CN112525483A - 一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，包括：底部平台；支撑机架；支撑机架包括支架Ⅰ和支架Ⅱ，支架Ⅰ和支架Ⅱ与底部平台固定连接；迎角机构，其结构包括：弧形弯刀，其两侧分别固定设置有弧形导轨，弧形导轨上分别滑动连接有滑块，滑块与支架Ⅰ和支架Ⅱ固定连接；弧形弯刀上固定设置有扇形齿轮；传动减速装置，其设置在支撑机架外侧；滚转角机构，其固定设置在弧形弯刀的上端；试验模型，其安装在滚转角机构上，试验模型下方放置有标准工作台。通过本发明提供的一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置的使用，提高风洞多个型号试验准备效率，实现风洞试验任务无缝衔接，提前处理衔接问题，发现隐患，提高风洞试验效率。

Description

一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置

技术领域

本发明属于风洞试验模型技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置。

背景技术

某风洞是一座下吹、引射、暂冲式风洞。该风洞于2015年开始筹建，2018年底完成风洞调试并具备基本试验能力。但该风洞试验配套设备的建设还未齐全，比如风洞的模型地面准备与测试平台的配套。

模型地面准备与测试平台是保证模型准备质量、效率的重要支撑，同时也是试验精细化，完善风洞实验室基本建设的内在要求。为了提高风洞试验准备效率，有必要在该风洞中建设模型地面准备与测试平台，用于模拟风洞模型运动姿态。同时通过模型地面准备与测试平台的使用，可以提高风洞多个型号试验的准备效率，实现风洞试验任务的无缝衔接，提前处理衔接问题，发现隐患，可提高风洞试验效率。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风洞试验模型地面准备试验平台，包括：

底部平台，其上端设置有支撑机架；

所述支撑机架的结构包括支架Ⅰ和支架Ⅱ，且所述支架Ⅰ和支架Ⅱ与底部平台固定连接；

迎角机构，其设置在所述支架Ⅰ和支架Ⅱ之间，所述迎角机构的结构包括：

弧形弯刀，其两侧分别固定设置有弧形导轨，弧形导轨上分别滑动连接有滑块，所述滑块与支架Ⅰ和支架Ⅱ固定连接；所述弧形弯刀上固定设置有扇形齿轮；

传动减速装置，其设置在所述支撑机架外侧，所述传动减速装置的齿轮轴伸入至支撑机架内；所述齿轮轴上安装有和所述扇形齿轮相啮合的传动齿轮；

滚转角机构，其固定设置在所述弧形弯刀的上端；试验模型，其安装在所述滚转角机构上，且试验模型下方放置有标准工作台。

优选的是，其中，所述传动减速装置的结构包括：

电机，其通过安装板固定安装在所述支撑机架外侧；

一级蜗轮减速器，其通过安装板安装在所述支撑机架的外侧，且一级蜗轮减速器设置有两个输入轴和一个传动输出轴，其中一个输入轴固定连接有手轮，另一个输入轴与所述电机的输出轴固定相接；

