CN112926138A

CN112926138A - 一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法

Info

Publication number: CN112926138A
Application number: CN202110306361.9A
Authority: CN
Inventors: 赖庆仁; 孙冬宁; 徐兵兵; 罗英杰; 吕波
Original assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: CN112926138B

Abstract

本发明适用于风洞试验技术领域，提供了一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，包括如下步骤：导入风洞试验模型三维构型，形成安装槽；得到翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型；旋转所述舵面连接部三维构型，使舵面连接部三维构型的顶面与翼面连接部三维构型的顶面之间的夹角，与风洞试验要求的舵面角度相等；创建中间连接部三维构型；将中间连接部三维构型、翼面连接部三维构型、舵面连接部三维构型进行布尔加，得到舵面角度片三维构型；在本发明的建模方法的基础上生产出的舵面角度片，能够提高舵面角度的变换的便捷性、高效性，同时也减少气流扰动；本发明是建模方法具有较好的通用性和便捷性。

Description

一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法。

背景技术

支撑飞机在天空飞行的主要部件为翼面主体（包含机翼、平尾、垂尾等）和其所附带的可操控的舵面，翼面主体主要提供飞机的飞行升力等，可操控舵面用于控制调节飞行的力量及姿态等（如飞机的偏航转向基本由垂尾后面附带的方向舵面来实现），两者相辅相成，缺一不可。真实飞机的舵面角度变换主要是依靠舵机和转轴来完成，此种操控方式可使舵面角度进行一定范围内的无级调节。

而风洞试验则主要是用于探索研究飞机在不同的状态下所对应的力学性能等，而变换不同状态中的重要一种即是对翼面主体后面附带的可操控舵面进行角度变换。而大部分风洞试验不需要舵面角度的无级变换，只需要对有限几个角度进行分别测试即可，例如15°、-20°等，如果在风洞试验中采用舵机和转轴的方式，尽管能够实现舵面角度的变换，但需要为试验模型单独安装舵机和转轴，一方面，安装复杂，安装的空间需要也较大，成本也较高；另一方面，舵机和转轴还会带来气流扰动，从而影响风洞试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，在本发明的建模方法的基础上生产出的舵面角度片，能够提高舵面角度的变换的便捷性、高效性，同时也减少气流扰动。

本发明提供了一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其包括如下步骤：

步骤S10：导入风洞试验模型三维构型，所述风洞试验模型三维构型包括原始翼面主体三维构型和原始舵面三维构型，在所述原始翼面主体三维构型上构建第一安装槽，形成第一翼面主体三维构型，在所述原始舵面三维构型上构建第二安装槽，形成第一舵面三维构型；所述第二安装槽的端面与所述第一舵面三维构型的前缘所在的直线之间具有间隙；

步骤S20：将原始翼面主体三维构型与第一翼面主体三维构型进行布尔减，得到翼面连接部三维构型；将原始舵面三维构型与第一舵面三维构型进行布尔减，得到舵面连接部三维构型；

步骤S30：旋转所述舵面连接部三维构型，使所述舵面连接部三维构型的顶面与所述翼面连接部三维构型的顶面之间的夹角，与风洞试验要求的舵面角度相等；

步骤S40：创建中间连接部三维构型，使中间连接部三维构型连接在所述翼面连接部三维构型、舵面连接部三维构型之间；

步骤S50：将中间连接部三维构型、翼面连接部三维构型、舵面连接部三维构型进行布尔加，得到舵面角度片三维构型。

进一步地，在步骤S20中，在得到翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型之后，还进行如下步骤：在所述第一翼面主体三维构型和第一舵面三维构型上形成第二安装孔，并在翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型上形成第一安装孔，使第一安装孔和第二安装孔同轴。

进一步地，所述步骤S40的中间连接部三维构型的创建包括如下步骤：

步骤S41:提取所述翼面连接部三维构型朝向所述舵面连接部三维构型的端面上的四个角点，在所述舵面连接部三维构型的朝向所述翼面连接部三维构型的侧边上选取四个特征点；

步骤S42:根据步骤中的四个角点、四个特征点创建线段，并提取舵面连接部三维构型的朝向所述翼面连接部三维构型的侧边上的曲线，提取所述翼面连接部三维构型朝向所述舵面连接部三维构型的端面上的四条线段；

