CN113029498B - 一种风洞迎角机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风洞迎角机构，属于风洞迎角调整领域，目的在于解决传统的模型迎角机构采用的是弧形弯刀支板和模型一起运动的方式，其存在迎角机构惯性大、驱动力大的问题，该风洞迎角机构包括风洞支架段固定座、弧形弯刀支板、支杆、中部支架、圆弧导轨副、驱动装置、第三丝杠、第三支撑单元、丝杠螺母、第四连接组件，所述中部支架朝向弧形弯刀支板的一侧呈凵字型。采用本申请进行模型迎角调整时，弧形弯刀支板不动，使得驱动力大幅降低，有利于降低试验能耗，具有显著的进步意义。本申请进行相应模型迎角范围的调整时，对弧形弯刀直板的尺寸要求更小，对于促进相应领域的发展，具有重要的进步意义。

Description

一种风洞迎角机构

技术领域

本申请涉及风洞试验装置领域，尤其是风洞迎角调整领域，具体为一种风洞迎角机构。更具体地，本申请提供一种大型风洞迎角机构，其惯性小，驱动简单，能实现风洞试验模型迎角的调节，其对于风洞建设和运行成本的降低，具有显著的进步意义。

背景技术

近年来，随着我国科技的快速进步和国家制造能力的飞速发展，对风洞试验模型气动外形的模拟要求越来越精细，导致对风洞的尺寸要求就越来越大。传统的模型迎角机构采用的是弧形弯刀支板和模型一起运动，以改变模型的迎角，其通过液压油缸或齿轮齿条驱动弧形弯刀支板运动。这种结构形式的迎角机构惯性大，驱动力较大。

为了解决上述难题，本申请提出一种大型风洞迎角机构方案。

发明内容

本申请的发明目的在于：针对传统的模型迎角机构采用的是弧形弯刀支板和模型一起运动的方式，其存在迎角机构惯性大、驱动力大的问题，提供一种风洞迎角机构。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种风洞迎角机构，包括风洞支架段固定座、弧形弯刀支板、用于与待测模型和天平相连的支杆、中部支架、圆弧导轨副、驱动装置、第三丝杠、第三支撑单元、丝杠螺母、第四连接组件，所述中部支架朝向弧形弯刀支板的一侧呈凵字型且中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板；

所述风洞支架段固定座为一组且风洞支架段固定座分别设置在支架段上、下位置，所述弧形弯刀支板的上、下两端分别与风洞支架段固定座相连；

所述中部支架的一端与支杆相连，所述中部支架的另一端穿过弧形弯刀支板，所述中部支架与弧形弯刀支板之间通过圆弧导轨副相连且中部支架通过圆弧导轨副能相对弧形弯刀支板进行圆弧运动；

所述驱动装置、第三丝杠分别与第三支撑单元相连且第三支撑单元能分别为驱动装置、第三丝杠提供支撑；所述驱动装置与第三丝杠相连且驱动装置能带动第三丝杠相对第三支撑单元转动，所述第三丝杠位于弧形弯刀支板远离待测模型的一侧且弧形弯刀支板能为第三丝杠提供遮挡以减少第三丝杠对风洞内气流流场的影响；

所述丝杠螺母设置在第三丝杠上，所述丝杠螺母通过第四连接组件与中部支架相连且驱动装置通过第三丝杠、丝杠螺母、第四连接组件的配合能实现中部支架、与中部支架相连的支杆、与支杆相连的待测模型的迎角的调整。

还包括控制系统，所述控制系统与驱动装置相连。

所述弧形弯刀支板朝向支杆的一侧呈劈尖状，所述弧形弯刀支板相对风洞保持静止。优选地，所述弧形弯刀支板、风洞支架段固定座分别相对风洞保持静止。

所述中部支架与弧形弯刀支板之间通过圆弧导轨副相连，所述中部支架通过圆弧导轨副能相对弧形弯刀支板进行圆弧运动。

所述中部支架包括第二连接端、与弧形弯刀支板相配合的第二侧板，所述第二侧板为两个；所述第二连接端的一端与支杆相连，所述第二连接端的另一端分别与第二侧板相连；所述中部支架沿竖直方向的投影呈凵字型，所述中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板。

