CN113532791A - 一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构 - Google Patents

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张军强
刘帅
易家宁
鲁文博
孙牧原
王争取
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，包括壳体，所述的壳体的后端一体安装有三角支架，所述的壳体的中间段内部安装有空心轴电机，空心轴电机的输出端通过传动轴与支杆接头连接，传动轴通过圆锥滚子轴承与壳体的中间段内部承接，支杆接头的一端位于壳体的前端，支杆接头的轴向为
Figure DDA0003165861140000011
角旋转轴，空心轴电机通过传动轴带动支杆接头旋转，实现绕
Figure DDA0003165861140000012
角旋转轴旋转，三角支架的下部分与其表面互相垂直安装有θ角旋转轴，三角支架的上半部分与其表面互相垂直安装有θ角拉杆轴。该机构实现了在风洞试验时可通过自动控制方式获得模型迎角和侧滑角的任意组合变化，大大提升了风洞的试验效率并降低了试验成本。

Description

一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构
技术领域
本发明属于航空气动力风洞试验技术领域，具体涉及一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构。
背景技术
目前大多数1m量级高速风洞试验时模型姿态的控制方式采用的是固定侧滑角变迎角的方式，或者是固定迎角变侧滑的方式。无论哪种方式，都需要更换侧滑角来实现。传统的实现方式是，通过更换固块侧滑角接头，或者通过双转轴系统来实现。在实际操作中，前者在更换侧滑角接头后还需重新调整模型姿态，这种方式的试验成本高、试验效率低。后者由于系统复杂定位差，易发生故障，且其在1m量级风洞中堵塞度较大，影响数据结果。
发明内容
基于以上不足之处，发明一种用于风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，解决了传统固块侧滑角度块变侧滑角时试验成本高、试验效率低，以及双转轴变侧滑角系统由于系统复杂定位差，易发生故障，且其在1m量级风洞中堵塞度较大，影响数据结果的问题。
本发明所采用的技术如下：一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，包括壳体，所述的壳体的后端一体安装有三角支架，所述的壳体的中间段内部安装有空心轴电机，空心轴电机的输出端通过传动轴与支杆接头连接，传动轴通过圆锥滚子轴承与壳体的中间段内部承接，支杆接头的一端位于壳体的前端，支杆接头的轴向为
Figure BDA0003165861120000011
角旋转轴，空心轴电机通过传动轴带动支杆接头旋转，实现绕
Figure BDA0003165861120000012
角旋转轴旋转，三角支架的下部分与其表面互相垂直安装有θ角旋转轴，三角支架的上半部分与其表面互相垂直安装有θ角拉杆轴。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的θ角旋转轴的轴心与
Figure BDA0003165861120000013
角旋转轴的轴心互相垂直相交。
2、所述的传动轴上安装有编码器。
3、所述的空心轴电机的电缆线由壳体正下方的走线外壳引出。
4、所述的壳体的中间段对称安装有两个外罩。
本发明的工作原理：模型连续变攻角变侧滑角机构的模型迎角α和侧滑角β变换方式仍为固定β角变α角，不同的是无固块β接头，试验时模型偏航角ψ始终为零，在风洞迎角机构变化(俯仰角θ改变)的同时模型绕自身轴线旋转一定角度
Figure BDA0003165861120000021
使模型侧滑角β始终保持一固定的需求名义角度，通过这种方式获得模型名义侧滑角βM和名义迎角αM，从而实现在试验时模型侧滑角和迎角的任意耦合。
本发明的优点及有益效果：模型迎角α和侧滑角β变换方式可通过自动控制的方式实现侧滑角和迎角的任意耦合；获得的模型迎角α和侧滑角β的控制误差小于1′，控制精度高。通过本机构得出的试验数据与常规侧滑角接头数据一致性较好。该机构实现了在风洞试验时可通过自动控制方式获得模型迎角和侧滑角的任意组合变化，大大提升了风洞的试验效率并降低了试验成本。
附图说明
图1是一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构示意图。
其中，1、θ角旋转轴，2、θ角拉杆轴，3、壳体的中间段，4、空心轴电机、5、壳体，6、传动轴，7、编码器，8、圆锥滚子轴承，9、支杆接头、10、