步骤S43:提取所述翼面连接部三维构型朝向所述舵面连接部三维构型的端面，提取所述舵面连接部三维构型的朝向所述翼面连接部三维构型的特征曲面；

步骤S44:创建翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型之间的构造表面；

步骤S45:根据步骤中的端面、特征曲面和步骤中的构造表面，创建中间连接部三维构型。

进一步地，所述步骤S41中的四个特征点包括：左侧边上的第一点、第二点，以及右侧边上的第三点、第四点，其中，第一点的位置高于第二点，第三点的位置高于第四点。

进一步地，所述步骤S41中的四个角点包括：第一角点、第二角点、第三角点、第四角点，其中，第一角点的位置高于第二角点，第三角点的位置高于第四角点，第一角点、第二角点、第一点、第二点位于同一侧，第三角点、第四角点、第三点、第四点位于同一侧。

进一步地，所述步骤S42中创建的线段包括：将第一点和第三点连接形成的第一线段；将第二点和第四点连接形成的第二线段；将第一点和第一角点连接形成的第三线段；将第二点和第二角点连接形成的第四线段；将第三点和第三角点连接形成的第五线段；将第四点和第四角点连接形成的第六线段；提取的曲线包括：左侧边上的位于第一点、第二点之间的部分，记为第一曲线，右侧边上的位于第三点、第四点之间的部分，记为第二曲线；提取的线段包括：第一角点、第二角点之间的线段，记为第七线段，第一角点、第三角点之间的线段，记为第八线段，第三角点、第四角点之间的线段，记为第九线段，第二角点、第四角点之间的线段，记为第十线段。

进一步地，所述步骤S43中的特征曲面为位于第一线段和第二线段之间的曲面。

进一步地，所述步骤S44中的构造表面包括：由第三线段、第四线段、第一曲线、第七线段围成的第一表面，由第五线段、第六线段、第二曲线、第九线段围成的第二表面，由第三线段、第一线段、第八线段、第五线段围成的第三表面，由第四线段、第二线段、第六线段、第十线段围成的第四表面。

本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

1.在本发明的建模方法的基础上生产出的舵面角度片，可以非常方便地将翼面主体和舵面连接起来，安装和拆卸均简单方便，当需要调整风洞试验模型的舵面角度时，仅需更换为另外的舵面角度片即可；

2.在本发明的建模方法的基础上生产出的舵面角度片，在舵面角度片将翼面主体和舵面之后，舵面角度片对于气流造成的扰动非常小；

3.在本发明的建模方法的基础上生产出的舵面角度片，第二安装槽的端面与舵面的前缘所在的直线之间具有间隙，因此，即使翼面主体和舵面之间的舵面角度为最大值时，也可以保证翼面主体和舵面之间不产生干涉，因而能够适应所有的风洞试验对于舵面角度的要求；

4.本发明中，仅需一次性得到翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型，通过旋转舵面连接部三维构型，即可满足风洞试验对于舵面角度的要求，本发明是建模方法具有较好的通用性和便捷性。

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是本发明实施例中的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法示意图；

图2是本发明实施例一中的风洞试验模型三维构型的示意图；

图3是本发明实施例一中的形成了安装槽的风洞试验模型三维构型的示意图；

图4是本发明实施例一中的翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型的示意图；

图5是本发明实施例一中的设置有第二安装孔的示意图；

图6是本发明实施例一中的设置有第一安装孔的示意图；

图7是本发明实施例一中的选取了四个特征点的翼面连接部三维构型的示意图；

图8是本发明实施例一中的舵面角度片三维构型的创建过程图；

图9是本发明实施例一中的舵面连接部三维构型上的第一线段和第二线段的示意图；

图10是本发明实施例一中的特征曲面的示意图；

图11是本发明实施例二中的中间连接部三维构型的示意图。

具体实施方式

在下文中将参考附图对本发明的各方面进行更充分的描述。然而，本发明可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。相反地，提供这些方面将使得本发明周全且完整，并且本发明将给本领域技术人员充分地传达本发明的范围。基于本文所教导的内容，本领域的技术人员应意识到，无论是单独还是结合本发明的任何其它方面实现本文所公开的任何方面，本发明的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外，除了本文所提出本发明的多个方面之外，本发明的范围更旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解，其可通过权利要求的一或多个元件具体化本文所公开的任何方面。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或模型的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或模型。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示为本发明实施例中的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其包括如下步骤：

