CN112798219A - 一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构 - Google Patents

Abstract

本发明适用于风洞试验技术领域，尤其是涉及一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，包括天平联结端、支杆联结端、锁紧环以及锁紧螺母，天平联结端与锁紧环止口定位，并且圆柱面连接，锁紧环与支杆联结端圆锥面连接，差动锁紧螺母分别与锁紧环和支杆联结端螺纹连接。本发明能够实现风洞试验中杆式天平在尾撑装置支杆上的准确定位，并且可以根据需要调整杆式天平的滚转角，解决了目前普遍采用的锥面+楔键联结方式导致的杆式天平在支杆上的滚转角无法调整的问题，提高了杆式天平与尾撑装置支杆联结的位置精度，特别是绕天平滚转方向的精度，从而更好地保证风洞测力试验数据的准确性和可靠性。

Description

一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域，尤其是涉及一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构。

背景技术

风洞试验作为空气动力学研究的三种基本手段之一，把按照相似准则制作的飞机等飞行器模型通过支撑装置固定在风洞试验段的内流场中，运用相对运动原理，使人工气流流过试验模型，通过各类传感器来测量气流对试验模型的影响，以了解飞机等飞行器的空气动力学特性。在风洞试验过程中，支撑装置能固定模型在风洞试验段内的位置和姿态，并能够按照约定的方式控制模型位置和姿态的变化，且模型位置和姿态的误差应控制在一定的精度范围内。试验模型的支撑方式主要包括尾撑、背撑和腹撑等，分别通过不同的模型支撑装置来实现。其中，尾撑是小展弦比飞机等飞行器风洞试验常用的支撑方式。

气动力天平（简称天平）是一种专门用于测量作用在风洞试验模型上空气动力载荷（包括力和力矩）的测量装置，杆式应变天平是尾撑试验常用的天平结构形式。

当开展模型尾撑测力风洞试验时，风洞的尾撑装置支杆前端安装有杆式应变天平，天平的前端再安装模型。天平安装于模型内部，模型不与尾撑装置支杆接触。风洞试验时，尾撑装置支杆通过天平带动试验模型实现模型位置和姿态的可控变化，试验模型的气动载荷通过杆式天平实时测量获得。

目前尾撑装置支杆与杆式天平的联结结构普遍采用锥面+楔键联结方式。采用这种方式联结时，杆式天平的外锥面与支杆的内锥面配合，通过沿联结处的径向打入楔键使得内外锥面轴向拉紧以保证联结牢固。采用这种方式的确能保证模型与天平的联结刚度和强度，但会带来杆式天平在支杆上的滚转角无法调整的问题。而现实情况下存在加工误差不可避免，这就会导致天平测量轴系与尾撑装置运动机构的坐标系之间在x轴线上存在一定的滚转角，天平轴系不能按要求调整至最佳工作状态。通常情况下，这个安装引起的滚转角影响通过修正计算来解决。但尾撑装置在气动载荷的作用下的弹性变形的非线性将使得修正变得十分复杂且难以准确获得，因而对模型气动载荷测量的准确性和可靠性产生不利影响。另外采用锥面配合，支杆和杆式天平配合锥面的加工精度要求高，两个面必须配作才能达到75%以上的接触面积，而如果接触面积偏低，联结刚度就会大大降低，试验过程中容易松动、抖动，从而也会对试验结果及安全造成不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，能够实现杆式天平在尾撑装置支杆的准确定位，特别是杆式天平在滚转方向上能根据需要精确调整，从而保证了风洞测力试验数据的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：

一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，包括天平联结端、支杆联结端、锁紧环以及锁紧螺母；

所述天平联结端为圆柱形；

所述锁紧环包括第一连接部和第二连接部；所述第一连接部上设置第一外螺纹；所述第二连接部包含内圆柱面和外圆锥面，并且在所述第二连接部轴向开设有开缝；所述内圆柱面与所述天平联结端圆柱面配合；