所述圆弧导轨副包括导轨、滑块，所述弧形弯刀支板上设置有与导轨相配合的第一凹槽，所述第一凹槽呈圆弧状，所述导轨设置在弧形弯刀支板的第一凹槽内，所述滑块设置在导轨上且滑块能相对导轨滑动，所述中部支架与滑块相连且中部支架通过滑块与导轨的配合向相对弧形弯刀支板进行圆弧运动。

所述弧形弯刀支板与风洞支架段固定座上下牢靠固定，所述弧形弯刀支板的中分面与风洞试验段中垂面重合。

所述导轨的圆弧旋心与风洞迎角机构的旋心重合。

所述第一凹槽为两组且两组第一凹槽分别设置在弧形弯刀支板相平行的两面上，每组第一凹槽为至少两条且每组内的第一凹槽相互平行设置。

所述滑块为两组，一组滑块设置在中部支架朝向弧形弯刀支板的一个侧面上，一组滑块设置在中部支架朝向弧形弯刀支板的另一个侧面上；每组滑块为至少两个且每组内的滑块相互平行设置。

还包括联轴器，所述驱动装置通过联轴器与第三丝杠相连。

所述驱动装置包括伺服电机、减速器、减速器固定座，所述伺服电机与减速器固定连接，所述减速器通过联轴器与第三丝杠相连，所述减速器设置在减速器固定座上，所述减速器固定座与风洞支架段固定座固定连接。

所述第三支撑单元包括上固定组件、下固定组件；

所述上固定组件包括第五轴承座、第五连接轴承、第五圆螺母，所述第五轴承座设置在风洞支架段固定座上，所述第五连接轴承嵌在第五轴承座内，所述第五连接轴承设置在第三丝杠上且第三丝杠能相对第五连接轴承转动；所述第五圆螺母设置在第三丝杠上并压紧第五连接轴承的内圈；

所述下固定组件包括第六轴承座、第六连接轴承、第六圆螺母、第六预紧螺柱，所述第六轴承座设置在风洞支架段固定座上；所述第六连接轴承为两个且两个第六连接轴承沿竖直方向背靠背或面对面设置，所述第六连接轴承的外圈设置在第六轴承座内，所述第六连接轴承的内圈设置在第三丝杠上；位于上方的第六连接轴承的内圈卡在第三丝杠的轴肩上，位于上方的第六连接轴承的外圈卡在第六圆螺母的内台阶上；所述第六圆螺母设置在第三丝杠上且第六圆螺母能压紧下方的第六连接轴承的内圈，所述第六预紧螺柱在第六轴承座上且第六预紧螺柱能压紧下方的第六连接轴承的外圈。

所述上固定组件还包括第五轴承盖，所述第五轴承盖设置在第五连接轴承上并压紧第五连接轴承的外圈。

所述第五连接轴承为深沟球轴承，所述第六连接轴承为圆锥滚子轴承。

所述第六预紧螺柱的端面上设置有用于对第六预紧螺柱进行预紧的第六安装孔。

所述第六安装孔均布于第六预紧螺柱上。

所述第四连接组件包括第四连接短轴、第四轴承、第四防脱螺钉，所述第四连接短轴、第四轴承分别为一组且第四连接短轴分别设置在丝杠螺母两侧，所述第四轴承设置在第四连接短轴上，所述第四防脱螺钉与第四连接短轴相连且第四防脱螺钉能限制第四轴承的轴向位置；

