CN114018533A - 一种舵面动载荷风洞试验装置 - Google Patents

一种舵面动载荷风洞试验装置 Download PDF

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侯英昱
郭力
李齐
孙婧
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Abstract

本发明公开了一种舵面动载荷风洞试验装置，包括：固定支杆，固定支杆的一端用于与风洞壁连接；舵面连接模块，用于固定舵面，舵面连接模块连接于固定支杆的另一端，舵面连接模块的内部设有用于激励舵面的激励机构。本发明采用的舵面连接模块不会影响舵面的安装和使用，通过将气缸和激励拨片设置在舵面连接模块内，采用模型内部激励方式不会对模型外部流场产生影响，自由振动效果好，使试验结果更加真实反应载荷的情况。

Description

一种舵面动载荷风洞试验装置
技术领域
本发明属于航天航空工程领域，更具体地，涉及一种舵面动载荷风洞试验装置。
背景技术
一般来说，对于进行舵面结构动载荷试验过程中，需要对模型进行支撑，并且测量外部结构的动载荷特征，并在不影响模型外部流场情况的条件下对模型进行激励，从而使其振动特征能在试验中更好的表现出来。传统的模型固定和激励方式中通常使用汽缸等方式在模型外部激励，模型内部使用贯穿式支杆完成。但是，传统的模型装置存在着以下不足：
（1）贯穿性的支杆将影响舵面的安装和使用。
（2）外部激励的方式容易对模型外部流场产生影响，使试验结果无法反应真实的载荷情况。
（3）舵面结构的外部振动很难同时做到气密性并且进行自由振动。
（4）舵面根部固支撑不牢固，支杆和飞行器整体的频率很容易对舵面的振动产生不利影响。
因此，特别需要提供一种新型的舵面动载荷风洞试验装置，以更准确地进行模型振动模态的模拟。
发明内容
本发明的目的是提出一种提高试验精度、增加风洞试验模拟的准确性的舵面动载荷风洞试验装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种舵面动载荷风洞试验装置，包括：固定支杆，所述固定支杆的一端用于与风洞壁连接；舵面连接模块，用于固定舵面，所述舵面连接模块连接于所述固定支杆的另一端，所述舵面连接模块的内部设有用于激励所述舵面的激励机构。
优选的，所述舵面连接模块为口字型，包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，从而形成两端开口的腔体；所述固定支杆的所述另一端通过法兰盘连接于所述第一侧壁的外表面。
优选的，所述第二侧壁的内表面设有L形固定块，所述L形固定块包括第一臂部和第二臂部；所述第一臂部连接于所述第二侧壁的内表面，所述第一臂部的表面设有向外凸出的舵面连接面，用于连接所述舵面，所述第一臂部的所述表面还用于承载所述激励机构。
优选的，所述激励机构包括汽缸和激振拨片，所述激振拨片连接于所述气缸的活塞。
优选的，所述第二侧壁上设有通孔，所述通孔上设有舵面限位板固定端，用于固定舵面限位板；所述舵面限位板为凹字形，以开口朝向所述第三侧壁的方式设置于所述通孔内；所述开口的宽度为15mm~25mm。
优选的，所述舵面包括舵面主体和连接于所述舵面主体一侧的舵面根部，所述舵面根部通过所述开口插入所述舵面连接模块内，且连接于所述舵面连接面，所述舵面主体靠设于所述第二侧壁的外表面；所述激振拨片设置在所述舵面根部的下方，用于激励所述舵面根部振动。
优选的，所述舵面动载荷风洞试验装置还包括一对模型侧盖板，一对所述模型侧盖板分别设于所述舵面连接模块的两端开口处。
优选的，所述舵面动载荷风洞试验装置还包括减重头罩和头部防冲击端；所述舵面连接模块的所述第三侧壁为圆形，中心设有通孔，所述减重头罩为锥形，与所述圆形同轴地设置于所述第三侧壁的外表面上；所述头部防冲击端连接于所述减重头罩的端部。
优选的，所述舵面动载荷风洞试验装置还包括固定翼面，所述固定翼面设于所述舵面连接模块的所述第二侧壁的外表面；所述舵面连接模块的所述第二侧壁的外表面设有凹槽，所述固定翼面设于所述凹槽内；所述凹槽所在的位置，所述第二侧壁的厚度大于4mm。
优选的，所述舵面连接模块的所述第一侧壁的厚度为10mm~20mm。
本发明的有益效果在于：本发明的舵面动载荷风洞试验装置不使用贯穿性的支杆，采用的舵面连接模块不会影响舵面的安装和使用，通过将气缸和激励拨片设置在舵面连接模块内，采用模型内部激励方式不会对模型外部流场产生影响，自由振动效果好，使试验结果更加真实反应载荷的情况，使得模型振动模态的模拟结果更加准确。
