CN114813032B - 一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置 - Google Patents

一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风洞技术领域，尤其涉及一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置。该装置包括拉伸座、拉钩、气缸、测力传感器和直线导轨，其中，测力传感器安装在拉伸座的一端，在拉伸座上与测力传感器相对的另一端设有通槽，拉钩可转动的设置在通槽内，一端为挂物端，另一端为限位端，气控杆在伸入所述通槽内时，位于限位端和通槽的槽底之间，阻止限位端向槽底方向转动，使挂物端靠近槽底的一侧与槽底平行，试验模型水平挂于挂物端，气控杆撤出时，拉钩发生旋转使试验模型得到快速释放。该装置外部干扰力小，能够保证试验模型的受力无倾斜夹角，实现试验模型所受拉力的测量，且能够使试验模型得到快速释放，并产生振动，满足试验需求。

Description

一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置
技术领域
本发明涉及风洞技术领域，尤其涉及一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置。
背景技术
风洞动态试验需要研究飞行器模型在动态运动过程中的气动载荷、变形、流场等特性。在一些动态试验中，需要在试验模型振动状态下进行相关研究测量，而试验模型振动需要施加外力来引发，且需要准确测量所施加外拉力大小，在振动过程中还需要切断所施加的引发试验模型振动的外拉力对试验模型的影响，而且切断的速度越快，对试验模型振动过程的影响越小，试验结果越准确，在此过程中需要重点实现两方面的技术要求，一是尽可能少的引入如机械摩擦力等外来干扰量；二是外拉力施加必须要垂直于试验模型，不能有倾斜夹角。目前，尚未有成熟的、标准化、产品化的模型连接及快速释放装置能够达到要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置，能够实现试验模型的连接及快速释放，并在释放后产生振动，满足试验要求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置，包括：
拉伸座，其一端为模型连接端，与模型连接端相对的另一端为测力端，在模型连接端设有通槽；
拉钩，其通过转轴安装在通槽，且能够绕转轴的轴线转动，拉钩的一端为挂物端，另一端为限位端；
气缸，与拉伸座连接，其气控杆能够在通槽内伸缩，且气控杆在伸入通槽内时，位于限位端和通槽的槽底之间，阻止所述限位端向所述槽底方向转动，使挂物端靠近槽底的一侧与槽底平行；
测力传感器，其一端安装在测力端，另一端与用于安装连接及快速释放装置的支撑座连接；以及
直线导轨，其固定部与支撑座连接，其滑动部与拉伸座连接，测力传感器的测力方向与直线导轨的滑动方向平行。
可选地，拉伸座的测力端具有缺口，测力传感器设置在缺口位置，一端通过丝杆与拉伸座连接，另一端与支撑座连接。
可选地，气控杆的端部设有限位块，气控杆通过限位块阻止限位端向槽底方向转动。
可选地，气控杆套设有一压缩弹簧，压缩弹簧一端抵在缸筒上，另一端抵在限位块。
可选地，限位块与限位端的交错长度为1mm～3mm。
可选地，槽底上设有挡块，当拉钩旋转至设定角度时，限位端抵在挡块。
可选地，挡块为磁铁材料制成，拉钩为能被磁铁吸引的铁磁性材料制成。
可选地，设定角度为气控杆由槽底和限位端之间退出，挂物端向远离槽底方向转动90°～120°之间任一角度时所处的位置。
可选地，挂物端为尖劈结构，其尖端朝向槽底。
可选地，转轴的两端通过轴承安装在通槽的两侧槽壁，拉钩固定于转轴。
可选地，在拉钩的挂物端和限位端之间设有一通孔，通孔内侧设有键槽，转轴上设有与键槽相配合的键结构，通过键槽与键结构配合，实现拉钩与转轴的固定。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的风洞内试验模型的连接及快速释放装置，包括拉伸座、拉钩、气缸、测力传感器和直线导轨，其中，测力传感器安装在拉伸座的一端，在拉伸座上与测力传感器相对的另一端设有通槽，拉钩可转动的设置在通槽内，气缸的气控杆能够在通槽内伸缩，气控杆在伸入通槽内时，位于限位端和通槽的槽底之间，阻止限位端向槽底方向转动，使挂物端靠近槽底的一侧与槽底平行，试验模型水平挂于挂物端，气控杆退出时，拉钩发生旋转使试验模型得到快速释放。该连接及快速释放装置外部干扰力小，能够保证试验模型的受力无倾斜夹角，实现试验模型所受拉力的测量，且能够使连接及快速释放装置所连接的试验模型一端得到快速释放，并产生振动。
