CN112484951A - 一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，包括一方形框架结构，其上部可安装任意待测模型，模型根部翼肋与装置上部的攻角调节装置相连，模型根部转轴通过轴承与支撑装置顶部滑块相连。此装置提供沿前后方向的平移自由度和绕竖直转轴的转动自由度。待测模型的攻角由装置的攻角调节机构调节，俯仰刚度由装置的俯仰调节机构调节，沉浮刚度由装置的沉浮调节机构调节。该装置可按需要调节高度，并留有安装其他测量设备的扩展位置。本发明的装置灵活便捷，可快速调节初始攻角、俯仰刚度、沉浮刚度、安装高度等，可提供两自由度线弹性支撑刚度，适用于飞行器机翼经典颤振、失速颤振、刚弹耦合响应或稳定性的风洞试验。

Description

一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑 装置

技术领域

本发明属于航空飞行器设计和流体力学实验领域，涉及一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置。

背景技术

原有的实现风洞中气动失速、二自由度机翼运动等现象的模拟的实验支撑装置主要存在以下的问题：

1、气动特性与机翼的初始攻角和平衡位置有很大关系，在如何设计可以实现初始攻角和平衡位置的方便、准确的调节以及测量上，还不够令人满意。

2、气动特性与机翼的沉浮刚度和扭转刚度有很大关系，在如何设计可以实现沉浮刚度和扭转刚度的准确调节以及保证其在实验条件下的线性度上，还不够令人满意。

3、为每一个实验单独设计支撑装置缺乏通用性；通常具有较大的体积，给运输、安装带来困难。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，其应用对象是气动失速引起的动态分岔等方面研究的风洞试验。

本发明的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，在支撑结构外部安置待测机翼模型，待测机翼模型其展向沿垂直方向，根部翼肋与攻角调节装置相连，根部转轴通过轴承与支撑装置顶部滑块相连；使得待测机翼模型具有沿前后方向的平移自由度和绕竖直转轴的转动自由度。待测机翼模型的攻角通过攻角调节机构调节，待测机翼模型的俯仰刚度由俯仰调节机构调节，待测机翼模型的沉浮刚度由沉浮调节机构调节；同时支撑装置上还留有安装其他类型测量设备的扩展位置。

进行试验时，通过选取适当厚度的钢片，以及钢片固定长度，使得待测机翼的沉浮、俯仰刚度达到要求的刚度；调节攻角调节装置，使待测机翼模型初始攻角达到测量要求的角度。然后启动风洞进行试验。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，其特征在于包括：