Figure BDA0003165861120000022
角旋转轴，11、外罩，12、走线外壳。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
如图1所示，一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，包括壳体，所述的壳体的后端一体安装有三角支架，所述的壳体的中间段内部安装有空心轴电机，空心轴电机的输出端通过传动轴与支杆接头连接，传动轴通过圆锥滚子轴承与壳体的中间段内部承接，支杆接头的一端位于壳体的前端，支杆接头的轴向为
Figure BDA0003165861120000023
角旋转轴，空心轴电机通过传动轴带动支杆接头旋转，实现绕
Figure BDA0003165861120000024
角旋转轴旋转，三角支架的下部分与其表面互相垂直安装有θ角旋转轴，三角支架的上半部分与其表面互相垂直安装有θ角拉杆轴。所述的θ角旋转轴的轴心与
Figure BDA0003165861120000025
角旋转轴的轴心互相垂直相交。支杆接头的另外一端与模型连接。空心轴电机的电缆线由壳体正下方的走线外壳引出。壳体的中间段对称安装有两个外罩。θ角旋转轴与风洞攻角机构相连，拉杆与θ角拉杆轴相连，在拉杆拉动下，本机构实现俯仰运动。空心轴电机上安装有谐波减速器，传动轴上安装有ECI4010编码器和抱闸,通过编码器准确获得
Figure BDA0003165861120000031
角实际旋转角度，从而达到攻角和侧滑角高精度的组合运动。
本实施例的控制原理：
模型连续变攻角变侧滑角机构的模型迎角α和侧滑角β变换方式仍为固定β角变α角，不同的是无固块β接头，试验时模型偏航角ψ始终为零，在风洞迎角机构变化(俯仰角θ改变)的同时模型绕自身轴线旋转一定角度
Figure BDA0003165861120000032
使模型侧滑角β始终保持一固定的需求名义角度，通过这种方式获得模型名义侧滑角βM和名义迎角αM，从而实现在试验时模型侧滑角和迎角的任意耦合。
本实施例的设计条件：
模型连续变攻角变侧滑角机构的单轴变
Figure BDA0003165861120000033
角α/β耦合机构设计条件如下：
模型名义侧滑角和名义迎角范围取决于风洞迎角机构的角度范围大小。模型的俯仰角、偏航角和滚转角分别为θ、ψ、
Figure BDA0003165861120000034
模型迎角和侧滑角分别为αM和βM，因此具有下列关系式：
Figure BDA0003165861120000035
Figure BDA0003165861120000036
根据风洞自身角度范围和模型连续变攻角变侧滑角机构的滚转角范围，可获得对应的角度范围，公式(1)和(2)为系统控制方程。

Claims (5)

1.一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，包括壳体，所述的壳体的后端一体安装有三角支架，其特征在于：所述的壳体的中间段内部安装有空心轴电机，空心轴电机的输出端通过传动轴与支杆接头连接，传动轴通过圆锥滚子轴承与壳体的中间段内部承接，支杆接头的一端位于壳体的前端，支杆接头的轴向为
Figure FDA0003165861110000011
角旋转轴，空心轴电机通过传动轴带动支杆接头旋转，实现绕
Figure FDA0003165861110000012
角旋转轴旋转，三角支架的下部分与其表面互相垂直安装有θ角旋转轴，三角支架的上半部分与其表面互相垂直安装有θ角拉杆轴。
2.根据权利要求1所述的一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，其特征在于：所述的θ角旋转轴的轴心与
Figure FDA0003165861110000013
角旋转轴的轴心互相垂直相交。
3.根据权利要求1所述的一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，其特征在于：所述的传动轴上安装有编码器。
4.根据权利要求1所述的一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，其特征在于：空心轴电机的电缆线由壳体正下方的走线外壳引出。
5.根据权利要求1所述的一种风洞模型连续变攻角变侧滑角机构，其特征在于：壳体的中间段对称安装有两个外罩。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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