所述中部支架上设置有与第四连接短轴相配合的第二限位孔，所述第二限位孔为长条形孔；所述第四轴承的外圈设置在第二限位孔内且第四轴承能相对第二限位孔滚动。

所述第四连接短轴上设置有与第四防脱螺钉相配合的轴上螺纹孔，所述第四防脱螺钉通过轴上螺纹孔与第三丝杠相连且第四防脱螺钉能防止第四轴承轴向窜动。

所述第二限位孔设置在第二侧板上。

所述第四轴承为圆柱滚子轴承。

前述风洞迎角机构在风洞模型迎角调整中的应用。

包括如下步骤：

（1）先将待测模型、天平分别与支杆相连，再将支杆与中部支架相连，完成待测模型和天平的安装；

（2）待步骤1完成后，驱动装置工作，带动第三丝杠转动；通过第三丝杠与丝杠螺母、第四连接组件的配合，带动中部支架与中部支架相连的支杆、与支杆相连的待测模型沿弧形弯刀支板上导轨的圆弧旋心转动，并移动至设定的迎角，完成待测模型的迎角调整；

在中部支架旋转的过程中，弧形弯刀支板保持不动。

所述步骤1中，导轨的圆弧旋心与风洞迎角机构的旋心重合。

所述步骤2中，在待测模型的迎角变化时，弧形弯刀支板保持不动。

针对前述问题，本申请提供一种风洞迎角机构。本申请解决了由于风洞尺寸不断加大所带来的风洞迎角机构惯性大、驱动力大的难题，尤其对大型风洞的发展，具有重要的进步意义。采用本申请的风洞迎角机构改变模型迎角时，弧形弯刀支板不动，使得驱动力大幅降低，有利于降低试验能耗，具有显著的进步意义。基于改进后的结构，本申请在进行相应模型迎角范围的改变时，对弧形弯刀支板的尺寸要求更小，对于促进相应领域的发展，具有重要的进步意义。本申请驱动方式简单，驱动力小，能耗低。同时，由于不需要驱动弧形弯刀支板运动，弧形弯刀支板的尺寸比传统的结构形式要小，能大大节省材料和减轻重量，有利于大幅降低大型风洞的建造成本，缩短大型风洞的设计周期。

本申请的方案中，弧形弯刀支板在迎角变化时保持不动，采用丝杠螺母副驱动迎角变化（即中部支架在第三丝杠与丝杠螺母的驱动下，沿圆弧导轨运动，从而带动支杆做圆弧运动，实现模型迎角的变化；在中部支架沿圆弧导轨运动时，第四轴承能在中部支架后端的第二限位孔内滚动）；基于该结构，能大大减小系统的惯性和驱动力。

附图说明

图1为实施例1中大型风洞迎角机构的结构示意图。

图2为实施例1中丝杠螺母与第三丝杠连接的结构示意图。

图3为实施例1中下固定组件的结构示意图。

图4为实施例1中上固定组件与驱动装置结合的结构示意图。

图5为实施例1中圆弧导轨副的结构示意图。

图中标记：1、弧形弯刀支板，2、中部支架，3、圆弧导轨副，4、第三丝杠，5、丝杠螺母，6、第四轴承，7、第四防脱螺钉，8、上固定组件，9、下固定组件，10、联轴器，11、驱动装置，12、风洞支架段固定座，13、支杆，31、导轨，32、滑块，61、伺服电机，62、减速器，63、减速器固定座，81、弧形弯刀支板，82、第五连接轴承，83、第五圆螺母，91、第六连接轴承，92、第六圆螺母，93、第六轴承座，94、第六预紧螺柱。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例的风洞迎角机构包括风洞支架段固定座、弧形弯刀支板、用于与待测模型和天平相连的支杆、中部支架、圆弧导轨副、驱动装置、第三丝杠、第三支撑单元、丝杠螺母、第四连接组件。弧形弯刀支板朝向支杆的一侧呈劈尖状，弧形弯刀支板相对风洞保持静止。其中，中部支架朝向弧形弯刀支板的一侧呈凵字型，中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板。优选地，本申请的中部支架包括第二连接端、与弧形弯刀支板相配合的第二侧板，第二侧板为两个且第二侧板相互平行设置；第二连接端的一端与支杆相连，第二连接端的另一端分别与第二侧板相连；中部支架沿竖直方向的投影呈凵字型，中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板。进一步，中部支架朝向弧形弯刀支板的开口侧设置有与弧形弯刀支板劈尖状一端相配合的V型开口。

