CN113358321B - 一种体自由度颤振风洞试验装置 - Google Patents

一种体自由度颤振风洞试验装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及气动弹性试验领域，为一种体自由度颤振风洞试验装置，包括沉浮组件、俯仰组件和悬吊组件；所述沉浮组件对模型进行支撑并能够使模型竖直上下移动，所述俯仰组件设于沉浮组件上并能够使模型做俯仰运动，所述悬吊组件与模型相连并用于承载模型的重力；所述沉浮组件包括直线导轨、滑块，所述直线导轨竖直设置，滑块竖直滑移配合于直线导轨上，所述俯仰组件共有两组并对称设于滑块的两侧。具有能够尽量减少体自由度颤振对模型的影响，模型能够进行高效的风洞试验的技术效果。

Description

一种体自由度颤振风洞试验装置
技术领域
本申请属于气动弹性试验领域，对飞翼模型做静或动平衡的测试，特别涉及一种体自由度颤振风洞试验装置。
背景技术
颤振是一种气动弹性失稳现象，一旦发生颤振，结构往往发生破坏导致机毁人亡的事故，因此在飞机设计过程中都要进行仿真分析和试验验证，以保证飞机在飞行过程中不出现颤振问题。风洞测试作为一种有效的测试方式，在颤振的验证过程中广泛使用，但是在风洞试验中，需要保证模型与真实飞机在空中飞行状态和边界条件尽量一致，因此对安装系统提出了很高的要求，传统的安装方式有张线式、导轨式（半模）等，上述安装方式经过验证对于经典的颤振试验基本满足试验要求。但是随着飞翼布局体自由度问题的发现，其颤振特性与常规颤振不同，结构的刚体运动模态参与到颤振中，因此对模型的测试方案提出了更高的要求。因此如何对飞翼模型进行有效测试，以减少体自由度颤振是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种体自由度颤振风洞试验装置，以解决现有技术中体自由度颤振对风洞试验结果造成影响的问题。
本申请的技术方案是：一种体自由度颤振风洞试验装置，包括沉浮组件、俯仰组件和悬吊组件；所述沉浮组件提供模型做沉浮运动时的自由度，所述俯仰组件设于沉浮组件上并提供模型做俯仰运动时的自由度，所述悬吊组件与模型相连并用于承载模型的重力；所述沉浮组件包括直线导轨、滑块，所述直线导轨竖直设置，滑块竖直滑移配合设置于直线导轨上，所述俯仰组件共有两组并对称设于滑块的两侧。
优选地，所述俯仰组件包括连接座、安装轴和安装底座，所述连接座水平设置并与滑块可拆卸连接，所述安装轴水平设置并且一端与连接座相连，所述安装底座设于模型上并且安装底座内设有轴承，所述安装轴的另一端与轴承相连，所述安装轴的轴线在竖直水平面内与直线导轨的轴线相交。
优选地，所述直线导轨的上下两端设置有限位器。
优选地，所述限位器内设有弹簧，所述限位器靠近模型的一端为橡胶结构。
优选地，所述轴承为滚珠轴承，所述滑块的外截面为矩形，所述连接座上伸出有螺孔并与滑块螺栓连接。
优选地，所述安装底座的下方设有水平设置的支板，所述支板的两端通过L形连接片与模型螺栓连接。
优选地，所述悬吊组件包括吊架和橡皮绳，所述橡皮绳竖直设置并且一端与吊架的顶部相连，另一端与模型的重心位置相连。
优选地，所述悬吊组件包括橡皮绳，所述橡皮绳竖直设置并且一端与风洞上部相连，另一端与模型的重心位置相连。
优选地，所述吊架竖直设置并设于支柱上，吊架顶部向模型一侧水平翻折并与橡皮绳相连。
优选地，所述支柱与模型之间设有水平设置的挡流板。
本申请的一种体自由度颤振风洞试验装置，通过设置俯仰组件、沉浮组件和悬吊组件，悬吊组件对模型进行支撑，俯仰组件和沉浮组件分别释放模型的俯仰自由度和沉浮自由度，使得模型能够在接近真实状态的情况下进行测试，以保证试验的精准度，减少体自由度颤振。
优选地，俯仰组件包括与滑块相连的连接座、与连接座相连的安装轴和与安装轴相连的安装底座，安装底座通过支板固定在模型上。连接座与滑块、安装轴与连接座、安装底座与安装轴之间均具有较强的静态刚度，以保证模型在运动时的稳定性，从而保证测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请风洞模型整体结构示意图；