舵面动载荷风洞试验装置将舵面根部固定在舵面连接模块的L形固定块上，连接牢固，使得固定支杆和飞行器整体的频率不对舵面的振动产生不利影响，进而提高实验准确度。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的等轴侧视图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的反等轴透视图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块等轴侧视图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块半剖视图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的L形固定块结构图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块前视图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块正视图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的减重头罩的剖视图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面限位板等轴侧视图。
图10示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面的连接图。
附图标记说明：
1、固定支杆；2、舵面连接模块；21、第一侧壁；22、第二侧壁；23、第三侧壁；24、第四侧壁；221、第一凹槽； 222、第二凹槽；223、舵面限位板固定端；3、模型侧盖板；4、减重头罩；5、头部防冲击端；6、固定翼面；7、舵面限位板；8、舵面；81、舵面主体；82、舵面根部；91、汽缸、92、激振拨片；10、舵面固定夹板；11、L形固定块；111、第一臂部；112、第二臂部；113、舵面连接面；114、固定板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种舵面动载荷风洞试验装置，包括：固定支杆，固定支杆的一端用于与风洞壁连接；舵面连接模块，用于固定舵面，舵面连接模块连接于固定支杆的另一端，舵面连接模块的内部设有用于激励舵面的激励机构。
具体的，固定支杆的一端与风洞弯刀相连固定于风洞壁上，固定支杆的另一端通过法兰盘连接舵面连接模块；舵面连接模块内部一体化加工L形固定块，L形固定块上固定设置汽缸、激振拨片和舵面，舵面连接模块上部使用螺栓固定连接固定翼面；通过螺栓将模型侧盖板，减重头罩固定在舵面连接模块上，使用销钉将头部防冲击端固定在减重头罩上。
根据示例性的实施方式，舵面动载荷风洞试验装置不使用贯穿性的支杆，采用的舵面连接模块不会影响舵面的安装和使用，通过将气缸和激励拨片设置在舵面连接模块内，采用模型内部激励方式不会对模型外部流场产生影响，自由振动效果好，使试验结果更加真实反应载荷的情况，使得模型振动模态的模拟结果更加准确。
作为优选方案，舵面连接模块为口字型，包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，从而形成两端开口的腔体；固定支杆的另一端通过法兰盘连接于第一侧壁的外表面。
具体的，舵面连接模块与法兰盘一端连接处的第一侧壁壁厚应位于10mm~20mm之间。
舵面连接模块与法兰盘连接的一端连接的第一侧壁螺栓应不少于6个，螺栓直径不低于5mm，且配备螺母。
作为优选方案，第二侧壁的内表面设有L形固定块，L形固定块包括第一臂部和第二臂部；第一臂部连接于第二侧壁的内表面，第一臂部的表面设有向外凸出的舵面连接面，用于连接舵面，第一臂部的表面还用于承载激励机构。
具体的，L形固定块包括第一臂部和第二臂部，第一臂部也叫长臂部分，第二臂部也叫短臂部分，长臂部分的一端与第二侧壁的内表面连接，长臂部分的另一端与短臂部分连接，且长臂部分和短臂部分呈L形连接。
作为优选方案，L形固定块与舵面连接模块一体加工成型。
具体的，舵面连接模块使用金属加工，材料弹性模量不低于150GPa，结构宽度应位于150mm~250mm之间，壁面最薄处厚度应不低于4mm。
作为优选方案，激励机构包括汽缸和激振拨片，激振拨片连接于气缸的活塞。
具体的，第一臂部的表面设有固定板，固定板与舵面连接面连接，汽缸固定设置在固定板上，气缸的活塞顶部连接激振拨片，活塞的运动带动激振拨片振动，使得设置于激振拨片上面的舵面与激振拨片同频振动。
作为优选方案，第二侧壁上设有通孔，通孔上设有舵面限位板固定端，用于固定舵面限位板；舵面限位板为凹字形，以开口朝向第三侧壁的方式设置于通孔内；开口的宽度为15mm~25mm。
具体的，在舵面限位板上设有开口，通过开口限定舵面的位移，开口的宽度应在15mm~25mm之间。舵面根部穿过舵面限位板上的开口，进入舵面连接模块内，舵面与舵面连接面固定连接，实现舵面与舵面连接模块的连接。