本申请中，风洞支架段固定座为一组，风洞支架段固定座分别设置在支架段上、下位置，弧形弯刀支板的上、下两端分别与风洞支架段固定座的上端、下端相连。本申请中，弧形弯刀支板与风洞支架段固定座上下牢靠固定；安装时，弧形弯刀支板的中分面与风洞试验段中垂面重合。

同时，中部支架的一端与支杆相连，中部支架的另一端穿过弧形弯刀支板。中部支架与弧形弯刀支板之间通过圆弧导轨副相连，且中部支架通过圆弧导轨副能相对弧形弯刀支板进行圆弧运动。进一步，圆弧导轨副包括圆弧形的导轨、滑块，弧形弯刀支板上设置有与导轨相配合的第一凹槽，第一凹槽呈圆弧状，导轨设置在弧形弯刀支板的第一凹槽内，滑块设置在导轨上，中部支架与滑块相连，且中部支架通过滑块与导轨的配合向相对弧形弯刀支板进行圆弧运动（该结构中，圆弧形的导轨固定在弧形弯刀支板的左、右两侧，其圆弧旋心与风洞迎角机构的旋心重合；滑块固定在中部支架上，其可以在圆弧形的导轨上滑动）。优选地，第一凹槽为两组，且两组第一凹槽分别设置在弧形弯刀支板相平行的两面上；每组第一凹槽为两条，每组内的第一凹槽相互平行设置（即第一凹槽分别设置在弧形弯刀支板的两侧面上，每一侧面上的第一凹槽分别为两条且相互平行设置）。本申请中，第一凹槽、导轨的圆弧旋心与风洞迎角机构的旋心重合。

本申请中，滑块为两组，一组滑块设置在中部支架朝向弧形弯刀支板的一个侧面上，一组滑块设置在中部支架朝向弧形弯刀支板的另一个侧面上；每组滑块为至少两个且每组内的滑块相互平行设置。

驱动装置、第三丝杠分别与第三支撑单元相连，且第三支撑单元能分别为驱动装置、第三丝杠提供支撑。驱动装置与第三丝杠相连，第三丝杠位于弧形弯刀支板远离待测模型的一侧。

优选地，本申请的第三支撑单元包括上固定组件、下固定组件。其中，上固定组件包括第五轴承座、第五连接轴承、第五圆螺母，第五轴承座设置在风洞支架段固定座上，第五连接轴承嵌在第五轴承座内，第五连接轴承设置在第三丝杠上；第五圆螺母设置在第三丝杠上并压紧第五连接轴承的内圈。下固定组件包括第六轴承座、第六连接轴承、第六圆螺母、第六预紧螺柱，第六轴承座设置在风洞支架段固定座上；第六连接轴承为两个且两个第六连接轴承沿竖直方向背靠背或面对面设置（优选地，第六连接轴承选用圆锥滚子轴承，其采用上下“背靠背”或“面对面”安装），第六连接轴承的外圈设置在第六轴承座内，第六连接轴承的内圈设置在第三丝杠上；位于上方的第六连接轴承的内圈卡在第三丝杠的轴肩上，位于上方的第六连接轴承的外圈卡在第六圆螺母的内台阶上；第六圆螺母设置在第三丝杠上且第六圆螺母能压紧下方的第六连接轴承的内圈，第六预紧螺柱在第六轴承座上且第六预紧螺柱能压紧下方的第六连接轴承的外圈。进一步，上固定组件还包括第五轴承盖，第五轴承盖设置在第五连接轴承上并压紧第五连接轴承的外圈。优选地，第五连接轴承为深沟球轴承，第六连接轴承为圆锥滚子轴承。进一步，第六预紧螺柱的端面上设置有用于对第六预紧螺柱进行预紧的第六安装孔。第六安装孔为两个，且第六安装孔均布于第六预紧螺柱上（该结构中，第六预紧螺柱的端面上设置有两个第六安装孔，其能通过扳手予以拧紧）。