附图说明
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例中一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置一个方向的正视结构示意图；
图2是本发明实施例中一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置的立体结构示意图；
图3是本发明实施例中一种拉伸座的剖面结构示意图；
图4是图3中拉钩旋转90°后(释放状态)的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种拉钩的结构示意图；
图6是本发明实施例中一种连接及快速释放装置安装在支撑座的结构示意图；
图7是测力传感器的测力曲线示意图。
图中：1：连接及快速释放装置；
11：拉伸座；111：通槽；112：挡块；
12：拉钩；121：挂物端；122：限位端；
13：气缸；131：气控杆；132：限位块；133：压缩弹簧；
14：测力传感器；
15：直线导轨；151：固定部；152：滑动部；
16：丝杆；
17：转轴；
2：支撑座。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如前所述，在一些风洞试验中，需要对试验模型的一侧施加一定的外拉力，在需要时对试验模型的施加个拉力的一侧进行释放，使试验模型产生所需的震动，在试验过程中试验模型所承受拉力需要精确测量，并且对释放速度具有较高的要求，在外拉力的施加过程中还需要考虑减少引入外来干扰量，以及外拉力施加必须要垂直于试验模型，不能有倾斜夹角。目前，尚未有成熟的、标准化、产品化的模型连接及快速释放装置能够达到要求。有鉴于此，本发明提出了一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置方案，以对试验提供设备支持，满足试验要求。
以下对本发明构思的具休实现方式进行描述。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供的风洞内试验模型的连接及快速释放装置1，包括拉伸座11、拉钩12、气缸13、测力传感器14和直线导轨15。
拉伸座11右端作为模型连接端，左端为测力端，在模型连接端设置一通槽111，该通槽111呈上下设置。
参见图2和图3所示，拉钩12的上端为挂物端121，下端为限位端122。拉钩12通过转轴17安装在通槽111，且能够绕转轴17的轴线转动，即能够以转轴17的中心轴为旋转轴进行旋转。
参见图1～图3所示，气缸13与拉伸座11连接，安装在拉伸座11的下侧，该气缸13的气控杆(气缸的活塞杆)131能够在通槽111内伸缩，且气控杆131在伸入通槽111内时，位于限位端122和通槽111的槽底之间，阻止限位端122向槽底方向转动，使挂物端121保持竖直状态，即其靠近槽底的一侧与槽底平行，使模型能够垂直挂于挂物端121上。优选地，缸筒通过螺钉安装在拉伸座11。
参见图1、图2和图6所示，测力传感器14的一端安装在拉伸座的测力端，测力传感器14的另一端与用于安装连接及快速释放装置1的支撑座2连接。
直线导轨15安装在拉伸座11的下侧，呈左右布置，固定部151的左端与所述支撑座2连接，滑动部152与所述拉伸座11连接，测力传感器14的测力方向与直线导轨15的滑动方向平行，所述拉伸座11能够通过所述直线导轨15在左右方向上沿直线往复滑动，辅助测力传感器14实现拉力的测量。
使用时，气控杆131伸入槽底与限位端122之间，使拉钩12的挂物端121靠近槽底的一侧与槽底平行,试验模型上预制的钩环挂在挂物端121，且试验模型(图中未示出)位于连接及快速释放装置的右侧，呈水平布置，试验模型整体相对风洞固定(通过现有模型支撑固定装置固定，属于现有技术)，在其左端得到释放后，避免试验模型整体产生位移。测力传感器14和直线导轨15两者之间整体呈平行布置(即在本实施例中，两者均呈水平布置)。对测力传感器14的左端施加拉力(例如，在本实施例中可以通过移动支撑座2实现)，由于测力传感器14与拉伸座11连接为一个整体，拉力通过测力传感器14、拉伸座11传递到试验模型，与试验模型之间无倾斜夹角，并且测力传感器能够时时测得所施加的拉力。在试验模型需要释放时，参见图4所示，气缸13工作，气控杆131受力快速下拉，从槽底和限位端122之间撤出，且在撤出的一瞬间，限位端122瞬间失去限位，拉钩12发生顺时针旋转，使试验模型得到快速释放，并产生振动。该连接及快速释放装置外部干扰力小，能够保证试验模型的受力无倾斜夹角，实现试验模型所受拉力的测量，且使试验模型得到快速释放，并产生振动，满足后续试验需求。
