CN114739625A - 一种大行程四自由度风洞尾流测量装置 - Google Patents

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陈思宇
由亮
徐杨
王晶
王飞
张连河
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Abstract

本发明公开一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，用于研究飞机尾流的试验需求，包括Y向移动机构、Y向移动机构连接组件、X和Z向移动机构、测量设备转动机构和测压耙，所述的Y向移动机构分别与风洞闭口试验段的上、下壁面固定连接，X和Z向移动机构通过连接组件连接到Y向移动机构上，测量设备转动机构连接在X和Z向移动机构的前端，测压耙与测量设备转动机构固定连接，测压耙上面可拆卸连接有多组测压管，测压管与风洞外的传感器连接，实现对模型的尾流测量。本发明通过多自由度的大范围移动对模型的尾流进行测量，减少了对模型的干扰；通过更换不同类型的探测管，满足不同模型的试验需求。本发明具有大行程移动测量、多自由度测量等优点。

Description

一种大行程四自由度风洞尾流测量装置
技术领域
本发明涉及一种大行程四自由度尾流探测装置。
背景技术
尾流是机翼产生升力伴随的产物，是影响飞行安全的一个重要因素。由于尾流遭遇的不可预见性，保持一定的尾流间隔是必需的，如何探测飞机尾流特性也是十分必要的。
尾流的形成与机翼升力的形成密不可分，当气流绕过机翼时，机翼其构型决定了气流在流经翼面上方的速度大于流经翼面下方的速度。由伯努力方程可知上翼面受到的气流压力比下翼面的小。因此，机翼下表面的气流就会绕到机翼上表面，其结果是形成了一组初始尾流、在机翼上形成边缘尾流、在翼尖处形成两组方向相反旋转、向后流动的自由尾流。自由尾流也叫尾涡，因为对飞机最有影响的是尾涡，通常人们视尾流与尾涡同义。尾涡侧重描述空气漩涡的内在特性，尾流侧重于描述这种空气漩涡对于后机的影响程度。机翼的下洗效应，直接影响民机的气动力与力矩，其远后方的下洗流，对民机起降安全性也有重要的影响，尾流流场的速度分布，是民机必须获取的试验数据。大型宽体客机产生的尾流特别强烈，给后边飞行客机的飞行安全带来潜在的威胁，因此飞机尾流一直是保证飞行安全中应当重视的一个主要问题。由于飞机尾流的重要性，所以对于探测研究飞机尾流也变得愈加重要。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种大行程四自由度尾流探测装置，用于研究飞机尾流的试验需求。
本发明的技术方案是：一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，包括Y向移动机构、Y向移动机构连接组件、X和Z向移动机构、测量设备转动机构和测压耙，所述的Y向移动机构分别与风洞闭口试验段的上、下壁面固定连接，X和Z向移动机构通过连接组件连接到Y向移动机构上，测量设备转动机构的一端连接在X和Z向移动机构的前端，测压耙与测量设备转动机构的另外一端固定连接，测压耙上面可拆卸连接有多组测压管，所述的测压管与风洞外的传感器连接，实现对模型的尾流测量。。
进一步的，所述的X和Z向移动机构包括滚珠花键/滚珠丝杠，其丝杠轴上开有相互交叉的滚珠丝杠槽和滚珠花键槽，其上连接有行程/旋转单元，能够同时在X轴向移动和Z轴向移动。
进一步的，所述的测量设备转动机构或固定连接有垂直风速探测管、热线风速仪或者测涡计。
进一步的，本测量装置固定在风洞试验段内，测压耙前缘与模型的距离根据尾流探测设备的初始安装位置能够调节；风洞试验时，通过采集测压耙当前测量剖面的总压和静压，总静压差即为当前剖面的动压分布，获得速度型随时间分布图，根据尾流探测设备四自由度调节测压耙不同空间剖面，得到飞机尾流随时间和空间的速度型分布图，从而计算出跟飞距离和间隔时间。
本发明具有的优点和有益效果：本发明通过多自由度的大范围移动对模型的尾流进行测量，减少了对模型的干扰；通过更换不同类型的探测管，满足不同模型的试验需求。本发明具有大行程移动测量、多自由度测量等优点，对于满足不同的试验需求和提高风洞试验类型具有多种实用价值。
附图说明
图1为本发明的大行程四自由度风洞尾流测量装置主视图；
图2为本发明的大行程四自由度风洞尾流测量装置俯视图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为图1的B-B剖视图；
图5为图1的C-C剖视图；
图6为图1的D-D剖视图。
其中，1、Y向移动机构，2、Y向移动机构连接组件，3、X和Z向移动机构，4、测量设备转动机构，5、翼型齿条，6、直线导轨，7、轴承端盖，8、圆锥滚子轴承，9、小齿轮，10、花键轴，11、涡轮蜗杆，12、轴承滑套，13、Y向安装座，14、后整流罩，15、密封圈，16、滚珠花键丝母，17、滚珠花键外环固定座，18、滚转花键内环联接座，19、X-Z移动机构连接座，20、安装座外壳，21、左力矩电机，21-1、右力矩电机，22、力矩电机安装座，23、电机外壳，24、滚珠丝杠内环联接座，25、滚珠丝杠丝母，26、滚转丝杠外环固定座，27、前整流罩，28、滚珠花键/滚珠丝杠，29、锁紧螺母，30、丝杠整流罩，31、Z向支杆，32、Z向电机罩，33、Z向安装座，34、力矩电机，35、Z向安装杆，36、挡圈，37、角接触球轴承，38、轴承滑套，39、轴承端盖，40、正反螺母，41、Z向前整流罩，42、测压耙支杆，43、测压耙，44、测压管。