所述支杆联结端具有内圆锥面，所述内圆锥面与所述锁紧环的外圆锥面锥面配合；所述支杆联结端的端部设置第二外螺纹；

所述锁紧螺母上设置第一内螺纹部和第二内螺纹部，所述第一内螺纹部与所述锁紧环的第一连接部螺纹连接，所述第二内螺纹部与所述支杆联结端螺纹连接。

进一步地，所述天平联结端包括第一圆柱段和第二圆柱段，所述第一圆柱段的直径大于所述第二圆柱段的直径。

进一步地，所述开缝的末端周向开设有外表面环槽和/或内表面环槽。

进一步地，所述锁紧螺母的第一内螺纹部和第二内螺纹部之间开设退刀槽。

进一步地，所述锁紧螺母的外表面还设置有至少一个旋转操作槽。

进一步地，所述第一内螺纹部上螺纹的螺距大于第二内螺纹部上螺纹的螺距。

进一步地，所述支杆联结端上设置有螺纹孔，所述锁紧环上设置有导向槽；

进一步地，还包括导向杆，所述导向杆包括固定连接部和导向部，所述固定连接部与所述螺纹孔螺纹连接，所述导向部置于所述导向槽内。

进一步地，所述导向槽的轴向长度大于所述锁紧环能在轴向上移动的长度。

进一步地，所述支杆联结端的端部设置台阶部，所述台阶部上设置第二外螺纹。

采用本发明的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：

1. 本发明能够实现风洞试验中杆式天平在尾撑装置支杆上的准确定位，特别杆式天平在其安装的滚转方向上能根据需要精确可调，解决了目前普遍采用的锥面+楔键联结方式导致的杆式天平在支杆上的滚转角无法调整的问题，提高了杆式天平与尾撑装置支杆联结的位置精度，特别是绕天平滚转方向的精度，从而能保证风洞测力试验数据的准确性和可靠性;

2. 本发明与尾撑装置支杆联结的天平接口为止口形式，将配作的圆锥面改为圆柱面，降低了天平上该接口的加工难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构的装配结构图；

图2是本发明实施例的天平联结端的结构示意图；

图3是本发明实施例的锁紧环的结构示意图；

图4是本发明实施例的支杆联结端的结构示意图；

图5是本发明实施例的锁紧螺母的结构示意图；

图6是本发明实施例的导向杆的结构示意图。

图中，1-天平联结端，11-第一圆柱段，12-第二圆柱段，13-第一台阶面，2-锁紧螺母，21-第一内螺纹部，22-第二内螺纹部，23-退刀槽，24-旋转操作槽，

3-支杆联结端，31-内圆锥面，32-第二外螺纹，33-台阶部，34-螺纹孔，4-导向杆，41-固定连接部，42-导向部，5-锁紧环，51-第一连接部，52-第二连接部，53-内圆柱面，54-外圆锥面，55-开缝，56-导向槽，57-外表面环槽，58-内表面环槽，59-第一外螺纹。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

如图1所示，一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，包括天平联结端1、支杆联结端3、锁紧环5以及锁紧螺母2；

天平联结端1为圆柱形；优选为包括第一圆柱段11和第二圆柱段12，其中，第一圆柱段11的直径大于所述第二圆柱段12的直径，第一圆柱段与第二圆柱段之间形成第一台阶面13，如图2所示；

锁紧环5包括第一连接部51和第二连接部52；第一连接部51上设置第一外螺纹59；第二连接部52包含内圆柱面53和外圆锥面54，并且在第二连接部52轴向开设有开缝55，如图3所示；内圆柱面53与天平联结端1圆柱面配合，优选为与天平联结端1的第二圆柱段12圆柱面配合。锁紧环采用这种结构，使得锁紧环的开缝段不受结构的周向约束，使得其在尾撑装置支杆联结端的轴向移动距离增大，从而在杆式天平安装过程中拧紧锁紧螺母时，能推动锁紧环沿轴向移动并最终能将支杆和天平通过摩擦力紧固在锁紧环上。

支杆联结端3具有内圆锥面31，该内圆锥面31与锁紧环5的外圆锥面54锥面配合；并且支杆联结端3的端部设置第二外螺纹32；作为优选，在支杆联结端3的端部设置台阶部33，在该台阶部33上设置第二外螺纹32。