参见图7所示，在整个试验过程中，试验模型受到的拉力从有到无均能够被测力传感器14测量，图7中的曲线为力随时间变化的曲线。在t1时刻之前，连接及快速释放装置始终受到外拉力，试验模型为固定状态。在气控杆131从槽底和限位端122之间撤出的瞬间(图7中t1时刻)，试验模型开始释放，直至试验模型的钩环与挂物端121完全脱离(图7中t2时刻)，完成试验模型的完全释放。在进行释放后，由于受到的外拉力消失，测力传感器14测量曲线呈争先衰减震荡曲线。在t2时刻，首次穿越0轴坐标(必须计量的是首次穿越0轴时间)，此时试验模型得到完全释放，即夹持释放装置的释放时间为t＝t2-t1。
为了方便布置测力传感器以及减小连接及快速释放装置的体积，在一些实施方式中，参见图1、图2和图6所示，拉伸座11的左侧设有缺口，测力传感器14设置在缺口位置，一端通过丝杆16与拉伸座11连接，另一端与支撑座2连接。
在一些优选地实施方式中，参见图3～图5所示，转轴17的两端通过轴承安装在通槽111的两侧槽壁，拉钩12固定于转轴17。即拉钩12与转轴17相对拉伸座11同步转动。更优选地，拉钩12的挂物端121和限位端122之间设有一通孔，通孔内侧设有键槽，转轴17上设有与键槽相配合的键结构，通过键槽与键结构配合，实现拉钩12与转轴17的固定，方便拆卸和更换。
在另外一些实施方式中，也可以通过轴承安装在转轴17上，即转轴17不转动，拉钩12相对转轴17转动。
为了减少试验模型与挂物端121之间的接触面，在一些优选实施方式中，参见图2、图5和图6所示，挂物端121为尖劈结构，其尖端朝向槽底，对尖端进行完全倒圆角，减少试验模型钩环上的受力侧与挂物端121的接触面积，在完全倒圆角后，弧面最靠近槽底处的切面与槽底平行。
为了减少试验模型钩环与挂物端121之间的接触面，在另一个实施方式中，挂物端121的横截面为等腰梯形，且该等腰梯形的上底(较短的底边)朝向槽底。优选地，对上底两腰之间的棱处进行倒圆角处理，减少摩擦。
在一些优选实施方式中，气控杆131的端部设有限位块132，能够避免气控杆131磨损，并且能够更好的实现与限位端122的匹配以及更方便更换。气控杆131通过限位块132阻止限位端122向朝向槽底方向转动。
进一步优选地，在气控杆131套设有一压缩弹簧133，压缩弹簧133一端抵在气缸13的缸筒上，另一端抵在限位块132,当气控杆131向下运动，限位块132随气控杆131运动，从槽底和限位端122之间撤出，此时压缩弹簧133被压缩，此时压缩弹簧133对限位块132具有回弹力，在气控杆131快速向上运动过程中，在压缩弹簧133回弹力的作用下，能够较好的保证气控杆131能够运动的指定位置，避免气控杆131因机械结构松动或者停止后回弹而影响对拉钩12的限位，尤其是在交错距离较小的情况下，此方案更具有优势。
更优选地，限位端122靠近槽底的一侧面为平面，限位块132与槽底和限位端122相配合的一侧面为平面。需要说明的是，限位块132与气控杆131之间的连接方式可以为螺纹连接、螺栓连接或者焊接等方式，在此不作限定。
为了在实现稳定支撑的同时尽可能的缩短从槽底和限位端122撤出时间，在优选实施方式中，限位块132与所述限位端122的交错长度为1mm～3mm，例如1mm、1.5mm、2mm、2.3mm、2.6mm、3mm等。此范围内时在提供较稳定支撑(阻止转动)的同时，能够尽可能的缩短从槽底和限位端122撤出时间，减少对测力传感器测力精准度的影响。
在一个具体实施方式中，气控杆131与限位端122的交错距离为1mm，使用1MPa的气源作为驱动力，气缸采用50mm缸径，根据动能公式得到活塞(气控杆)运动速度约为0.21m/s。由此可以算出，气控杆131与限位端122交错1mm，气控杆131撤出的时间约为4.7ms，在气控杆撤出后，阻断力的传递，拉钩12的挂物端121朝向试验模型方向旋转，试验模型得到快速释放。需要说明的是，此实施方式仅为示例，在其他一些实施方式中，气源压力和缸径可以根据试验需要选择，以调整气控杆从槽底与限位端122之间撤出的时间。需要说明的是，本申请的方案中，在理想情况下，撤出的时间并不会对试验模型释放过程直接造成不利影响，但由于实际应用中加工精度和装配精度难以达到完全理想状态，因此，撤出的时间越快，对测力的准确度以及试验模型的不利影响越小。还需要说明的是，本发明主要贡献在于提供一种满足试验需要的装置，而针对限位块132与限位端122的交错长度以及气控杆131的运动速度，在本发明所提供装置的基础上，本领域技术人员能够根据需要进行选择。