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1-2所示，一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，包括Y向移动机构1、Y向移动机构连接组件2、X和Z向移动机构3、测量设备转动机构4和测压耙43，所述的Y向移动机构1分别与风洞闭口试验段的上、下壁面固定连接，X和Z向移动机构3通过连接组件2连接到Y向移动机构1上，测量设备转动机构4的一端连接在X和Z向移动机构3的前端，测压耙43与测量设备转动机构4的另外一端固定连接，测压耙43上面可拆卸连接有多组测压管44，所述的测压管44与风洞外的传感器连接，实现对模型的尾流测量。
如图3-4所示，所述的Y向移动机构1包括Y向安装座13、小齿轮9、翼型齿条5、涡轮蜗杆11和直线导轨6，直线导轨6连接到风洞试验段的上、下壁面上，Y向安装座13与直线导轨6连接，涡轮蜗杆11通过花键轴10与小齿轮9连接，在小齿轮9的两侧设置圆锥滚子轴承8，通过轴承端盖7与Y向安装座13连接成一体，为保证小齿轮9与翼型齿条5啮合，在涡轮蜗杆11与小齿轮9之间增加轴承滑套12。通过涡轮蜗杆11的转动带动小齿轮9沿翼型齿条5上下移动，实现Y向机构移动。
如图5所示，X和Z向移动机构采用滚珠花键/滚珠丝杠，其丝杠轴上开有相互交叉的滚珠丝杠槽和滚珠花键槽，其上连接有行程/旋转单元，能够同时在X轴向移动和Z轴向移动，X-Z移动机构连接座19与Y向安装座13连接，力矩电机安装座22安装在X-Z移动机构连接座19上，两套力矩电机分别安装在力矩电机安装座22的左、右两侧，滚珠丝杠丝母25的内环通过滚珠丝杠内环联接座24与右侧力矩电机21-1固定，滚珠丝杠丝母25外环通过滚转丝杠外环固定座26固定在X-Z移动机构连接座19上，为减少前缘风阻和防止粉尘进入到机构内，在滚转丝杠外环固定座26上设置了前整流罩27和密封圈15，为方便对滚珠丝杠丝母25的检修，在滚转丝杠外环固定座26外设计安装座外壳20；滚珠花键丝母16的内环通过滚转花键内环联接座18与左侧力矩电机21固定，滚珠花键丝母16外环通过滚珠花键外环固定座17固定在X-Z移动机构连接座19上，为实现后缘顺气流和防止粉尘进入到机构内，在滚珠花键外环固定座17上设置了后整流罩14和密封圈15，为方便对滚珠花键丝母16的检修，在滚珠花键外环固定座17安装有安装座外壳20，为便于力矩电机21电缆的拆装，力矩电机安装座22外安装有电机外壳23。滚珠花键滚珠丝杠28穿过滚珠花键丝母16和滚转丝杠丝母25，在滚珠花键滚珠丝杠28前缘安装Z向支杆31，通过锁紧螺母29锁紧，并安装有丝杠整流罩30实现减少风阻。
本实施例将一根滚珠花键滚珠丝杠28上面的滚珠花键丝母16和滚珠丝杠丝母25分别安装两套力矩电机，同步对力矩电机不同形式的控制实现机构不同的移动形式。可同时实现了X向机构和Z机构的同时运行，减少了结构的复杂性。滚珠花键丝母16的力矩电机21不动，滚珠丝杠丝母25的力矩电机21转数为N1时，滚珠花键滚珠丝杠28只出现X向运动，滚珠丝杠丝母25正转时，滚珠花键滚珠丝杠28向左运动；滚珠丝杠丝母25反转时，滚珠花键滚珠丝杠28向右运动；既可以实现结构的X向移动。当滚珠花键丝母16转数为N1，滚珠丝杠丝母25转数为N2，且N1＝N2≠0时，滚珠花键滚珠丝杠28只出现旋转运动，转速为N2，当N2为正时，滚珠花键滚珠丝杠28正转，当N2为负时，滚珠花键滚珠丝杠28反转。既实现机构的Z向转动，并通过Y向机构的补偿，实现Z向机构的移动。
如图6所示，测量设备转动机构包括Z向支杆31、Z向电机罩32、Z向安装座33、Z向力矩电机34、Z向安装杆35和测压耙支杆42，Z向安装座33连接在Z向支杆31上，Z向力矩电机34外环安装在Z向安装座33上，Z向力矩电机34内环安装Z向安装杆35，左、右两侧使用角接触球轴承37，左侧通过挡圈36和轴承滑套38限制角接触球轴承37的移动，右侧通过轴承滑套38和轴承端盖39限制角接触球轴承37的移动。Z向电机罩32安装在Z向安装座33上，防止Z向力矩电机34暴漏在气流中，在Z向安装座33设置Z向前整流罩41减少风阻。测压耙支杆42后缘通过正反螺母40与Z向安装杆35连接锁紧，测压耙支杆42前缘连接测压耙43，测压耙43前缘安装测压管44，通过Z向力矩电机34的转动，实现测压耙43的转动。气流经过测压管44与风洞外的传感器连接，可实现对模型的尾流测量。可通过更换不同的测压耙43满足不同模型的试验需求。所述的测压耙43上面还可以替换为垂直风速探测管、热线风速仪或者测涡计等测量设备。
本实施例的测压耙43前缘共计35个测压点，两端为静压孔，中间33个点为总压孔，试验开始时，将设备固定在风洞试验段内，测压耙前缘与模型的距离根据尾流探测设备的初始安装位置能够调节，行程共计1500mm。风洞试验时，通过采集测压耙当前测量剖面的总压和静压，总静压差即为当前剖面的动压分布，获得速度型随时间分布图。根据尾流探测设备四自由度调节测压耙不同空间剖面，即可得到飞机尾流随时间和空间的速度型分布图。从而计算出跟飞距离和间隔时间，保障飞行安全。根据不同试验需求可以自行设计更换前缘测量装置。