步骤S10：导入风洞试验模型三维构型，如图2所示为风洞试验模型三维构型的示意图，所述风洞试验模型三维构型包括原始翼面主体三维构型10和原始舵面三维构型20；如图3所示为形成了安装槽的风洞试验模型三维构型的示意图，在导入风洞试验模型三维构型之后，在所述原始翼面主体三维构型10上构建第一安装槽11，形成第一翼面主体三维构型12，在所述原始舵面三维构型20上构建第二安装槽21，形成第一舵面三维构型22；

所述第二安装槽21的端面211与所述第一舵面三维构型22的前缘223所在的直线之间具有间隙；通过该设置，即使翼面主体和舵面之间的舵面角度为最大值时（该最大值指的是风洞试验要求的最大值），也可以保证翼面主体和舵面之间不产生干涉。

步骤S20：如图4所示为翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型的示意图，将原始翼面主体三维构型10与第一翼面主体三维构型12进行布尔减，得到翼面连接部三维构型31；将原始舵面三维构型20与第一舵面三维构型22进行布尔减，得到舵面连接部三维构型32；

通过布尔减的方式得到翼面连接部三维构型31和舵面连接部三维构型32，可使翼面连接部三维构型31和第一安装槽11的三维构型一样，使舵面连接部三维构型32和第二安装槽11的三维构型一样，因此，据此模型生产出的舵面角度片，在舵面角度片将翼面主体和舵面连接起来时，对于气流造成的扰动非常小，而现有技术中通过舵机和转轴的方式，将造成较大的气流扰动；而且，据此模型生产出的舵面角度片，也非常有利于安装和拆卸；

步骤S30：旋转所述舵面连接部三维构型32，使所述舵面连接部三维构型32的顶面与所述翼面连接部三维构型31的顶面之间的夹角，与风洞试验要求的舵面角度相等；

在进行了步骤S20之后，便得到了翼面连接部三维构型和舵面连接部三维构型，而在步骤S30中，仅需通过旋转所述舵面连接部三维构型32，即可满足风洞试验对于舵面角度的要求，因此，即使风洞试验具有多个舵面角度的要求，根据本发明是建模方法，步骤S10和步骤S20也仅需执行一次即可，而在步骤S30中多次旋转所述舵面连接部三维构型32至不同要求。

步骤S40：创建中间连接部三维构型33，使中间连接部三维构型33连接在所述翼面连接部三维构型31、舵面连接部三维构型32之间；

步骤S50：将中间连接部三维构型33、翼面连接部三维构型31、舵面连接部三维构型32进行布尔加，得到舵面角度片三维构型。

在步骤S20中，在得到翼面连接部三维构型31和舵面连接部三维构型32之后，还进行如下步骤：在所述第一翼面主体三维构型12和第一舵面三维构型22上形成第二安装孔H2，如图5所示为设置有第二安装孔的示意图，并在翼面连接部三维构型31和舵面连接部三维构型32上形成第一安装孔H1，如图6所示为设置有第一安装孔的示意图，使第一安装孔H1和第二安装孔H2同轴。

通过该设置，可通过紧固件将舵面角度片把翼面主体和舵面连接起来。

值得说明的是，在图3中未将第二安装孔H2示出，是为了更清楚地显示第一安装槽和第二安装槽。

进一步地，所述步骤S40的中间连接部三维构型33的创建包括如下步骤：

步骤S41:提取所述翼面连接部三维构型31朝向所述舵面连接部三维构型32的端面上的四个角点，在所述舵面连接部三维构型32的朝向所述翼面连接部三维构型31的侧边上选取四个特征点；如图7所示为选取了四个特征点的翼面连接部三维构型的示意图，对于四个特征点的选取并没有特别的要求，只需位于所述舵面连接部三维构型32的朝向所述翼面连接部三维构型31的侧边上即可；