本申请中，丝杠螺母设置在第三丝杠上，丝杠螺母通过第四连接组件与中部支架相连；该结构中，驱动装置通过第三丝杠、丝杠螺母、第四连接组件的配合，能实现中部支架、与中部支架相连的支杆、与支杆相连的待测模型的迎角的调整。进一步，第四连接组件包括第四连接短轴、第四轴承、第四防脱螺钉，第四连接短轴、第四轴承分别为一组且第四连接短轴分别设置在丝杠螺母两侧，第四轴承设置在第四连接短轴上，第四防脱螺钉与第四连接短轴相连；中部支架上设置有与第四连接短轴相配合的第二限位孔，第二限位孔为长条形孔；第四轴承的外圈设置在第二限位孔内。本申请中，中部支架与圆弧导轨副的滑块连接，可沿圆弧导轨旋转运动；中部支架尾部的第二限位孔为限制第四轴承运动的长条形孔。本申请中，丝杠螺母设置在第三丝杠上，其左右两侧设置有第四连接短轴，第四连接短轴上安装第四轴承，通过第四防脱螺钉限制第四轴承的轴向位置。本申请中，丝杠螺母在第三丝杠的驱动下沿第三丝杠的轴向做直线运动，从而带动中部支架实现圆弧运动。该结构中，第四轴承安装在丝杠螺母左右两侧的第四连接短轴上，并通过第四防脱螺钉限制其轴向窜动。优选地，第四连接短轴上设置有与第四防脱螺钉相配合的轴上螺纹孔，第四防脱螺钉通过轴上螺纹孔与第三丝杠相连且第四防脱螺钉能防止第四轴承轴向窜动。该结构中，第四防脱螺钉拧紧在丝杠螺母左右两侧的第四连接短轴上的轴上螺纹孔内，防止第四轴承的轴向窜动。

进一步，还包括控制系统、联轴器，控制系统与驱动装置相连，驱动装置通过联轴器与第三丝杠相连。优选地，驱动装置包括伺服电机、减速器、减速器固定座，伺服电机与减速器固定连接，减速器通过联轴器与第三丝杠相连，减速器设置在减速器固定座上，减速器固定座与风洞支架段固定座固定连接。

进一步，本实施例涉及前述风洞迎角机构在风洞模型迎角调整中的应用。该装置工作时，驱动装置带动第三丝杠转动；通过第三丝杠与丝杠螺母、第四连接组件的配合，带动中部支架与中部支架相连的支杆、与支杆相连的待测模型沿弧形弯刀支板上导轨的圆弧旋心转动，并移动至设定的迎角，完成待测模型的迎角调整。采用本申请，导轨的圆弧旋心与风洞迎角机构的旋心重合，待测模型能相对风洞迎角机构的旋心转动；在模型迎角调整的过程中，弧形弯刀支板始终保持静止。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种风洞迎角机构，其特征在于，包括风洞支架段固定座、弧形弯刀支板、用于与待测模型和天平相连的支杆、中部支架、圆弧导轨副、驱动装置、第三丝杠、第三支撑单元、丝杠螺母、第四连接组件，所述中部支架朝向弧形弯刀支板的一侧呈凵字型且中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板；

所述风洞支架段固定座为一组且风洞支架段固定座分别设置在支架段上、下位置，所述弧形弯刀支板的上、下两端分别与风洞支架段固定座相连；

所述中部支架的一端与支杆相连，所述中部支架的另一端穿过弧形弯刀支板，所述中部支架与弧形弯刀支板之间通过圆弧导轨副相连且中部支架通过圆弧导轨副能相对弧形弯刀支板进行圆弧运动；

所述驱动装置、第三丝杠分别与第三支撑单元相连且第三支撑单元能分别为驱动装置、第三丝杠提供支撑；所述驱动装置与第三丝杠相连且驱动装置能带动第三丝杠相对第三支撑单元转动，所述第三丝杠位于弧形弯刀支板远离待测模型的一侧且弧形弯刀支板能为第三丝杠提供遮挡以减少第三丝杠对风洞内气流流场的影响；

