壁与洞壁之间拐角区的流动，造成较大的侧壁干扰。这就对侧壁密封提出了更大的要求，即既要保证翼型运动不受阻碍，又要确保侧壁密封良好，避免侧壁干扰对翼型中部主流的影响。

参考国内外相关风洞驱动机构，大多是由滑杆或支架支撑翼型做俯仰沉浮运动。例如代尔夫特理工大学开口式风洞，就是翼型固定在滑杆上进行运动，但由于是开口风洞，只需滑杆等支持机构在风洞主流外即可，不存在密封问题。达姆施塔特工业大学俯仰沉浮机构是通过支杆支撑翼型做俯仰沉浮运动的，其支杆就会对翼型下表面流动产生影响，导致数据不够精准。法国S2实验室是将翼型及底部支撑作为整体固定到螺杆上，这么做翼型附近密封较好但对电机功率要求太高，只适合小风洞小模型实验。

发明内容

本发明的目的是提供一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，以解决现有技术中对大尺寸翼型动态试验研究风洞侧壁存在干扰的问题。

本发明采用以下技术方案：一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞侧壁动密封装置，包括：

一翼型轴，竖直贯穿设置于风洞内，其轴体用于安装翼型的侧壁；

两个密封盘，分别套设在翼型轴的两端；

两个转盘，分别位于风洞的上壁面和下壁面，并分别套设在翼型轴的两端，且均位于两个密封盘的外侧；每个转盘上设有供翼型轴水平移动的长槽；

两个驱动机构，分别设置在两个转盘的外侧，并分别与翼型轴的两端连接，用于驱动翼型轴动作，从而带动翼型做沉浮和俯仰运动；

两个密封罩，分别密封罩设在两个驱动机构的外侧；

其中，密封盘，用于跟随翼型轴在水平方向上移动，并用于在移动过程中始终保持对长槽的密封。

进一步的，密封盘包括：

一密封板，为中心设有通孔的平板结构，通孔用于供翼型轴穿出；

两个滑板，分别位于密封板的两侧，每个滑板均为截面为L形的条形板，且均固定连接至与其相邻的转盘上，两个滑板的开口相对设置以形成一导槽空间；导槽空间，用于放置密封板、并提供密封板沿着导槽空间水平往复移动的路径。

进一步的，在密封板的通孔内安装有密封圈。

进一步的，每个驱动机构包括：

一滑轨，包括两条与滑板平行的轨道，固定设置在转盘上、未安装密封盘的一侧；

俯仰电机，设置于滑轨上，其输出端与翼型轴连接，用于带动翼型做俯仰运动；

沉浮电机，设置于滑轨上，并通过T型杆连接俯仰电机，用于带动翼型和俯仰电机沿滑轨往复移动。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对原有侧壁密封方式的改变，扩大密封罩，使其可以支持大尺寸模型做高频的俯仰沉浮运动。在运动过程中，模型不会受到阻碍，且保证其运动姿态准确良好。

2、本发明通过多重密封方式，针对大尺寸模型做高频的俯仰沉浮运动时的密封问题，加强密封效果。实验证明密封效果良好，实验数据与国内外数据吻合很好。

附图说明

图1为本发明一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置的立体示意图；

图2为图1中A视角下的纵向剖视图；

图3为本发明一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置上转盘上方的电机安装示意图；

图4为本发明下转盘与密封盘的安装示意图；

图5为图4的俯视图。

其中，1.翼型；2.翼型轴；3.滑板；4.密封板；5.转盘；6.密封罩；7.通孔；8.风洞；9.俯仰电机；10.沉浮电机，11.长槽，12.滑轨，13.T型杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1-2所示，本发明提供了一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，在一些实施例中，包括：一翼型轴2、两个密封盘、两个转盘5、两个驱动机构和两个密封罩6。翼型轴2的两端分别依次设置两个转盘5、两个密封盘、两个驱动机构和两个密封罩6。

其中，翼型轴2竖直贯穿设置于风洞8内，其轴体用于安装翼型1的侧壁。两个密封盘，分别套设在所述翼型轴2的两端；两个转盘5，分别位于所述风洞8的上壁面和下壁面，并分别套设在所述翼型轴2的两端，且均位于两个密封盘的外侧；每个转盘5上设有供翼型轴2水平移动的长槽11；两个驱动机构，分别设置在两个转盘5的外侧，并分别与所述翼型轴2的两端连接，用于驱动翼型轴2动作，从而带动翼型1做沉浮和俯仰运动；两个密封罩6，分别密封罩设在两个所述驱动机构的外侧。