图2为图1中A部放大结构示意图。
1、橡皮绳；2、限位器；3、吊架；4、模型；5、直线导轨；6、挡流板；7、支柱；8、安装底座；9、安装轴；10、滑块；11、连接座；12、轴承；13、支板。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种体自由度颤振风洞试验装置，用于飞翼类布局的体自由度颤振风洞测试，对飞翼模型4做静或动平衡的测试，风洞为管道状试验设备，设有用于进出风的进口和出口，上下左右为封闭结构，顶部能够用于悬挂。
如图1、图2所示，包括沉浮组件、俯仰组件和悬吊组件，沉浮组件能够使模型4竖直上下移动，提供沉浮运动的自由度；俯仰组件设于沉浮组件上并提供模型4俯仰运动时的自由度，悬吊组件与模型4相连并用于承载模型4的重力。
沉浮组件包括直线导轨5、滑块10，直线导轨5竖直设置，滑块10竖直滑移配合设置于直线导轨5上，直线导轨5自身的约束使得模型4在做沉浮运动时仅能够进行上下运动而不会发生偏移，俯仰组件共有两组并对称设于滑块10的两侧。
俯仰组件包括连接座11、安装轴9和安装底座8，连接座11水平设置并与滑块10可拆卸连接，安装轴9水平设置并且一端与连接座11相连，安装底座8设于模型4上并且安装底座8内设有轴承12，安装轴9的另一端与轴承12相连，安装轴9的轴线在竖直水平面内与直线导轨5的轴线相交。优选地，安装轴9与连接座11采用一体固定，使得连接更为稳定。
在进行风洞测试时，模型4受风力的影响做俯仰、沉浮或者两者结合运动，由于通过悬吊组件对模型4进行支撑，能够尽量减少模型4在做沉浮或俯仰运动时受到的支持刚度，在做沉浮运动时，模型4通过滑块10沿着直线导轨5做上下运动，实现模型4沉浮自由度的释放；做俯仰运动时，模型4通过俯仰组件做前后俯仰运动，实现模型4俯仰自由度的释放。因此模型4能够有效减少体自由度颤振的影响，在接近于真实自由状态做体自由度风洞试验，保证了试验的精准度。
优选地，模型4在运动的过程中，沉浮组件和俯仰组件是否稳定会对模型4运动刚度产生影响，如不够稳定的沉浮结构和俯仰组件可能会因为重心不稳产生颤动，影响试验，因此沉浮组件和俯仰组件的静态刚度同样重要，只有足够的稳定，才能够保证模型4不受到沉浮组件和俯仰组件刚度的影响，同时也保证了模型4的安全和稳定性能。
为了保证试验的稳定性，需要在保证模型4刚体自由度的同时，需要尽可能保证沉浮组件和俯仰组件的静态刚度，以保证结构的稳定，减少颤动。
滑块10、连接座11、安装轴9和安装底座8均具有较强的静态刚度，连接座11与滑块10之间能够稳定支撑，安装轴9与连接座11一体固定使得其与连接座11之间能够稳定支撑，安装底座8与安装轴9之间同样能够稳定支撑，因此俯仰组件整体的静态刚度较高，并且由于安装轴9的轴线在竖直水平面内与直线导轨5的轴线相交，安装轴9在受力时能够受到直线导轨5的稳定支撑，以能够有效保证模型4在试验中的安全和稳定性，从而保证试验精度。并且结构简单、相邻结构之间传力稳定。通过设置两组俯仰组件，能够对称设置两组轴承12，以实现高效的传动。
优选地，直线导轨5的上下两端设置有限位器2，使模型4的沉浮和俯仰运动均限制在一定的范围内，以避免模型4在试验中产生过渡的震荡。
每个限位器2内均设有弹簧，能够提供模型4在运动方向上的约束；限位器2靠近模型4的一端为橡胶结构，能够避免模型4与限位器2接触过程中产生较大的冲击。
优选地，轴承12为滚珠轴承，传力效率高。连接座11呈横置的T形结构，并且其上下两侧伸出有螺孔并与滑块10螺栓连接。滑块10的内部为圆柱结构以能够与直线导轨5稳定配合，外截面为矩形结构，能够实现与连接座11的稳定机械配合。
优选地，安装底座8的下方设有水平设置的支板13，支板13的两端通过L形连接片与模型4螺栓连接。通过在上下两侧的端面设置L形连接片，支板13得到稳定固定并能够对安装底座8提供较强的支持刚度，保证模型4运动的稳定性。
