CN112607054B - 一种机翼阵风减缓模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机翼阵风减缓模型，用以通过分工验证阵风减缓设计技术，克服现有模型不能模拟机翼刚度的问题，包括机翼梁以及设置在机翼梁上的机翼框段、襟翼系统、副翼系统、发动机。国内目前尚未进行过飞机阵风减缓弹性模型相关方面的试验，也未进行副翼操纵间隙对阵风减缓影响的试验，本发明采用弹性结构设计，既可以模拟飞机机翼的结构刚度、重量数据和气动外形，也可以通过作动器操纵舵面来实现对阵风减缓设计验证，还可以研究副翼操纵间隙对阵风减缓的影响，实现对机翼更精准的模拟。

Description

一种机翼阵风减缓模型
技术领域
本发明涉及飞行器试验技术领域，具体涉及一种机翼阵风减缓模型。
背景技术
现代大型民用飞机设计，通常采用阵风载荷减缓控制技术，通过操纵面降低阵风载荷成为一种重要发展趋势。但是由于国内在阵风载荷减缓技术及风洞试验验证方面的储备不足，目前主要还是集中在方法研究方面，在试验验证方面的经验还很少。国内以往进行阵风减缓模型均为刚性模型，不模拟机翼的刚度，尚未有进行阵风减缓弹性模型试验的先例。
发明内容
本发明的目的是提供一种机翼阵风减缓模型，用以通过分工验证阵风减缓设计技术，克服现有模型不能模拟机翼刚度的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种机翼阵风减缓模型，包括机翼梁以及设置在机翼梁上的机翼框段、襟翼系统、副翼系统、发动机，其中：
机翼框段包括机翼框加强肋、机翼框维形肋、前缘、后缘和维形缘条；所述机翼框维形肋设置一对，设置于机翼框加强肋的两侧，机翼框段通过机翼框加强肋与机翼梁连接；所述前缘、后缘分别设置在机翼框加强肋和机翼框维形肋的两端并与机翼框加强肋连接，所述维形缘条并行分布在前缘和后缘之间；机翼框段在机翼梁上分布多个；
襟翼系统包括襟翼、襟翼作动器、襟翼操纵连杆、襟翼支臂和襟翼作动器支臂；所述襟翼支臂设置一对，襟翼通过襟翼支臂连接于机翼梁上；襟翼支臂与机翼梁固定连接，与襟翼铰接；所述襟翼作动器通过襟翼作动器支臂连接于机翼梁上，襟翼作动器的输出端通过襟翼操纵连杆与襟翼相连接，操纵襟翼进行偏转；
副翼系统包括副翼、副翼作动器、副翼作动器支臂、副翼支臂、副翼操纵系统、第一副翼操纵支臂和第二副翼操纵支臂；所述副翼通过副翼支臂连接于机翼梁上，副翼支臂与机翼梁固定连接，与副翼铰接；副翼作动器通过副翼作动器支臂连接于机翼梁上，副翼操纵系统一端通过第一副翼操纵支臂与副翼作动器相连接，另一端通过第二副翼操纵支臂与副翼相连接，通过副翼操纵系统带动副翼上下偏转。
进一步地，所述机翼框维形肋上开设有第一安装孔，机翼框加强肋上开设有第二安装孔，机翼梁穿过第一安装孔和第二安装孔，机翼框加强肋通过第二安装孔粘接固定在机翼梁上，但机翼梁不与第一安装孔接触。
进一步地，所述前缘的外侧面为圆弧形结构，后缘为厚度渐变的板状结构；机翼框加强肋、机翼框维形肋上对称开设有用于通过数据线的线孔。
进一步地，所述襟翼作动器的输出端平行于襟翼的展向，所述襟翼操纵连杆包括第一杆段以及分别铰接在第一杆段两端的第二杆段、第三杆段，其中，第二杆段的端部连接所述输出端，第三杆段的端部铰接襟翼，且第三杆段倾斜于襟翼的表面。
进一步地，所述副翼操纵系统包括副翼弹簧、第一副翼操纵拉杆；所述副翼弹簧的前端通过第二副翼操纵支臂与副翼连接，副翼弹簧的后端通过第一副翼操纵拉杆与第一副翼操纵间隙夹板的前端连接；副翼弹簧用来模拟副翼的操纵刚度。
进一步地，所述副翼弹簧为中间带有弯折结构的弹性片，第二副翼操纵支臂的一端固定在副翼上，另一端延伸至副翼上方并设置有第一卡环，所述副翼弹簧的前端侧面设置有柱体，柱体穿过第一卡环。