作为优选方案，舵面包括舵面主体和连接于舵面主体一侧的舵面根部，舵面根部通过开口插入舵面连接模块内，且连接于舵面连接面，舵面主体靠设于第二侧壁的外表面；激振拨片设置在舵面根部的下方，用于激励舵面根部振动。
具体的，舵面根部穿过舵面限位板上的开口，进入舵面连接模块，固定在舵面连接面上，进而实现舵面与舵面连接模块的连接。
舵面动载荷风洞试验装置将舵面根部固定在舵面连接模块的L形固定块上，连接牢固，使得固定支杆和飞行器整体的频率不对舵面的振动产生不利影响，进而通过实验准确度。
作为优选方案，舵面动载荷风洞试验装置还包括一对模型侧盖板，一对模型侧盖板分别设于舵面连接模块的两端开口处。
具体的，舵面连接模块的两个开口分别通过螺栓连接模型侧盖板。螺栓、销钉的外表面均经过修形状获得，与飞行器外表面一致。模型侧盖板应使用铝合金等轻质材料制备，材料密度不高于2710kg/m3，侧盖板厚度应位于3mm~5mm之间。
作为优选方案，舵面动载荷风洞试验装置还包括减重头罩和头部防冲击端；舵面连接模块的第三侧壁为圆形，中心设有通孔，减重头罩为锥形，与圆形同轴地设置于第三侧壁的外表面上；头部防冲击端连接于减重头罩的端部。
具体的，减重头罩应使用铝合金等轻质材料制备，材料密度不高于2710kg/m3，头罩壁厚度应位于4mm~6mm之间。
头部防冲击端应使用钢等轻质材料制备，材料的弹性模型不低于200GPa。
作为优选方案，舵面动载荷风洞试验装置还包括固定翼面，固定翼面设于舵面连接模块的第二侧壁的外表面；舵面连接模块的第二侧壁的外表面设有凹槽，固定翼面设于凹槽内；凹槽所在的位置，第二侧壁的厚度大于4mm。
具体的，舵面连接模块的第二侧壁上设有第一凹槽和第二凹槽，舵面主体设置在第一凹槽内，固定翼面固定设置在第二凹槽内。
作为优选方案，舵面连接模块的第一侧壁的厚度为10mm~20mm。
实施例
图1示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的等轴侧视图。图2示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的反等轴透视图。图3示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块等轴侧视图。图4示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块半剖视图。图5示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的L形固定块结构图。图6示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块前视图。图7示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面连接模块正视图。图8示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的减重头罩的剖视图。图9示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面限位板等轴侧视图。图10示出了根据本发明的一个实施例的舵面动载荷风洞试验装置的舵面的连接图。
结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，该舵面动载荷风洞试验装置，包括：固定支杆1，固定支杆1的一端用于与风洞壁连接；舵面连接模块2，用于固定舵面8，舵面连接模块2连接于固定支杆1的另一端，舵面连接模块2的内部设有用于激励舵面8的激励机构。
其中，舵面连接模块2为口字型，包括依次连接的第一侧壁21、第二侧壁22、第三侧壁23和第四侧壁24，从而形成两端开口的腔体；固定支杆1的另一端通过法兰盘连接于第一侧壁21的外表面。
其中，第二侧壁22的内表面设有L形固定块11，L形固定块11包括第一臂部111和第二臂部112；第一臂部111连接于第二侧壁22的内表面，第一臂部111的表面设有向外凸出的舵面连接面113，用于连接舵面8，第一臂部111的表面用于承载激励机构。
第一臂部111的表面还设有固定板114，所述固定板114与舵面连接面113连接，用于连接激励机构。
其中，激励机构包括汽缸91和激振拨片92，激振拨片92连接于气缸91的活塞。
其中，第二侧壁22上设有通孔，通孔上设有舵面限位板固定端223，用于固定舵面限位板7；舵面限位板7为凹字形，以开口朝向第三侧壁23的方式设置于通孔内；开口的宽度为15mm~25mm。
其中，舵面8包括舵面主体81和连接于舵面主体81一侧的舵面根部82，舵面根部82通过开口插入舵面连接模块2内，且连接于舵面连接面113，舵面主体81靠设于第二侧壁22的外表面；激振拨片92设置在舵面根部82的下方，用于激励舵面根部82振动。