支撑结构、滑动平台、攻角调节装置、沉浮调节系统，

其中：

支撑结构是所述便携式风洞试验支撑装置的支架，具有长方体结构，其高度可以进行调节，

支撑结构的顶面以及顶面上附带的立柱为攻角调节装置和沉浮调节系统的安装点，

滑动平台包括两组第一滑轨，第一滑轨位于短梁之上并与支撑结构的前后方向中心线垂直，每条第一滑轨上分别安装有两个滑块，

攻角调节装置包括摇臂、俯仰钢片组、俯仰滑动钢片夹持调节装置、固定钢片夹持调节装置、以及摇臂上的第二滑轨，

摇臂的中心有中心孔，供待测机翼模型的转轴穿过，但摇臂不与该转轴接触，

摇臂上有一对弧形滑槽，弧形滑槽的中心线与上述中心孔同轴，

第二滑轨沿摇臂对称轴地布置，第二滑轨上安装由一组可滑动的钢片夹持调节装置，固定钢片夹持调节装置位于支撑结构前后两端的立柱上，

当俯仰钢片组被夹持于固定钢片夹持装置与俯仰滑动钢片夹持装置中时，俯仰钢片组的钢片位于前后方向的中轴线上，

安装待测机翼模型后，待测机翼模型可沿着左右方向发生弯曲变形，获得绕转轴的弹性扭矩；同时可获得沉浮方向的弹性力，

沉浮调节系统被安装在滑动平台顶面上，

沉浮调节系统包括沉浮钢片组、沉浮滑动钢片夹持调节装置、固定钢片夹持调节装置、以及滑动平台上的第三滑轨，

第三滑轨被设置于滑动平台沿前后方向的中心线上，

第三滑轨上安装由一组沉浮滑动钢片夹持调节装置，

固定钢片夹持调节装置位于支撑结构前后两端的立柱上，

当沉浮钢片组夹持于固定钢片夹持调节装置与沉浮滑动钢片调节装置之间时，沉浮钢片组的钢片位于前后方向的中轴线上，可沿着左右方向发生弯曲变形，获得沉浮方向的弹性力，

在未受外力的情况下，沉浮钢片组与俯仰钢片组位于同一平面内，

待测机翼模型具有与展向平行、穿过待测机翼根肋并与根肋垂直的转轴，待测机翼根肋沿弦向有一对关于转轴对称的限位螺栓，待测机翼模型的转轴穿过滑动平台顶面的轴承，

与滑动平台的沉浮自由度相结合，待测机翼模型获得了沉浮和俯仰两个方向上的自由度，限位螺栓穿过攻角调节装置上的弧形滑槽，

通过调节限位螺栓在滑槽中的位置即可调节待测机翼模型的初始攻角。

本发明的优点在于：

1、本发明的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置中，支撑结构由铝型材组合而成，可根据试验所用风洞的几何尺寸调节高度，适用范围广。待测模型位于支撑结构外部，气流受到的干扰较小。

2、本发明的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置中，用于控制待测机翼模型沉浮和俯仰刚度的弹性组件为可更换的钢片组，便于设置不同沉浮和俯仰刚度；同时钢片夹持装置可以对夹持长度进行微调，便于对刚度做出精确调整；初始攻角调节装置附有刻度便于调节。

3、本发明的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，结构简单，成本相对较低，安装操作较为方便，整体装置体积较小，通用性强，易于拓展其应用，可快速调节初始攻角、俯仰刚度、沉浮刚度、安装高度等，可提供两自由度线弹性支撑刚度，适用于飞行器机翼经典颤振、失速颤振、刚弹耦合响应或稳定性的风洞试验

附图说明

附图1为本发明的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置整体结构示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置包括支撑结构1、滑动平台2、攻角调节装置3、沉浮调节系统4。

所述支撑结构1，作为本发明具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置的支架，具有由铝型材组合而成的长方体结构，其高度可以进行调节。支撑结构1的顶面以及顶面上附带的立柱101为攻角调节装置3、沉浮调节系统4的安装点。

滑动平台2包括两组第一滑轨201，其安装方式如图1所示，第一滑轨201位于短梁202之上，第一滑轨201与支撑结构1的前后方向中心线垂直。每条第一滑轨201上分别安装有两个滑块203。

攻角调节装置3包括摇臂301、俯仰钢片组302，俯仰滑动钢片夹持调节装置303、固定钢片夹持调节装置304、以及摇臂301上的第二滑轨305(位于摇臂下方)。摇臂301的中心有中心孔(未显示)，供待测机翼模型5的转轴502穿过，但摇臂301不与该转轴502接触。摇臂301上有一对弧形滑槽306，弧形滑槽306的中心线与上述中心孔同轴。第二滑轨305沿摇臂301对称轴地布置，第二滑轨305上安装由一组可滑动的钢片夹持调节装置303，固定钢片夹持调节装置304位于支撑结构1前后两端的立柱101上。当俯仰钢片组302被夹持于固定钢片夹持装置304与俯仰滑动钢片夹持装置303中时，俯仰钢片组302的钢片位于前后方向的中轴线上。安装待测机翼模型5后(图中以虚线示出)，待测机翼模型5可沿着左右方向发生弯曲变形，获得绕转轴的弹性扭矩；同时可获得沉浮方向的弹性力。