进一步地，副翼操纵系统还包括第二副翼操纵拉杆和第二副翼操纵间隙夹板，其中，第一副翼操纵间隙夹板和第二副翼操纵间隙夹板通过螺栓连接于第二副翼操纵拉杆两侧，第一副翼操纵间隙夹板和第二副翼操纵间隙夹板中间设有矩形槽，所述螺栓穿过矩形槽；通过调节螺栓，使得第二副翼操纵拉杆可以沿其长度方向相对移动，从而控制副翼操纵间隙的大小；第二副翼操纵拉杆通过第一副翼操纵支臂与副翼作动器相连接。
进一步地，所述第一副翼操纵支臂的一端与副翼作动器的输出轴连接，第一副翼操纵支臂的另一端设置有第二卡环，副翼操纵拉杆的后端通过柱体与第二卡环配合；所述输出轴平行于副翼的展向。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
国内目前尚未进行过飞机阵风减缓弹性模型相关方面的试验，也未进行副翼操纵间隙对阵风减缓影响的试验，本发明国内尚属首次，采用弹性结构设计，既可以模拟飞机机翼的结构刚度、重量数据和气动外形，也可以通过作动器操纵舵面来实现对阵风减缓设计验证，还可以研究副翼操纵间隙对阵风减缓的影响，实现对机翼更精准的模拟。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为机翼框段示意图；
图3为襟翼系统示意图；
图4为副翼系统示意图；
图5为副翼操纵系统示意图；
图6副翼操纵系统分解示意图。
图中标号说明：1机翼梁，2机翼框段，3襟翼系统，4副翼系统，5发动机，6机翼框加强肋，7机翼框维形肋，8前缘，9后缘，10维形缘条，11襟翼，12襟翼作动器，13襟翼操纵连杆，14襟翼支臂，15襟翼作动器支臂，16副翼，17副翼作动器，18副翼作动器支臂，19副翼支臂，20副翼操纵系统，21第一副翼操纵支臂，22第二副翼操纵支臂，23副翼弹簧，24第一副翼操纵拉杆，25第二副翼操纵拉杆，26第一副翼操纵间隙夹板，27第二副翼操纵间隙夹板。
具体实施方式
参见图1至图6，本发明公开了一种机翼阵风减缓模型，包括机翼梁1、机翼框段2、襟翼系统3、副翼系统4、发动机5、机翼框加强肋6、机翼框维形肋7、前缘8、后缘9、维形缘条10、襟翼11、襟翼作动器12、襟翼操纵连杆13、襟翼支臂14、襟翼作动器支臂15、副翼16、副翼作动器17、副翼作动器支臂18、副翼支臂19、副翼操纵系统20、第一副翼操纵支臂21、第二副翼操纵支臂22、副翼弹簧23、第一副翼操纵拉杆24、第二副翼操纵拉杆25、第一副翼操纵间隙夹板26、第二副翼操纵间隙夹板27。
机翼梁1采用变截面十字型铝梁来模拟机翼的弯曲和扭转刚度，机翼框段2、襟翼系统3、副翼系统4和发动机5连接于机翼梁1上，这种弹性的机翼梁1模型能实现对真实机翼的固有结构特性有效模拟。
机翼框段2为木质结构，包括机翼框加强肋6、机翼框维形肋7、前缘8、后缘9和维形缘条10五部分，其中：
机翼框维形肋7设置一对，设置于机翼框加强肋6的两侧；在机翼框维形肋7上开设有第一安装孔，机翼框加强肋6上开设有第二安装孔，机翼梁1穿过第一安装孔和第二安装孔，机翼框加强肋6通过第二安装孔粘接固定在机翼梁1上，但机翼梁1不与第一安装孔接触；所述前缘8、后缘9分别设置在机翼框加强肋6和机翼框维形肋7的两端并与机翼框加强肋6连接，其中，前缘8的外侧面为圆弧形结构，后缘9为厚度渐变的板状结构；所述维形缘条10并行分布在前缘8和后缘9之间，两端和中部分别与机翼框维形肋7、机翼框加强肋6固结。机翼框加强肋6、机翼框维形肋7上对称开设有用于通过数据线的线孔。
采用这样的结构设计是考虑到，机翼梁1的刚度可以通过计算得到，但机翼框段2与机翼梁1接触造成的额外刚度是不可估算的；而机翼框段2又起到模拟机翼外形的重要作用，在每一个机翼框段2中仅有一处与机翼梁1接触，可以避免增加梁的刚度，尽量减小对机翼梁刚度的影响。