在释放瞬间，为了防止拉钩12击中试验模型，在一些优选实施方式中，参见图3和图4所示，在拉钩12的旋转路径上设有挡块112，该挡块112设置在槽底上，当拉钩12旋转至设定角度时，限位端122抵在挡块112，即拉钩12被挡块112所阻挡，停止转动。其中，设定角度为90°～180°之间，例如，90°、95°、98°、100°、110°、120°、150°等。
更优选地，挂物端121向远离槽底方向转动90°～120°之间的任一角度时，挡块112与限位端122接触。
在一些优选实施方式中，挡块112为磁铁材料制成，拉钩12为能被磁铁吸引的铁磁性材料制成，例如，铁、45号钢等，避免拉钩12被挡块112阻挡后回转。
需要说明的是，测力传感器14为现有传感器，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风洞内试验模型的连接及快速释放装置，其特征在于，包括：
拉伸座，其一端为模型连接端，与所述模型连接端相对的另一端为测力端，在所述模型连接端设有通槽；
拉钩，其通过转轴安装在所述通槽，且能够绕所述转轴的轴线转动，所述拉钩的一端为挂物端，另一端为限位端；
气缸，与所述拉伸座连接，其气控杆能够在所述通槽内伸缩，且所述气控杆在伸入所述通槽内时，位于所述限位端和所述通槽的槽底之间，阻止所述限位端向所述槽底方向转动，使所述挂物端靠近所述槽底的一侧与所述槽底平行；
测力传感器，其一端安装在所述测力端，另一端与用于安装所述连接及快速释放装置的支撑座连接；以及
直线导轨，其固定部与所述支撑座连接，其滑动部与所述拉伸座连接，所述测力传感器的测力方向与所述直线导轨的滑动方向平行。
2.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述拉伸座的测力端具有缺口，所述测力传感器设置在所述缺口位置，一端通过丝杆与所述拉伸座连接，另一端与所述支撑座连接。
3.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述气控杆的端部设有限位块，所述气控杆通过所述限位块阻止所述限位端向所述槽底方向转动。
4.根据权利要求3所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述气控杆套设有一压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵在缸筒上，另一端抵在所述限位块，所述限位块从所述槽底和所述限位块之间撤出后，所述压缩弹簧被压缩。
5.根据权利要求3所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述限位块与所述限位端的交错长度为1mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述槽底上设有挡块，当所述拉钩旋转至设定角度时，所述限位端抵在所述挡块，所述设定角度为90°～120°之间任一角度。
7.根据权利要求6所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述挡块为磁铁材料制成，所述拉钩为能被磁铁吸引的铁磁性材料制成。
8.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述挂物端的横截面为等腰梯形，且所述等腰梯形的上底朝向所述槽底。
9.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述挂物端为尖壁结构，其尖端朝向所述槽底，所述尖端完全倒圆角。
10.根据权利要求1所述的连接及快速释放装置，其特征在于：
所述转轴的两端通过轴承安装在所述通槽的两侧槽壁，所述拉钩固定于所述转轴；
其中，在所述拉钩的挂物端和限位端之间设有一通孔，所述通孔内侧设有键槽，所述转轴上设有与所述键槽相配合的键结构，通过所述键槽与所述键结构配合，实现所述拉钩与所述转轴的固定。
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