如图5所示，锁紧螺母2上设置第一内螺纹部21和第二内螺纹部22，第一内螺纹部21与锁紧环5的第一连接部51螺纹连接，第二内螺纹部22与所述支杆联结端3螺纹连接。作为优选，第一内螺纹部21和第二内螺纹部22之间还设置有退刀槽23，便于机械加工。

工作状态下，锁紧环的第一连接部51抵接在天平联结端1的第一台阶面13上，天平联结端1与锁紧环的内圆柱面53圆柱面配合连接，锁紧环5的外圆锥面54与支杆联结端3的内圆锥面31圆锥面配合连接，并且锁紧螺母2的第一内螺纹21与锁紧环5的第一连接部51上的第一外螺纹59螺纹连接，锁紧螺母2的第二内螺纹部22与支杆联结端3上的第二外螺纹32螺纹连接。

作为优选，锁紧螺母2上的第一内螺纹部21上螺纹的螺距大于第二内螺纹部22上螺纹的螺距，从而形成差动螺纹，当然，锁紧环5上的第一外螺纹59以及支杆联结端3上的第二外螺纹32与其相适配，即第一外螺纹59的螺距大于第二外螺纹32的螺距。为了保证联结的可靠性，两段联结螺纹都需满足自锁条件。

如图3所示，沿锁紧环5轴向上的开缝55设置多条，以使得锁紧环有足够的弹性。作为优选，多条开缝55在周向上均匀排列，每条开缝的宽度相等，并且长度为锁紧环的锥面长度。同时，在开缝55的末端还周向开设有外表面环槽57和/或内表面环槽58，也是为了保证锁紧环在径向上的弹性。

如图3-4所示，支杆联结端3上设置有螺纹孔34；锁紧环5上设置有导向槽56，该导向槽56设置为腰型孔，或长圆孔，导向槽的长轴方向与锁紧环5的轴线平行；并且为了保证锁紧环的强度，该导向槽设置在相邻两条开缝的中心位置，即与开缝55间隔设置；

还包括导向杆4，如图6所示，导向杆4包括固定连接部41和导向部42，该固定连接部41与支杆联结端3上的螺纹孔34螺纹连接，导向部42置于锁紧环5的导向槽56内。

作为优选，为了便于导向杆的连接，在导向杆的顶端设置了施力部，用于操作人员采用工具旋转导向杆。

本领域技术人员可以理解，支杆联结端3上的螺纹孔34与锁紧环5上的导向槽56是相配合的关系，数量可以相同，也可以不同，只要其中的多个螺纹孔34和导向槽56能够位置对应上即可。

本实施例中，锁紧螺母2、锁紧环5和支杆联结端3为不拆卸联结，一般情况下，锁紧螺母2、锁紧环5和支杆联结端3一起保存和使用。

如此，当将杆式天平安装在尾撑装置支杆上时，杆式天平联结端1通过止口方式与尾撑装置的支杆联结端3前端的锁紧环5定位（即锁紧环5抵接在天平联结端1的第一台阶面13上），旋转杆式天平至所需的滚转角，拧紧锁紧螺母2，锁紧环5在导向杆4的导向下由锁紧螺母2驱动沿其轴向移动，同时锁紧环5的第二连接部52上的开缝55收拢，锁紧环5的内圆柱面53与杆式天平联结端1的外圆柱面之间的压力增大，就可将尾撑装置支杆与杆式天平通过摩擦力紧固在锁紧环5上。拧紧过程中，杆式天平与锁紧环5的相对位置不会变化，锁紧环5与尾撑装置也仅是沿天平轴向的少许位移。拧紧锁紧螺母2后，风洞试验时，尾撑装置通过其支杆、杆式天平就可带动试验模型按照给定的位置和姿态变化。

从尾撑装置支杆上拆卸杆式天平时，松开锁紧螺母2，锁紧螺母2拖动锁紧环5松开，锁紧环5的第二连接部52上的开缝55在弹性力作用下恢复张开，锁紧环5与杆式天平联结端1之间的配合公差恢复到小间隙状态，杆式天平联结端1就可从尾撑装置的支杆联结端3的前端轻松地拆卸下来。此时，锁紧螺母2、导向杆4和锁紧环5仍与尾撑装置支杆没有完全脱开，一起保存即可。