在一些实施例中，如图4-5所示，密封盘包括密封板4和滑板3。密封板4为中心设有通孔7的平板结构，所述通孔7用于供所述翼型轴2穿出；比如密封板4可以为一腰型板，在腰型板的中间设置一圆孔，翼型轴2可从圆孔穿出。两个滑板3，分别位于所述密封板4的两侧，每个滑板3均为截面为L形的条形板，且均固定连接至与其相邻的所述转盘5上，两个滑板3的开口相对设置以形成一导槽空间；所述导槽空间，用于放置所述密封板4、并提供所述密封板4沿着所述导槽空间水平往复移动的路径。

在密封板4的通孔7内安装有密封圈。两个滑板3均为条形板，其截面为L形。两个滑板3分别设置在密封板4的两侧。两个滑板3固定在转盘5上，且两个滑板3开口相对设置，这样就可以通过两个滑板3与转盘5之间围成一个放置密封板4的空间，并提供一个供密封板4往复移动的轨道。滑板3用于对密封板4的上下移动起限位作用，但是不影响密封板4沿转盘5的平行移动。在一些实施例中，滑板3包括水平侧板和竖直侧板，将竖直侧板通过螺丝固定与转盘5上，则水平侧板悬空，两个水平侧板和下方的转盘5构成一个半封闭的空间。

在一些实施例中，在所述密封板4的通孔7内安装有密封圈。可以更好的保证密封效果。

在一些实施例中，如图3所示，每个所述驱动机构包括滑轨12、俯仰电机9和沉浮电机10。其中，滑轨12包括两条与所述滑板3平行的轨道，固定设置在转盘5上、未安装所述密封盘的一侧；俯仰电机9，设置于所述滑轨12上，其输出端与翼型轴2连接，用于带动翼型1做俯仰运动；沉浮电机10，设置于所述滑轨12上，并通过T型杆13连接所述俯仰电机9，用于带动所述翼型1和俯仰电机9沿滑轨12往复移动。

本发明的一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置的驱动机构带动翼型轴2动作，翼型轴2的水平移动会带动其上套装的密封盘，沿着两个滑板3夹成的空间轨道往复移动。密封盘用于跟随所述翼型轴2在水平方向上移动，并用于在移动过程中始终保持对所述长槽11的密封。

两个转盘5均为设有长槽11的圆盘结构，该长槽11为一长条形开口。风洞的上下壁面开有两个开口，将两个转盘5分别嵌入风洞8上壁面和下壁面的开口中，风洞的开口和转盘5的外形尺寸相同。位于上壁面的转盘5称为上转盘，位于下壁面的转盘5称为下转盘。在风洞8试验段上下洞壁开有两个转盘5，以方便模型的拆装。在上转盘的长槽11的下方设置有密封盘，在下转盘的长槽11上方设置有密封盘。风洞8的上下密封方式一样。

本发明一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置的使用方法为，在上下两个转盘5之间安装翼型轴2，翼型轴2上安装翼型1。翼型轴2的端部经长槽11和通孔7穿出，连接至驱动机构。翼型轴2和密封板4的通孔7之间设置密封圈，用于固定密封。转盘5上安装密封盘，密封盘上设置有驱动机构，驱动机构外部罩设有密封罩6。驱动机构包括俯仰电机9和沉浮电机10，该驱动机构与翼型轴2相连。驱动机构动作，使得其带动翼型1在风洞8内做沉浮和俯仰运动；翼型1沉浮运动时，带动密封板4在两个滑板3形成的导槽空间中往复移动，使得在进行实验的同时，还可以保证密封盘4对转盘5上开设的长槽11的密封状态。

实施例

弦长700mm的N滑板C滑板0012模型在雷诺数Re＝2.66×10⁶风速V＝56.23m/s实验条件下的静态实验结果：

弦长700mm的N滑板C滑板0012模型在雷诺数Re＝1.5×10⁶，风速V＝31.71m/s，平均迎角15°，振幅10°，频率0.5Hz，实验条件下的俯仰运动实验结果

上述实验数据与国内外相关文献结果吻合。

该一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置可以在NF-3风洞应用，并且能实现实验目标的密封方法，相关技术指标如下：