Claims (4)

1.一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，包括Y向移动机构、Y向移动机构连接组件、X和Z向移动机构、测量设备转动机构和测压耙，其特征在于：所述的Y向移动机构分别与风洞闭口试验段的上、下壁面固定连接，X和Z向移动机构通过连接组件连接到Y向移动机构上，测量设备转动机构的一端连接在X和Z向移动机构的前端，测压耙与测量设备转动机构的另外一端固定连接，测压耙上面可拆卸连接有多组测压管，所述的测压管与风洞外的传感器连接，实现对模型的尾流测量。
2.根据权利要求2所述的一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，其特征在于：所述的X和Z向移动机构包括滚珠花键/滚珠丝杠，其丝杠轴上开有相互交叉的滚珠丝杠槽和滚珠花键槽，其上连接有行程/旋转单元，能够同时在X轴向移动和Z轴向移动。
3.根据权利要求3所述的一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，其特征在于：所述的测量设备转动机构或固定连接有垂直风速探测管、热线风速仪或者测涡计。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大行程四自由度风洞尾流测量装置，其特征在于：本测量装置固定在风洞试验段内，测压耙前缘与模型的距离根据尾流探测设备的初始安装位置能够调节；风洞试验时，通过采集测压耙当前测量剖面的总压和静压，总静压差即为当前剖面的动压分布，获得速度型随时间分布图，根据尾流探测设备四自由度调节测压耙不同空间剖面，得到飞机尾流随时间和空间的速度型分布图，从而计算出跟飞距离和间隔时间。
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