滑动平台2顶面上安装有沉浮调节系统4。沉浮调节系统包括沉浮钢片组401、沉浮滑动钢片夹持调节装置402、固定钢片夹持调节装置304、以及滑动平台2上的第三滑轨403。滑动平台2上的第三滑轨403位于滑动平台2沿前后方向的中心线上，第三滑轨403上安装由一组沉浮滑动钢片夹持调节装置303，固定钢片夹持调节装置304位于支撑结构1前后两端的立柱101上。当沉浮钢片组401夹持于固定钢片夹持调节装置304与沉浮滑动钢片调节装置402之间时，沉浮钢片组401的钢片位于前后方向的中轴线上，可沿着左右方向发生弯曲变形，获得沉浮方向的弹性力。

在未受外力的情况下，沉浮钢片组401与俯仰钢片组302位于同一平面内。

待测机翼模型5具有与展向平行、穿过待测机翼根肋501并与根肋501垂直的转轴502，待测机翼根肋501沿弦向有一对关于转轴对称的限位螺栓503，其位置如图1所示。待测机翼模型5的转轴穿过滑动平台2顶面的轴承204。与滑动平台2的沉浮自由度相结合，待测机翼模型5获得了沉浮和俯仰两个方向上的自由度。限位螺栓503穿过攻角调节装置3上的弧形滑槽306，调节限位螺栓503在滑槽306中的位置即可调节待测机翼模型5的初始攻角。

安装调节通过下述步骤完成：

步骤1：安装待测机翼模型5置于支撑装置1上部，使其根部转轴502穿过轴承204与支撑装置1顶部滑动平台2相连，根翼501上的限位螺栓503穿过攻角调节装置3上的弧形滑槽306，与攻角调节装置3相连接。

步骤2：根据使用风洞的几何尺寸和待测机翼模型5的尺寸，调节支撑结构1的高度，使得待测机翼模型5位于风洞中心。将支撑结构1固定于地面。

步骤3：选取适当厚度的钢片作为俯仰钢片组302和沉浮钢片组401，选择钢片固定长度，使得待测机翼模型5的沉浮、俯仰刚度达到要求的刚度。

步骤4：调节攻角调节装置3，使得待测机翼模型5对准相应的刻度，使其初始攻角达到测量要求的角度。

Claims (4)

1.具有可调攻角二自由度弹性支撑的便携式风洞试验支撑装置，其特征在于包括：

支撑结构(1)、滑动平台(2)、攻角调节装置(3)、沉浮调节系统(4)，

其中：

支撑结构(1)是所述便携式风洞试验支撑装置的支架，具有长方体结构，其高度可以进行调节，

支撑结构(1)的顶面以及顶面上附带的立柱(101)为攻角调节装置(3)和沉浮调节系统(4)的安装点，

滑动平台(2)包括两组第一滑轨(201)，第一滑轨(201)位于短梁(202)之上并与支撑结构(1)的前后方向中心线垂直，每条第一滑轨(201)上分别安装有两个滑块(203)，

攻角调节装置(3)包括摇臂(301)、俯仰钢片组(302)、俯仰滑动钢片夹持调节装置(303)、固定钢片夹持调节装置(304)、以及摇臂(301)上的第二滑轨(305)，

摇臂(301)的中心有中心孔，供待测机翼模型(5)的转轴(502)穿过，但摇臂(301)不与该转轴(502)接触，

摇臂(301)上有一对弧形滑槽(306)，弧形滑槽(306)的中心线与上述中心孔同轴，

第二滑轨(305)沿摇臂(301)对称轴地布置，第二滑轨(305)上安装由一组可滑动的钢片夹持调节装置(303)，固定钢片夹持调节装置(304)位于支撑结构(1)前后两端的立柱(101)上，