二级蜗轮蜗杆减速器，其蜗杆与所述一级蜗轮减速器的传动输出轴固定相接；所述二级蜗轮蜗杆减速器的蜗轮与所述齿轮轴固定连接，所述传动齿轮通过键连接固定在齿轮轴上。

优选的是，其中，所述滚转角机构的结构包括：

中部支架，其固定设置在所述弧形弯刀的上端，所述中部支架上端固定设置有固定筒体；所述弧形弯刀或固体筒体上安装有倾角传感器；

上端蜗轮蜗杆减速器，其固定安装在所述固定筒体后端，且上端蜗轮蜗杆减速器的输入轴上连接有上滚转角手轮，上端蜗轮蜗杆减速器的输出轴固定连接有谐波减速器；

滚转轴，其外部转动安装有多个滚珠轴承，所述滚转轴通过滚珠轴承转动设置在固定筒体中，所述滚转轴端部与所述谐波减速器固定连接；

支撑杆，其一端通过键连接固定设置在所述滚转轴中，所述试验模型安装在支撑杆前端，所述支撑杆与滚转轴的连接处设置有测力天平。

优选的是，其中，所述支架Ⅱ或支架Ⅰ内侧安装有限位块，所述限位块与弧形导轨的下端端面相接触；所述支架Ⅱ和支架Ⅰ上安装有防尘罩。

所述支架Ⅱ和支架Ⅰ上安装有防尘罩。

优选的是，其中，所述支架Ⅱ和支架Ⅰ之间固定安装有辅助加强装置，所述辅助加强装置的结构包括：安装轴，所述安装轴通过两端固定设置的轴承支撑座固定在支架Ⅰ和支架Ⅱ之间，安装轴上安装有轴承，且所述轴承与弧形弯刀上表面滚动接触。

优选的是，其中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置的结构还包括：预埋平台，其上设置有地坑，所述支撑机架设置在地坑中，所述地坑上方设置有承重板，所述标准工作台放置在承重板上。

优选的是，其中，所述滚转轴端部设置有安装法兰，所述滚转轴通过安装法兰和销轴与所述谐波减速器固定连接。

优选的是，其中，所述试验模型迎角运行范围为-25°～25°，运行精度小于等于±0.02°；

所述滚转角运行范围为-180°～180°，运行精度小于等于±0.02°

所述标准工作台的台面距离试验模型的旋转中心500mm；所述试验模型的旋转中心距离弧形弯刀前缘刀口1300mm。

优选的是，其中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有控制系统，所述控制系统的结构包括：

PLC控制器，其通过RS-485总线连接有触摸屏，且所述PLC控制器分别与倾角传感器和传动减速装置相接。

优选的是，其中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有数据采集系统，所述数据采集系统包括：

工业控制机，其通过RS232总线连接有天平电源，所述天平电源与测力天平相接；

信号调理器，其分别与数据采集卡和所述测力天平相接，所述数据采集卡与工业控制机相接。

本发明至少包括以下有益效果：通过本发明提供的，提高风洞多个型号试验准备效率，实现风洞试验任务无缝衔接，提前处理衔接问题，发现隐患，提高风洞试验效率。本发明用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置的投入使用，可以有效实现问题隐患的提前处置；极大提高了试验准备效率，实现了试验任务的无缝衔接。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明提供的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置结构示意图；

图2为本发明提供的支撑机架、迎角机构和滚转角机构的结构示意图；

图3为本发明提供的支撑机架、迎角机构和滚转角机构的结构示意图；

图4为本发明提供的传动减速装置、迎角机构和滚转角机构的结构示意图；

图5为本发明提供的滚转角机构结构示意图；

图6为本发明提供的滚转轴、谐波减速器和上端蜗轮蜗杆减速器的结构示意图；

图7为本发明提供的预埋平台结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-7所示：本发明的一种风洞试验模型地面准备与试验平台，包括：

底部平台1，其上端设置有支撑机架2；

所述支撑机架2的结构包括支架Ⅰ21和支架Ⅱ22，且所述支架Ⅰ21和支架Ⅱ22与底部平台1固定连接；

迎角机构，其设置在所述支架Ⅰ21和支架Ⅱ22之间，所述迎角机构的结构包括：

弧形弯刀5，其两侧分别固定设置有弧形导轨6，弧形导轨6上分别滑动连接有滑块7，所述滑块7与支架Ⅰ21和支架Ⅱ22固定连接；所述弧形弯刀5上固定设置有扇形齿轮51；