参见图3，襟翼系统3包括襟翼11、襟翼作动器12、襟翼操纵连杆13、襟翼支臂14和襟翼作动器支臂15，其中，襟翼支臂14设置一对，襟翼11通过襟翼支臂14连接于机翼梁1上；襟翼支臂14与机翼梁1固定连接，与襟翼11铰接；所述襟翼作动器12通过襟翼作动器支臂15连接于机翼梁1上，襟翼作动器12的输出端通过襟翼操纵连杆13与襟翼11相连接，操纵襟翼11进行偏转；所述襟翼作动器12的输出端平行于襟翼11的展向，所述襟翼操纵连杆13包括第一杆段以及分别铰接在第一杆段两端的第二杆段、第三杆段，其中，第二杆段的端部连接所述输出端，第三杆段的端部铰接襟翼11，且第三杆段倾斜于襟翼11的表面。通过襟翼系统3的结构设计，能有效模拟襟翼的真实飞行状态。
参见图4，副翼系统4包括副翼16、副翼作动器17、副翼作动器支臂18、副翼支臂19、副翼操纵系统20、第一副翼操纵支臂21和第二副翼操纵支臂22七部分，其中，副翼16通过副翼支臂19连接于机翼梁1上，副翼支臂19与机翼梁1固定连接，与副翼16铰接；副翼作动器17通过副翼作动器支臂18连接于机翼梁1上，副翼操纵系统20一端通过第一副翼操纵支臂21与副翼作动器17相连接，另一端通过第二副翼操纵支臂22与副翼16相连接，通过副翼操纵系统20带动副翼16上下偏转。
参见图5，副翼操纵系统20包括副翼弹簧23(通过选择合适厚度的弹簧可以模拟副翼旋转频率)、第一副翼操纵拉杆24、第二副翼操纵拉杆25、第一副翼操纵间隙夹板26和第二副翼操纵间隙夹板27五部分，其中，副翼弹簧23为中间带有弯折结构的弹性片，副翼弹簧23的前端通过第二副翼操纵支臂22与副翼连接，副翼弹簧23的后端通过第一副翼操纵拉杆24与第一副翼操纵间隙夹板26的前端连接；副翼弹簧23用来模拟副翼的操纵刚度。具体地，第二副翼操纵支臂22的一端固定在副翼16上，另一端延伸至副翼16上方并设置有第一卡环，所述副翼弹簧23的前端侧面设置有柱体，柱体穿过第一卡环。
第一副翼操纵间隙夹板26和第二副翼操纵间隙夹板27通过螺栓连接于第二副翼操纵拉杆25两侧，其中，第一副翼操纵间隙夹板26和第二副翼操纵间隙夹板27中间设有矩形槽，所述螺栓穿过矩形槽；通过调节螺栓，使得第二副翼操纵拉杆25可以沿其长度方向相对移动，从而控制副翼操纵间隙的大小；第二副翼操纵拉杆25通过第一副翼操纵支臂21与副翼作动器相连接；其中，第一副翼操纵支臂21的一端与副翼作动器的输出轴连接，第一副翼操纵支臂21的另一端设置有第二卡环，副翼操纵拉杆25的后端通过柱体与第二卡环配合；所述输出轴平行于副翼16的展向。
飞机的真实结构中，作动器可能由于安装、加工、使用等多重因素，在作动器与副翼之间的连接结构中，或作动器中会产生间隙，该间隙可能造成机翼振动幅度增大或减小。目前在同类模型中完全未考虑该因素对飞机的影响，本方案中结合飞机真实结构原理，提出的上述副翼操作机构，不仅能有效地传递从作动器到副翼的扭矩，实现对副翼的精准操控，而且还可通过调节间隙的大小来模拟实际情况下对真实飞行过程中对阵风减缓的影响。
在阵风减缓试验过程中，需要对控制率进行验证时，则通过风洞的阵风发生器产生阵风，使得机翼处于摆动状态，此时襟翼作动器12、副翼作动器17接收到经加速度传感器采集的加速度信号，当判断目前机翼振动幅度较大时，则驱动襟翼、副翼偏转；通过监测机翼的振动幅度、频率来判断控制率设计是否满足要求。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机翼阵风减缓模型，其特征在于，包括机翼梁(1)以及设置在机翼梁(1)上的机翼框段(2)、襟翼系统(3)、副翼系统(4)、发动机(5)，其中：
机翼框段(2)包括机翼框加强肋(6)、机翼框维形肋(7)、前缘(8)、后缘(9)和维形缘条(10)；所述机翼框维形肋(7)设置一对，设置于机翼框加强肋(6)的两侧，机翼框段(2)通过机翼框加强肋(6)与机翼梁(1)连接；所述前缘(8)、后缘(9)分别设置在机翼框加强肋(6)和机翼框维形肋(7)的两端并与机翼框加强肋(6)连接，所述维形缘条(10)并行分布在前缘(8)和后缘(9)之间；机翼框段(2)在机翼梁(1)上分布多个；