步骤S42:根据步骤S41中的四个角点、四个特征点创建线段，并提取舵面连接部三维构型32的朝向所述翼面连接部三维构型31的侧边上的曲线，提取所述翼面连接部三维构型31朝向所述舵面连接部三维构型32的端面上的四条线段；

步骤S43:提取所述翼面连接部三维构型31朝向所述舵面连接部三维构型32的端面，提取所述舵面连接部三维构型32的朝向所述翼面连接部三维构型31的特征曲面；

步骤S44:创建翼面连接部三维构型31和舵面连接部三维构型32之间的构造表面；

步骤S45:根据步骤S43中的端面、特征曲面和步骤S44 中的构造表面，创建中间连接部三维构型33。

进一步地，如图7所示，所述步骤S41中的四个特征点包括：左侧边35上的第一点P1、第二点P2，以及右侧边34上的第三点P3、第四点P4，其中，第一点P1的位置高于第二点P2，第三点P3的位置高于第四点P4。

如图8所示为舵面角度片三维构型的创建过程图，所述步骤S41中的四个角点包括：第一角点P11、第二角点P12、第三角点P13、第四角点P14，其中，第一角点P11的位置高于第二角点P12，第三角点P13的位置高于第四角点P14，第一角点P11、第二角点P12、第一点P1、第二点P2位于同一侧，第三角点P13、第四角点P14、第三点P3、第四点P4位于同一侧。

图9为舵面连接部三维构型上的第一线段和第二线段的示意图，参见图8和图9，所述步骤S42中创建的线段包括：将第一点P1和第三点P3连接形成的第一线段L1；将第二点P2和第四点P4连接形成的第二线段L2；将第一点P1和第一角点P11连接形成的第三线段；将第二点P2和第二角点P12连接形成的第四线段；将第三点P3和第三角点P13连接形成的第五线段；将第四点P4和第四角点P14连接形成的第六线段；提取的曲线包括：左侧边35上的位于第一点P1、第二点P2之间的部分，记为第一曲线，右侧边34上的位于第三点P3、第四点P4之间的部分，记为第二曲线；提取的线段包括：第一角点P11、第二角点P12之间的线段，记为第七线段，第一角点P11、第三角点P13之间的线段，记为第八线段，第三角点P13、第四角点P14之间的线段，记为第九线段，第二角点P12、第四角点P14之间的线段，记为第十线段。

进一步地，所述步骤S43中的特征曲面为位于第一线段L1和第二线段L2之间的曲面。如图10为特征曲面的示意图。

最后，由步骤S43中的端面、特征曲面和步骤S44中的构造表面，创建中间连接部三维构型33，如图11所示为最后形成的中间连接部三维构型33。

在完成风洞试验模型的舵面角度片的三维构型后，便可通过数控技术等生产出相应的舵面角度片。

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

1.一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10：导入风洞试验模型三维构型，所述风洞试验模型三维构型包括原始翼面主体三维构型（10）和原始舵面三维构型（20），在所述原始翼面主体三维构型（10）上构建第一安装槽（11），形成第一翼面主体三维构型（12），在所述原始舵面三维构型（20）上构建第二安装槽（21），形成第一舵面三维构型（22）；所述第二安装槽（21）的端面（211）与所述第一舵面三维构型（22）的前缘（223）所在的直线之间具有间隙；

步骤S20：将原始翼面主体三维构型（10）与第一翼面主体三维构型（12）进行布尔减，得到翼面连接部三维构型（31）；将原始舵面三维构型（20）与第一舵面三维构型（22）进行布尔减，得到舵面连接部三维构型（32）；

步骤S30：旋转所述舵面连接部三维构型（32），使所述舵面连接部三维构型（32）的顶面与所述翼面连接部三维构型（31）的顶面之间的夹角，与风洞试验要求的舵面角度相等；