(1)确保模型在动态驱动机构操控下能自由的运动到相应位置和角度，不会发生碰撞或阻碍等，保证其准确度；

(2)在模型安装位置有良好的密封性，尽可能保证试验段流场不受到干扰，以确保实验数据的真实可靠；

(3)风洞风速达到70m/s时，密封罩压力变化不超过2％。

本发明主要针对翼型做俯仰，沉浮以及耦合运动时风洞侧壁的密封，以保证实验结果的准确真实。本发明的基本原理是对风洞侧壁翼型运动机构的密封罩缝隙进行密封，在翼型运动时风洞侧壁密封罩缝隙不会影响流场特性。本发明首先对侧壁的密封罩进行密封，保证了翼型的二元特性。其次对密封罩周围的缝隙进行密封，保密封罩中的空气尽可能少的与风洞内气体流通，保证了风洞试验段流场的稳定准确。

翼型动态试验是翼型在自由或强迫振荡条件下，通过采集模型表面或风洞洞壁表面的动态压力信号，并对信号进行适当的处理和分析，来研究翼型的动态气动特性，目前国内外很多机构和学者都在开展有关方面的研究。为了保证数据结果的一致性，动态机构以强迫驱动振荡为多，而机构的缩减频率(k＝πfc/u)是最重要的相似参数。在驱动功率一定的条件下，为了提高振荡频率，试验模型往往做的偏小，造成试验雷诺数仅在数万或十万的量级，远达不到旋翼翼型的典型工作状态(百万雷诺数量级)。为了提高试验雷诺数，措施一是增加来流风速，但受风洞本身能力的限制；措施二是加大模型尺寸。本装置就是针对大尺寸翼型动态实验风洞侧壁干扰进行优化的。在国内外翼型风洞研究中，一般都是进行小模型试验，其运动都是在小型支架滑轨上进行。但在大模型翼型动态试验中，由于翼型模型较大，其质量也相应提升，在大幅度高频运动时，带来的力与惯性也很大，小型支架滑轨不足以支撑，而加大支架结构就会影响风洞内部流场，导致实验数据不准确。本实验机构考虑到上述情况，通过将滑轨等机构放置在风洞侧壁外，在风洞内壁加强密封保证风洞内流场不受影响，从而使翼型在风洞试验中的实验数据更趋近于它的二维特性。

Claims (4)

1.一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，其特征在于，包括：

一翼型轴(2)，竖直贯穿设置于风洞(8)内，其轴体用于安装翼型(1)的侧壁；

两个密封盘，分别套设在所述翼型轴(2)的两端；

两个转盘(5)，分别位于所述风洞(8)的上壁面和下壁面，并分别套设在所述翼型轴(2)的两端，且均位于两个密封盘的外侧；每个转盘(5)上设有供翼型轴(2)水平移动的长槽(11)；

两个驱动机构，分别设置在两个转盘(5)的外侧，并分别与所述翼型轴(2)的两端连接，用于驱动翼型轴(2)动作，从而带动翼型(1)做沉浮和俯仰运动；

两个密封罩(6)，分别密封罩设在两个所述驱动机构的外侧；

其中，所述密封盘，用于跟随所述翼型轴(2)在水平方向上移动，并用于在移动过程中始终保持对所述长槽(11)的密封。

2.如权利要求1所述的一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，其特征在于，所述密封盘包括：

一密封板(4)，为中心设有通孔(7)的平板结构，所述通孔(7)用于供所述翼型轴(2)穿出；

两个滑板(3)，分别位于所述密封板(4)的两侧，每个滑板(3)均为截面为L形的条形板，且均固定连接至与其相邻的所述转盘(5)上，两个滑板(3)的开口相对设置以形成一导槽空间；所述导槽空间，用于放置所述密封板(4)、并提供所述密封板(4)沿着所述导槽空间水平往复移动的路径。

3.如权利要求2所述的一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，其特征在于，在所述密封板(4)的通孔(7)内安装有密封圈。

4.如权利要求1或2所述的一种翼型俯仰和沉浮振荡风洞试验装置，其特征在于，每个所述驱动机构包括：

一滑轨(12)，包括两条与所述滑板(3)平行的轨道，固定设置在转盘(5)上、未安装所述密封盘的一侧；

俯仰电机(9)，设置于所述滑轨(12)上，其输出端与翼型轴(2)连接，用于带动翼型(1)做俯仰运动；

沉浮电机(10)，设置于所述滑轨(12)上，并通过T型杆(13)连接所述俯仰电机(9)，用于带动所述翼型(1)和俯仰电机(9)沿滑轨(12)往复移动。

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