优选地，悬吊组件能够通过两种方法对模型4进行支撑，一种包括吊架3和橡皮绳1，橡皮绳1竖直设置并且一端与吊架3的顶部相连，另一端与模型4的重心位置相连。另一种包括橡皮绳1，橡皮绳1竖直设置并且一端与风洞顶部相连，另一端与模型4的重心位置相连。
通过橡皮绳1与模型4的重心位置相连，克服模型4重力以尽量减少支持刚度，有保证模型4在运动过程中的稳定性。
后续的实施例以具有吊架3为例进行说明。
优选地，还包括支柱7，支柱7对模型4、悬吊组件、沉浮组件、俯仰组件进行支撑，吊架3竖直设置并设于支柱7上，其顶部向模型4一侧水平翻折并与橡皮绳1相连，使得吊架3能够对橡皮绳1进行稳定支撑。
支柱7与模型4之间设有挡流板6，挡流板6能够对风洞中的气体进行分隔，避免支柱7等结构的紊流对上部结构的气流产生影响。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：包括沉浮组件、俯仰组件和悬吊组件；
所述沉浮组件提供模型(4)做沉浮运动时的自由度，所述俯仰组件设于沉浮组件上并提供模型(4)做俯仰运动时的自由度，所述悬吊组件与模型(4)相连并用于承载模型(4)的重力；
所述沉浮组件包括直线导轨(5)、滑块(10)，所述直线导轨(5)竖直设置，滑块(10)竖直滑移配合设置于直线导轨(5)上，所述俯仰组件共有两组并对称设于滑块(10)的两侧；
所述俯仰组件包括连接座(11)、安装轴(9)和安装底座(8)，所述连接座(11)水平设置并与滑块(10)可拆卸连接，所述安装轴(9)水平设置并且一端与连接座(11)相连，所述安装底座(8)设于模型(4)上并且安装底座(8)内设有轴承(12)，所述安装轴(9)的另一端与轴承(12)相连，所述安装轴(9)的轴线在竖直水平面内与直线导轨(5)的轴线相交。
2.如权利要求1所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述直线导轨(5)的上下两端设置有限位器(2)。
3.如权利要求2所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述限位器(2)内设有弹簧，所述限位器(2)靠近模型(4)的一端为橡胶结构。
4.如权利要求1所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述轴承(12)为滚珠轴承，所述滑块(10)的外截面为矩形，所述连接座(11)上伸出有螺孔并与滑块(10)螺栓连接。
5.如权利要求1所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述安装底座(8)的下方设有水平设置的支板(13)，所述支板(13)的两端通过L形连接片与模型(4)螺栓连接。
6.如权利要求1所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述悬吊组件包括吊架(3)和橡皮绳(1)，所述橡皮绳(1)竖直设置并且一端与吊架(3)的顶部相连，另一端与模型(4)的重心位置相连。
7.如权利要求1所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述悬吊组件包括橡皮绳(1)，所述橡皮绳(1)竖直设置并且一端与风洞顶部相连，另一端与模型(4)的重心位置相连。
8.如权利要求6所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：还包括支柱(7)，所述吊架(3)竖直设置并设于支柱(7)上，其顶部向模型(4)一侧水平翻折并与橡皮绳(1)相连。
9.如权利要求8所述的体自由度颤振风洞试验装置，其特征在于：所述支柱(7)与模型(4)之间设有水平设置的挡流板(6)。
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