由此，在设计时，锁紧环的导向槽与导向杆的导向段在圆周方向上为小间隙配合，并且导向槽56的轴向长度大于锁紧环5能在轴向上移动的长度，从而保证在拆装过程中，锁紧环、支杆联结端、导向杆之间的相对位移需求。

作为优选，为了能够方便锁紧螺母的旋转施力，在锁紧螺母2的外表面还设置有至少一个旋转操作槽24，以便于采用锁紧工具施加锁紧力给锁紧螺母。

本发明中，天平联结端联结止口处的第二圆柱段的圆柱面外径和锁紧环5的内圆柱面内径的名义尺寸相同，配合公差选用小间隙配合H7/h6，这既能提高定位精度又方便拆装。另外，锁紧环所抵接的第一台阶面与所述天平联结端的轴线垂直。

本发明中，杆式天平联结端与尾撑装置支杆联结端之间通过锁紧环的止口方式定位，能手动调节杆式天平绕尾撑装置支杆的轴线旋转到任意需要的位置，然后通过增大锁紧环5与尾撑装置支杆联结端和杆式天平联结端之间的摩擦力就可将杆式天平联结端锁紧在尾撑装置支杆联结端某一所需的滚转角位置上。另外，杆式天平的支杆联结端上采用的圆柱面+端面的接口形式避免了目前常用的天平与支杆锥面配作的要求，这既能降低加工成本，杆式天平联结端与尾撑装置支杆联结端的联结尺寸和位置精度的要求也能容易实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，包括天平联结端（1）、支杆联结端（3）、锁紧环（5）以及锁紧螺母（2）；

所述天平联结端（1）为圆柱形；

所述锁紧环（5）包括第一连接部（51）和第二连接部（52）；所述第一连接部（51）上设置第一外螺纹（59）；所述第二连接部（52）包含内圆柱面（53）和外圆锥面（54），并且在所述第二连接部（52）轴向开设有开缝（55）；所述内圆柱面（53）与所述天平联结端（1）圆柱面配合；

所述支杆联结端（3）具有内圆锥面（31），所述内圆锥面（31）与所述锁紧环（5）的外圆锥面（54）锥面配合；所述支杆联结端（3）的端部设置第二外螺纹（32）；

所述锁紧螺母（2）上设置第一内螺纹部（21）和第二内螺纹部（22），所述第一内螺纹部（21）与所述锁紧环（5）的第一连接部（51）螺纹连接，所述第二内螺纹部（22）与所述支杆联结端（3）螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述天平联结端（1）包括第一圆柱段（11）和第二圆柱段（12），所述第一圆柱段（11）的直径大于所述第二圆柱段（12）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述开缝（55）的末端周向开设有外表面环槽（57）和/或内表面环槽（58）。

4.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述锁紧螺母（2）的第一内螺纹部（21）和第二内螺纹部（22）之间开设退刀槽（23）。

5.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述锁紧螺母（2）的外表面还设置有至少一个旋转操作槽（24）。

6.根据权利要求1、4-5任一所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述第一内螺纹部（21）上螺纹的螺距大于第二内螺纹部（22）上螺纹的螺距。

7.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述支杆联结端（3）上设置有螺纹孔（34），所述锁紧环（5）上设置有导向槽（56）；

还包括导向杆（4），所述导向杆（4）包括固定连接部（41）和导向部（42），所述固定连接部（41）与所述螺纹孔（34）螺纹连接，所述导向部（42）置于所述导向槽（56）内。

8.根据权利要求7所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述导向槽（56）的轴向长度大于所述锁紧环（5）能在轴向上移动的长度。

9.根据权利要求1所述的一种风洞试验的尾撑装置支杆与杆式天平联结结构，其特征在于，所述支杆联结端（3）的端部设置台阶部（33），所述台阶部（33）上设置第二外螺纹（32）。

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