所述丝杠螺母设置在第三丝杠上，所述丝杠螺母通过第四连接组件与中部支架相连且驱动装置通过第三丝杠、丝杠螺母、第四连接组件的配合能实现中部支架、与中部支架相连的支杆、与支杆相连的待测模型的迎角的调整。

2.根据权利要求1所述风洞迎角机构，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与驱动装置相连。

3.根据权利要求1所述风洞迎角机构，其特征在于，所述中部支架包括第二连接端、与弧形弯刀支板相配合的第二侧板，所述第二侧板为两个；所述第二连接端的一端与支杆相连，所述第二连接端的另一端分别与第二侧板相连；所述中部支架沿竖直方向的投影呈凵字型，所述中部支架的开口能穿过弧形弯刀支板。

4.根据权利要求1所述风洞迎角机构，其特征在于，所述圆弧导轨副包括导轨、滑块，所述弧形弯刀支板上设置有与导轨相配合的第一凹槽，所述第一凹槽呈圆弧状，所述导轨设置在弧形弯刀支板的第一凹槽内，所述滑块设置在导轨上且滑块能相对导轨滑动，所述中部支架与滑块相连且中部支架通过滑块与导轨的配合向相对弧形弯刀支板进行圆弧运动。

5.根据权利要求4所述风洞迎角机构，其特征在于，所述第一凹槽为两组且两组第一凹槽分别设置在弧形弯刀支板相平行的两面上，每组第一凹槽为至少两条且每组内的第一凹槽相互平行设置。

6.根据权利要求1所述风洞迎角机构，其特征在于，还包括联轴器，所述驱动装置通过联轴器与第三丝杠相连。

7.根据权利要求6所述风洞迎角机构，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电机、减速器、减速器固定座，所述伺服电机与减速器固定连接，所述减速器通过联轴器与第三丝杠相连，所述减速器设置在减速器固定座上，所述减速器固定座与风洞支架段固定座固定连接。

8.根据权利要求1~7任一项所述风洞迎角机构，其特征在于，所述第三支撑单元包括上固定组件、下固定组件；

所述上固定组件包括第五轴承座、第五连接轴承、第五圆螺母，所述第五轴承座设置在风洞支架段固定座上，所述第五连接轴承嵌在第五轴承座内，所述第五连接轴承设置在第三丝杠上且第三丝杠能相对第五连接轴承转动；所述第五圆螺母设置在第三丝杠上并压紧第五连接轴承的内圈；

所述下固定组件包括第六轴承座、第六连接轴承、第六圆螺母、第六预紧螺柱，所述第六轴承座设置在风洞支架段固定座上；所述第六连接轴承为两个且两个第六连接轴承沿竖直方向背靠背或面对面设置，所述第六连接轴承的外圈设置在第六轴承座内，所述第六连接轴承的内圈设置在第三丝杠上；位于上方的第六连接轴承的内圈卡在第三丝杠的轴肩上，位于上方的第六连接轴承的外圈卡在第六圆螺母的内台阶上；所述第六圆螺母设置在第三丝杠上且第六圆螺母能压紧下方的第六连接轴承的内圈，所述第六预紧螺柱在第六轴承座上且第六预紧螺柱能压紧下方的第六连接轴承的外圈。

9.根据权利要求1~8任一项所述风洞迎角机构，其特征在于，所述第四连接组件包括第四连接短轴、第四轴承、第四防脱螺钉，所述第四连接短轴、第四轴承分别为一组且第四连接短轴分别设置在丝杠螺母两侧，所述第四轴承设置在第四连接短轴上，所述第四防脱螺钉与第四连接短轴相连且第四防脱螺钉能限制第四轴承的轴向位置；

所述中部支架上设置有与第四连接短轴相配合的第二限位孔，所述第二限位孔为长条形孔；所述第四轴承的外圈设置在第二限位孔内且第四轴承能相对第二限位孔滚动。

10.根据权利要求9所述风洞迎角机构，其特征在于，所述第四连接短轴上设置有与第四防脱螺钉相配合的轴上螺纹孔，所述第四防脱螺钉通过轴上螺纹孔与第三丝杠相连且第四防脱螺钉能防止第四轴承轴向窜动。

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