传动减速装置，其设置在所述支撑机架外侧，所述传动减速装置的齿轮轴3伸入至支撑机架2内；所述齿轮轴3上安装有和所述扇形齿轮51相啮合的传动齿轮4；

滚转角机构，其固定设置在所述弧形弯刀5的上端；试验模型，其安装在所述滚转角机构上，且试验模型下方放置有标准工作台。

工作原理：传动减速装置驱动传动齿轮4转动，进而通过传动齿轮4驱动弧形弯刀5上的扇形齿轮51发生转动，使得弧形弯刀5与弧形导轨6一起沿滑块7滑动；通过传动减速装置可以分别通过自动和手动控制弧形弯刀5和弧形导轨6在支架Ⅰ21和支架Ⅱ22上滑动，进而实现对试验模型迎角变化的控制；通过滚转角机构可以调节试验模型的滚转角；通过对试验模型迎角和滚转角的改变，配套常规的测力、测压设备，可以实现试验模型常规测力、常规测压和试验模型姿态检测。在模型地面准备与测试平台上可以完成试验模型、天平试验前的地面准备、检查以及相关试验参数的测量和计算等工作。支撑机架2作为迎角机构、滚转角机构的支撑平台和基准平台，是整个设备的机身，总质量为5.0T，外形尺寸为2200×760×2325mm；支架Ⅰ21、支架Ⅱ22、底部平台1和弧形弯刀5均采用低碳钢焊接而成，焊接完成后，退火消除焊接应力，并且在加工后再次失效处理，然后再进行精加工，保证支撑机架2的加工精度和使用过程中结构的稳定性。支撑机架2的支架Ⅰ21和支架Ⅱ22通过螺栓与底部平台1固定连接，调整完成后，通过销定位实现支架Ⅰ21、支架Ⅱ22与底部平台1的安装。标准工作台是模型地面准备与测试平台的校准平台，用于安装高度尺、倾角仪对试验模型的迎角和滚转角进行检查校准。

在上述技术方案中，所述传动减速装置的结构包括：

电机8，其通过安装板9固定安装在所述支架Ⅱ22外侧；

一级蜗轮减速器10，其通过安装板9安装在所述支撑机架2的外侧，且一级蜗轮减速器10设置有两个输入轴和一个传动输出轴101，其中一个输入轴固定连接有手轮11，另一个输入轴与所述电机8的输出轴固定相接；

二级蜗轮蜗杆减速器12，其蜗杆与所述一级蜗轮减速器10的传动输出轴101固定相接；所述二级蜗轮蜗杆减速器12的蜗轮与所述齿轮轴3固定连接，所述传动齿轮4通过键连接固定在齿轮轴3上。电机电动控制弧形弯刀5运动时，通过电机8驱动一级蜗轮减速器10，使一级蜗轮减速器10的传动输出轴101转动，传动输出轴101进而驱动二级蜗轮蜗杆减速器12，二级蜗轮蜗杆减速器12通过蜗轮蜗杆减速使齿轮轴3和传动齿轮4转动，从而驱动与传动齿轮4啮合的扇形齿轮51带动弧形弯刀5和弧形导轨6在正负迎角范围内运动，实现对试验模型迎角变化的控制。手动控制时，电机8抱闸打开，电机8未上电，通过转动手轮11驱动一级蜗轮减速器10和二级蜗轮减速器12，实现对试验模型迎角变化的控制。电机8采用绝对码盘，带抱闸，断电后位置不丢失。弧形导轨6采用线性滚珠形式，在弧形弯刀5的两侧各布置有一套弧形导轨6，图3中一套弧形导轨6配置有两个滑块7。

在上述技术方案中，所述滚转角机构的结构包括：

中部支架13，其固定设置在所述弧形弯刀5的上端，所述中部支架13上端固定设置有固定筒体131；所述弧形弯刀5或固体筒体131上安装有倾角传感器19，倾角传感器19用于实时检测试验模型的倾角位置，并将试验模型倾角位置信息反馈给电机8，保证位置终点定位准确；

上端蜗轮蜗杆减速器14，其固定安装在所述固定筒体131后端，且上端蜗轮蜗杆减速器14的输入轴上连接有上滚转角手轮15，上端蜗轮蜗杆减速器14的输出轴固定连接有谐波减速器16；