襟翼系统(3)包括襟翼(11)、襟翼作动器(12)、襟翼操纵连杆(13)、襟翼支臂(14)和襟翼作动器支臂(15)；所述襟翼支臂(14)设置一对，襟翼(11)通过襟翼支臂(14)连接于机翼梁(1)上；襟翼支臂(14)与机翼梁(1)固定连接，与襟翼(11)铰接；所述襟翼作动器(12)通过襟翼作动器支臂(15)连接于机翼梁(1)上，襟翼作动器(12)的输出端通过襟翼操纵连杆(13)与襟翼(11)相连接，操纵襟翼(11)进行偏转；
副翼系统(4)包括副翼(16)、副翼作动器(17)、副翼作动器支臂(18)、副翼支臂(19)、副翼操纵系统(20)、第一副翼操纵支臂(21)和第二副翼操纵支臂(22)；所述副翼(16)通过副翼支臂(19)连接于机翼梁(1)上，副翼支臂(19)与机翼梁(1)固定连接，与副翼(16)铰接；副翼作动器(17)通过副翼作动器支臂(18)连接于机翼梁(1)上，副翼操纵系统(20)一端通过第一副翼操纵支臂(21)与副翼作动器(17)相连接，另一端通过第二副翼操纵支臂(22)与副翼(16)相连接，通过副翼操纵系统(20)带动副翼(16)上下偏转；
所述副翼操纵系统(20)包括副翼弹簧(23)、第一副翼操纵拉杆(24)；所述副翼弹簧(23)的前端通过第二副翼操纵支臂(22)与副翼连接，副翼弹簧(23)的后端通过第一副翼操纵拉杆(24)与第一副翼操纵间隙夹板(26)的前端连接；副翼弹簧(23)用来模拟副翼的操纵刚度；
副翼操纵系统(20)还包括第二副翼操纵拉杆(25)和第二副翼操纵间隙夹板(27)，其中，第一副翼操纵间隙夹板(26)和第二副翼操纵间隙夹板(27)通过螺栓连接于第二副翼操纵拉杆(25)两侧，第一副翼操纵间隙夹板(26)和第二副翼操纵间隙夹板(27)中间设有矩形槽，所述螺栓穿过矩形槽；通过调节螺栓，使得第二副翼操纵拉杆(25)可以沿其长度方向相对移动，从而控制副翼操纵间隙的大小；第二副翼操纵拉杆(25)通过第一副翼操纵支臂(21)与副翼作动器相连接。
2.根据权利要求1所述的机翼阵风减缓模型，其特征在于，所述机翼框维形肋(7)上开设有第一安装孔，机翼框加强肋(6)上开设有第二安装孔，机翼梁(1)穿过第一安装孔和第二安装孔，机翼框加强肋(6)通过第二安装孔粘接固定在机翼梁(1)上，但机翼梁(1)不与第一安装孔接触。
3.根据权利要求1所述的机翼阵风减缓模型，其特征在于，所述前缘(8)的外侧面为圆弧形结构，后缘(9)为厚度渐变的板状结构；机翼框加强肋(6)、机翼框维形肋(7)上对称开设有用于通过数据线的线孔。
4.根据权利要求1所述的机翼阵风减缓模型，其特征在于，所述襟翼作动器(12)的输出端平行于襟翼(11)的展向，所述襟翼操纵连杆(13)包括第一杆段以及分别铰接在第一杆段两端的第二杆段、第三杆段，其中，第二杆段的端部连接所述输出端，第三杆段的端部铰接襟翼(11)，且第三杆段倾斜于襟翼(11)的表面。
5.根据权利要求1所述的机翼阵风减缓模型，其特征在于，所述副翼弹簧(23)为中间带有弯折结构的弹性片，第二副翼操纵支臂(22)的一端固定在副翼(16)上，另一端延伸至副翼(16)上方并设置有第一卡环，所述副翼弹簧(23)的前端侧面设置有柱体，柱体穿过第一卡环。
6.根据权利要求1所述的机翼阵风减缓模型，其特征在于，所述第一副翼操纵支臂(21)的一端与副翼作动器的输出轴连接，第一副翼操纵支臂(21)的另一端设置有第二卡环，第二副翼操纵拉杆(25)的后端通过柱体与第二卡环配合；所述输出轴平行于副翼(16)的展向。
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