其中，舵面连接模块2的表面设有多个舵面安装孔，通过螺栓将舵面根部82固定在舵面安装孔内，且舵面根部82的顶面与螺栓之间设置有舵面固定夹板10。
其中，舵面动载荷风洞试验装置还包括一对模型侧盖板3，一对模型侧盖板3分别设于舵面连接模块2的两端开口处。
其中，舵面动载荷风洞试验装置还包括减重头罩4和头部防冲击端5；舵面连接模块2的第三侧壁23为圆形，中心设有通孔，减重头罩4为锥形，与圆形同轴地设置于第三侧壁23的外表面上；头部防冲击端5连接于减重头罩4的端部。
其中，舵面动载荷风洞试验装置还包括固定翼面6，固定翼面6设于舵面连接模块2的第二侧壁22的外表面；舵面连接模块2的第二侧壁22的外表面设有第一凹槽221和第二凹槽222，固定翼面6设于第二凹槽222内；第二凹槽222所在的位置，第二侧壁22的厚度大于4mm。
舵面主体81设置在第一凹槽221内。
其中，舵面连接模块2的第一侧壁21的厚度为10mm~20mm。
将舵面连接模块2通过法兰盘固定在固定支杆1上，使用螺栓将汽缸91和激振拨片92固定在舵面连接模块2上一体加工的 L形固定块11上，使用舵面固定夹板10将舵面8固定在L形固定块11上，在舵面连接模块2的前端、顶部、底部、侧面分别使用螺栓安装减重头罩4、模型侧盖板3、固定翼面6，舵面限位板7，最后将头部防冲击端5安装在减重头罩4的前端。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，包括：
固定支杆，所述固定支杆的一端用于与风洞壁连接；
舵面连接模块，用于固定舵面，所述舵面连接模块连接于所述固定支杆的另一端，所述舵面连接模块的内部设有用于激励所述舵面的激励机构。
2.根据权利要求1所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述舵面连接模块为口字型，包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，从而形成两端开口的腔体；
所述固定支杆的所述另一端通过法兰盘连接于所述第一侧壁的外表面。
3.根据权利要求2所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述第二侧壁的内表面设有L形固定块，所述L形固定块包括第一臂部和第二臂部；
所述第一臂部连接于所述第二侧壁的内表面，所述第一臂部的表面设有向外凸出的舵面连接面，用于连接所述舵面，所述第一臂部的所述表面还用于承载所述激励机构。
4.根据权利要求3所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述激励机构包括汽缸和激振拨片，所述激振拨片连接于所述气缸的活塞。
5.根据权利要求3所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述第二侧壁上设有通孔，所述通孔上设有舵面限位板固定端，用于固定舵面限位板；
所述舵面限位板为凹字形，以开口朝向所述第三侧壁的方式设置于所述通孔内；
所述开口的宽度为15mm~25mm。
6.根据权利要求5所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述舵面包括舵面主体和连接于所述舵面主体一侧的舵面根部，所述舵面根部通过所述开口插入所述舵面连接模块内，且连接于所述舵面连接面，所述舵面主体靠设于所述第二侧壁的外表面；
所述激振拨片设置在所述舵面根部的下方，用于激励所述舵面根部振动。
7.根据权利要求2所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，还包括一对模型侧盖板，一对所述模型侧盖板分别设于所述舵面连接模块的两端开口处。
8.根据权利要求2所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，还包括减重头罩和头部防冲击端；
所述舵面连接模块的所述第三侧壁为圆形，中心设有通孔，所述减重头罩为锥形，与所述圆形同轴地设置于所述第三侧壁的外表面上；
所述头部防冲击端连接于所述减重头罩的端部。
9.根据权利要求2所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，还包括固定翼面，所述固定翼面设于所述舵面连接模块的所述第二侧壁的外表面；
所述舵面连接模块的所述第二侧壁的外表面设有凹槽，所述固定翼面设于所述凹槽内；所述凹槽所在的位置，所述第二侧壁的厚度大于4mm。
10.根据权利要求2所述的舵面动载荷风洞试验装置，其特征在于，所述舵面连接模块的所述第一侧壁的厚度为10mm~20mm。
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