滚转轴17，其外部转动安装有多个滚珠轴承171，所述滚转轴17通过滚珠轴承171转动设置在固定筒体131中，所述滚转轴17端部与所述谐波减速器16固定连接；

支撑杆18，其一端通过键连接固定设置在所述滚转轴17中，所述试验模型安装在支撑杆18前端。通过转动上滚转角手轮15，驱动上端蜗轮蜗杆减速器14，使得上端蜗轮蜗杆减速器14的输出轴带动谐波减速器16转动，从而使得与谐波减速器16相接的滚转轴17在固定筒体131内转动，滚转轴17带动支撑杆18和试验模型转动，实现了对试验模型滚转角变化的控制。

在上述技术方案中，所述支架Ⅱ22或支架Ⅰ21内侧安装有限位块，所述限位块与弧形导轨6的下端端面相接触；限位块可根据实际试验需要安装在支架Ⅱ22或支架Ⅰ21内侧的特定位置，通过限位块对弧形导轨6进行机械硬限位，对弧形导轨6和弧形弯刀的运动过程起保护作用；

所述支架Ⅱ22和支架Ⅰ21上安装有防尘罩20，防尘罩20用于阻挡外界灰尘颗粒物进入支架Ⅰ21和支架Ⅱ内侧22，对弧形弯刀5和弧形导轨6起保护作用。

在上述技术方案中，所述支架Ⅱ22和支架Ⅰ21之间固定安装有辅助加强装置，所述辅助加强装置的结构包括：安装轴23，所述安装轴23通过两端固定设置的轴承支撑座25固定在支架Ⅰ21和支架Ⅱ22之间，安装轴23上安装有轴承231，且所述轴承231与弧形弯刀5上表面滚动接触。辅助加强装置具有对弧形弯刀5的运动进行辅助作用，提高了弧形弯刀5运动的可靠性和稳定性。

在上述技术方案中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置的结构还包括：预埋平台24，其上设置有地坑241，所述支撑机架2设置在地坑241中，所述地坑上方设置有承重板242，所述标准工作台放置在承重板242上。

在上述技术方案中，所述滚转轴17端部设置有安装法兰172，所述滚转轴17通过安装法兰172和销轴与所述谐波减速器16固定连接。

在上述技术方案中，所述试验模型迎角运行范围为-25°～25°，运行精度小于等于±0.02°；

所述试验模型滚转角运行范围为-180°～180°，运行精度小于等于±0.02°

所述标准工作台的台面距离试验模型的旋转中心500mm；所述试验模型的旋转中心距离弧形弯刀5前缘刀口1300mm。

在上述技术方案中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有控制系统，所述控制系统的结构包括：

PLC控制器，其通过RS-485总线连接有触摸屏，且所述PLC控制器分别与倾角传感器和传动减速装置的电机8相接。通过触摸屏界面、PLC控制器，可实现对电机和倾角传感器的控制和数据采集。

在上述技术方案中，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有数据采集系统，所述数据采集系统包括：

工业控制机，其通过RS-232总线连接有天平电源，所述天平电源与测力天平相接；

信号调理器，其分别与数据采集卡和所述测力天平相接，所述数据采集卡与工业控制机相接；其中，工业控制机为研华61OH工控机，数据采集卡为PCI-6284数据采集卡，天平电源为E3649A程控双输出直流电源，信号调理器采用ZY-2-Ⅲ放大器。天平电源为测力天平供电，测力天平的测力数据信号经信号调理器隔离、放大后被数据采集卡采集保存，数据采集卡的采集数据最后由工业控制机进行计算处理。数据采集系统软件采用NI公式的Labview为开平台。数据采集系统具有系统自检、采集通道设置、通道校准、天平加载和数据处理功能。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，包括：