当俯仰钢片组(302)被夹持于固定钢片夹持装置(304)与俯仰滑动钢片夹持装置(303)中时，俯仰钢片组(302)的钢片位于前后方向的中轴线上，

安装待测机翼模型(5)后，待测机翼模型(5)可沿着左右方向发生弯曲变形，获得绕转轴的弹性扭矩；同时可获得沉浮方向的弹性力，

沉浮调节系统(4)被安装在滑动平台(2)顶面上，

沉浮调节系统包括沉浮钢片组(401)、沉浮滑动钢片夹持调节装置(402)、固定钢片夹持调节装置(304)、以及滑动平台(2)上的第三滑轨(403)，

第三滑轨(403)被设置于滑动平台(2)沿前后方向的中心线上，

第三滑轨(403)上安装由一组沉浮滑动钢片夹持调节装置(303)，

固定钢片夹持调节装置(304)位于支撑结构(1)前后两端的立柱(101)上，

当沉浮钢片组(401)夹持于固定钢片夹持调节装置(304)与沉浮滑动钢片调节装置(402)之间时，沉浮钢片组(401)的钢片位于前后方向的中轴线上，可沿着左右方向发生弯曲变形，获得沉浮方向的弹性力，

在未受外力的情况下，沉浮钢片组(401)与俯仰钢片组(302)位于同一平面内，

待测机翼模型(5)具有与展向平行、穿过待测机翼根肋(501)并与根肋(501)垂直的转轴(502)，待测机翼根肋(501)沿弦向有一对关于转轴对称的限位螺栓(503)，待测机翼模型(5)的转轴穿过滑动平台(2)顶面的轴承(204)，

与滑动平台(2)的沉浮自由度相结合，待测机翼模型(5)获得了沉浮和俯仰两个方向上的自由度，限位螺栓(503)穿过攻角调节装置(3)上的弧形滑槽(306)，

通过调节限位螺栓(503)在滑槽(306)中的位置即可调节待测机翼模型(5)的初始攻角。

2.根据权利要求1所述的便携式风洞试验支撑装置，其特征在于支撑结构(1)由铝型材组合而成。

3.根据权利要求1所述的便携式风洞试验支撑装置，其特征在于

安装和调节通过下述步骤完成：

A)把待测机翼模型(5)安装于支撑装置(1)上部，使其根部转轴(502)穿过轴承(204)与支撑装置(1)顶部滑动平台(2)相连，根翼(501)上的限位螺栓(503)穿过攻角调节装置(3)上的弧形滑槽(306)与攻角调节装置(3)相连接，

B)根据使用风洞的几何尺寸和待测机翼模型(5)的尺寸，调节支撑结构(1)的高度，使得待测机翼模型(5)位于风洞中心，将支撑结构(1)固定于地面，

C)选取俯仰钢片组(302)和沉浮钢片组(401)的钢片的厚度和长度，使得待测机翼模型(5)的沉浮刚度和俯仰刚度达到预定值，

D)调节攻角调节装置(3)，使得待测机翼模型(5)对准相应的刻度，使其初始攻角达到测量要求的角度。

4.一种面向风洞实验的待测机翼模型的安装和调节方法，其特征在于该安装和调节方法是基于根据权利要求1所述的便携式风洞试验支撑装置，并包括：

A)把待测机翼模型(5)安装于支撑装置(1)上部，使其根部转轴(502)穿过轴承(204)与支撑装置(1)顶部滑动平台(2)相连，根翼(501)上的限位螺栓(503)穿过攻角调节装置(3)上的弧形滑槽(306)与攻角调节装置(3)相连接，

B)根据使用风洞的几何尺寸和待测机翼模型(5)的尺寸，调节支撑结构(1)的高度，使得待测机翼模型(5)位于风洞中心，将支撑结构(1)固定于地面，

C)选取俯仰钢片组(302)和沉浮钢片组(401)的钢片的厚度和长度，使得待测机翼模型(5)的沉浮刚度和俯仰刚度达到预定值，

D)调节攻角调节装置(3)，使得待测机翼模型(5)对准相应的刻度，使其初始攻角达到测量要求的角度。

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