步骤S40：创建中间连接部三维构型（33），使中间连接部三维构型（33）连接在所述翼面连接部三维构型（31）、舵面连接部三维构型（32）之间；

步骤S50：将中间连接部三维构型（33）、翼面连接部三维构型（31）、舵面连接部三维构型（32）进行布尔加，得到舵面角度片三维构型。

2.如权利要求1所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，在步骤S20中，在得到翼面连接部三维构型（31）和舵面连接部三维构型（32）之后，还进行如下步骤：在所述第一翼面主体三维构型（12）和第一舵面三维构型（22）上形成第二安装孔（H2），并在翼面连接部三维构型（31）和舵面连接部三维构型（32）上形成第一安装孔（H1），使第一安装孔（H1）和第二安装孔（H2）同轴。

3.如权利要求2所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S40的中间连接部三维构型（33）的创建包括如下步骤：

步骤S41:提取所述翼面连接部三维构型（31）朝向所述舵面连接部三维构型（32）的端面上的四个角点，在所述舵面连接部三维构型（32）的朝向所述翼面连接部三维构型（31）的侧边上选取四个特征点；

步骤S42:根据步骤S41中的四个角点、四个特征点创建线段，并提取舵面连接部三维构型（32）的朝向所述翼面连接部三维构型（31）的侧边上的曲线，提取所述翼面连接部三维构型（31）朝向所述舵面连接部三维构型（32）的端面上的四条线段；

步骤S43:提取所述翼面连接部三维构型（31）朝向所述舵面连接部三维构型（32）的端面，提取所述舵面连接部三维构型（32）的朝向所述翼面连接部三维构型（31）的特征曲面；

步骤S44:创建翼面连接部三维构型（31）和舵面连接部三维构型（32）之间的构造表面；

步骤S45:根据步骤S43中的端面、特征曲面和步骤S44 中的构造表面，创建中间连接部三维构型（33）。

4.如权利要求3所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S41中的四个特征点包括：左侧边（35）上的第一点（P1）、第二点（P2），以及右侧边（34）上的第三点（P3）、第四点（P4），其中，第一点（P1）的位置高于第二点（P2），第三点（P3）的位置高于第四点（P4）。

5.如权利要求4所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S41中的四个角点包括：第一角点（P11）、第二角点（P12）、第三角点（P13）、第四角点（P14），其中，第一角点（P11）的位置高于第二角点（P12），第三角点（P13）的位置高于第四角点（P14），第一角点（P11）、第二角点（P12）、第一点（P1）、第二点（P2）位于同一侧，第三角点（P13）、第四角点（P14）、第三点（P3）、第四点（P4）位于同一侧。

6.如权利要求5所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S42中创建的线段包括：将第一点（P1）和第三点（P3）连接形成的第一线段（L1）；将第二点（P2）和第四点（P4）连接形成的第二线段（L2）；将第一点（P1）和第一角点（P11）连接形成的第三线段；将第二点（P2）和第二角点（P12）连接形成的第四线段；将第三点（P3）和第三角点（P13）连接形成的第五线段；将第四点（P4）和第四角点（P14）连接形成的第六线段；提取的曲线包括：左侧边（35）上的位于第一点（P1）、第二点（P2）之间的部分，记为第一曲线，右侧边（34）上的位于第三点（P3）、第四点（P4）之间的部分，记为第二曲线；提取的线段包括：第一角点（P11）、第二角点（P12）之间的线段，记为第七线段，第一角点（P11）、第三角点（P13）之间的线段，记为第八线段，第三角点（P13）、第四角点（P14）之间的线段，记为第九线段，第二角点（P12）、第四角点（P14）之间的线段，记为第十线段。

7.如权利要求6所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S43中的特征曲面为位于第一线段（L1）和第二线段（L2）之间的曲面。

8.如权利要求7所述的一种应用于风洞试验模型的舵面角度片的建模方法，其特征在于，所述步骤S44中的构造表面包括：由第三线段、第四线段、第一曲线、第七线段围成的第一表面，由第五线段、第六线段、第二曲线、第九线段围成的第二表面，由第三线段、第一线段、第八线段、第五线段围成的第三表面，由第四线段、第二线段、第六线段、第十线段围成的第四表面。