底部平台，其上端设置有支撑机架；

所述支撑机架的结构包括支架Ⅰ和支架Ⅱ，且所述支架Ⅰ和支架Ⅱ与底部平台固定连接；

迎角机构，其设置在所述支架Ⅰ和支架Ⅱ之间，所述迎角机构的结构包括：

弧形弯刀，其两侧分别固定设置有弧形导轨，弧形导轨上分别滑动连接有滑块，所述滑块与支架Ⅰ和支架Ⅱ固定连接；所述弧形弯刀上固定设置有扇形齿轮；

传动减速装置，其设置在所述支撑机架外侧，所述传动减速装置的齿轮轴伸入至支撑机架内；所述齿轮轴上安装有和所述扇形齿轮相啮合的传动齿轮；

滚转角机构，其固定设置在所述弧形弯刀的上端；试验模型，其安装在所述滚转角机构上，且试验模型下方放置有标准工作台。

2.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述传动减速装置的结构包括：

电机，其通过安装板固定安装在所述支撑机架外侧；

一级蜗轮减速器，其通过安装板安装在所述支撑机架的外侧，且一级蜗轮减速器设置有两个输入轴和一个传动输出轴，其中一个输入轴固定连接有手轮，另一个输入轴与所述电机的输出轴固定相接；

二级蜗轮蜗杆减速器，其蜗杆与所述一级蜗轮减速器的传动输出轴固定相接；所述二级蜗轮蜗杆减速器的蜗轮与所述齿轮轴固定连接，所述传动齿轮通过键连接固定在齿轮轴上。

3.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述滚转角机构的结构包括：

中部支架，其固定设置在所述弧形弯刀的上端，所述中部支架上端固定设置有固定筒体，所述弧形弯刀或固体筒体上安装有倾角传感器；

上端蜗轮蜗杆减速器，其固定安装在所述固定筒体后端，且上端蜗轮蜗杆减速器的输入轴上连接有上滚转角手轮，上端蜗轮蜗杆减速器的输出轴固定连接有谐波减速器；

滚转轴，其外部转动安装有多个滚珠轴承，所述滚转轴通过滚珠轴承转动设置在固定筒体中，所述滚转轴端部与所述谐波减速器固定连接；

支撑杆，其一端通过键连接固定设置在所述滚转轴中，所述试验模型安装在支撑杆前端，所述支撑杆与滚转轴的连接处设置有测力天平。

4.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述支架Ⅱ或支架Ⅰ内侧安装有限位块，所述限位块与弧形导轨的下端端面相接触；所述支架Ⅱ和支架Ⅰ上安装有防尘罩。

5.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述支架Ⅱ和支架Ⅰ之间固定安装有辅助加强装置，所述辅助加强装置的结构包括：安装轴，所述安装轴通过两端固定设置的轴承支撑座固定在支架Ⅰ和支架Ⅱ之间，安装轴上安装有轴承，且所述轴承与弧形弯刀上表面滚动接触。

6.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置的结构还包括：预埋平台，其上设置有地坑，所述支撑机架设置在地坑中，所述地坑上方设置有承重板，所述标准工作台放置在承重板上。

7.如权利要求3所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述滚转轴端部设置有安装法兰，所述滚转轴通过安装法兰和销轴与所述谐波减速器固定连接。

8.如权利要求1所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述试验模型迎角运行范围为-25°～25°，运行精度小于等于±0.02°；

所述滚转角运行范围为-180°～180°，运行精度小于等于±0.02°

所述标准工作台的台面距离试验模型的旋转中心500mm；所述试验模型的旋转中心距离弧形弯刀前缘刀口1300mm。

9.如权利要求3所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有控制系统，所述控制系统包括：

PLC控制器，其通过RS-485总线连接有触摸屏，且所述PLC控制器分别与倾角传感器和传动减速装置相接。

10.如权利要求3所述的用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置，其特征在于，所述用于模拟风洞模型运动姿态的试验装置连接有数据采集系统，所述数据采集系统包括：

工业控制机，其通过RS232总线连接有天平电源，所述天平电源与测力天平相接；

信号调理器，其分别与数据采集卡和所述测力天平相接，所述数据采集卡与工业控制机相接。

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