CN115219145B - 一种高速风洞攻角机构 - Google Patents

Abstract

一种高速风洞攻角机构，属于航空气动力风洞试验技术领域。本发明解决了现有的攻角机构的驱动系统负载加大，导致驱动系统的寿命变短的问题。本发明包括包括上支撑梁、上传动杆、电动缸、弯刀主体、平衡气缸、下传动杆和下支撑梁，弯刀主体的两端滑动设置在上支撑梁和下支撑梁上，上支撑梁上设置有电动缸，电动缸通过上传动杆与弯刀主体建立连接，下支撑梁上设置有平衡气缸，平衡气缸通过下传动杆与弯刀主体建立连接。本发明的高速风洞攻角机构，在平衡气缸的作用下，平衡弯刀主体的大部分重力，减轻电动缸的负载，增加驱动系统的寿命。

Description

一种高速风洞攻角机构

技术领域

本发明属于航空气动力风洞试验技术领域。具体为一种高速风洞攻角机构。

背景技术

空气动力学是发展航空航天技术及其他工业技术的一门基础科学，风洞实验是空气动力学研究的基本方法之一。模型攻角机构是风洞的重要组成部分，全弯刀支撑是模型攻角机构常见的尾撑形式，其优点在于精度较高、转心固定等。全弯刀支撑常见的驱动方式有齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、液压缸等，现有的攻角机构驱动系统的负载较大，导致驱动系统的寿命变短；

针对上述问题，亟需一种可以平衡驱动系统的负载，增加驱动系统的使用寿命的风洞攻角机构用以解决上述问题。

发明内容

本发明研发目的是为了解决上述技术问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种高速风洞攻角机构，包括上支撑梁、上传动杆、电动缸、弯刀主体、平衡气缸、下传动杆和下支撑梁，弯刀主体的两端滑动设置在上支撑梁和下支撑梁上，上支撑梁上设置有电动缸，电动缸通过上传动杆与弯刀主体建立连接，下支撑梁上设置有平衡气缸，平衡气缸通过下传动杆与弯刀主体建立连接。

进一步的，所述弯刀主体包括弯刀上部支架、弯刀中部支架和弯刀下部支架，弯刀中部支架的两端通过销钉分别与弯刀上部支架和弯刀下部支架建立连接。

进一步的，所述上支撑梁上设置有上弧形滑轨，弯刀上部支架通过上弧形滑轨滑动设置在上支撑梁上，所述下支撑梁上设置有下弧形滑轨，弯刀下部支架通过下弧形滑轨滑动设置在下支撑梁上。

进一步的，所述上支撑梁上设置有上直线滑轨，电动缸的输出端滑动设置在上直线滑轨上，所述下支撑梁上设置有下直线滑轨，平衡气缸的输出端滑动设置在下直线滑轨上。

进一步的，所述上支撑梁和下支撑梁上分别设置有多组顶轮机构，顶轮机构与弯刀主体的侧壁接触。

进一步的，所述顶轮机构包括固定顶轮、弹性顶轮和顶轮安装架，固定顶轮和弹性顶轮对称设置在弯刀主体的两侧，固定顶轮和弹性顶轮分别通过顶轮安装架安装在上支撑梁或下支撑梁上。

进一步的，所述固定顶轮和弹性顶轮分别为锥形轮。

进一步的，所述弯刀上部支架和弯刀下部支架上分别加工有销孔，销孔内设置有定位销。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的一种高速风洞攻角机构，通过设置在下支撑梁上的平衡气缸平衡弯刀主体的大部分重力，减轻电动缸的负载，增加驱动系统的寿命；

2、本发明的一种高速风洞攻角机构在上支撑梁和下支撑梁上分别设置顶轮机构，通过顶轮机构的固定顶轮和弹性顶轮与弯刀主体的两侧接触，采用固定顶轮和弹性顶轮相结合的方式增加弯刀主体的侧向刚度，避免弯刀主体产生变形；

3、本发明的一种高速风洞攻角机构使用高精度直线滑轨限制电动缸以及平衡气缸输出端的位移，解决了电动缸以及平衡气缸细长杆的刚度问题；

4、本发明的一种高速风洞攻角机构使用高精度弧形滑轨作为弯刀主体的支撑，提高攻角机构的调节精度；

5、本发明的一种高速风洞攻角机构在放置或检修时，通过定位销将弯刀主体的两端分别固定在上支撑梁和下支撑梁上，在设备不使用时降低驱动系统的负担，并且在对弯刀中部支架进行更换时可对弯刀主体进行固定。

附图说明

图1是一种高速风洞攻角机构的轴测图；

图2是一种高速风洞攻角机构的主视图；

图3是一种高速风洞攻角机构的俯视图；

图4是顶轮机构与弯刀主体配合关系示意图；

图5是一种高速风洞攻角机构的原理图。

图中1-上支撑梁，2-上弧形滑轨，3-上直线滑轨，4-上传动杆，5-电动缸，6-顶轮机构，7-弯刀主体，8-平衡气缸，9-下传动杆，10-下直线滑轨，11-下弧形滑轨，12-下支撑梁，13-定位销，14-弯刀上部支架，15-弯刀中部支架，16-弯刀下部支架，17-固定顶轮，18-弹性顶轮，19-顶轮安装架，20-销钉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接（即为不可拆卸连接）包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1，结合图1-图5说明本实施例，本实施例的一种高速风洞攻角机构，包括上支撑梁1、上传动杆4、电动缸5、弯刀主体7、平衡气缸8、下传动杆9和下支撑梁12，弯刀主体7包括弯刀上部支架14、弯刀中部支架15和弯刀下部支架16，弯刀中部支架15的两端通过销钉20分别与弯刀上部支架14和弯刀下部支架16建立连接，弯刀中部支架15布置在试验段流场的内部，弯刀上部支架14和弯刀下部支架16布置在试验段流场外侧，保证流场内的阻塞度在一定的范围内，弯刀上部支架14滑动设置在上支撑梁1上，上支撑梁1上对称安装有两个电动缸5，电动缸5的输出端与上传动杆4建立连接，上传动杆4与弯刀上部支架14铰接，弯刀下部支架16滑动设置在下支撑梁12上，下支撑梁12上对称安装有两个平衡气缸8，平衡气缸8的输出端与下传动杆9建立连接，下传动杆9与弯刀下部支架16铰接；

本攻角机构将电动缸5的直线运动转化为弯刀主体7的圆周运动，通过控制电动缸5的形成来控制攻角的变化，行程与角度之间有固定的关系，如图5所示，A点坐标（

），B点坐标（

），当

为0时，

，电动缸5的伸缩量为s（以0度为基准点）：

经过系统调试测量，验明上述公式准确，得到的角度误差不超过1°。

电动缸5作为驱动系统给予弯刀主体7一个推力，平衡气缸8给予弯刀主体7的是拉力，电动缸5与平衡气缸8对于弯刀主体7的力矩均与重力产生的力矩方向相反，因此，当平衡气缸8的拉力增大时，电动缸5的力就可以减小，选用两组300mm的气缸，压力在0.7Mpa时，将本设备中的弯刀主体7的12t重力全部平衡掉，如此设置，电动缸5可以仅提供设备转动所需要的载荷即可，对于大型风洞攻角机构，弯刀重力矩与其运动所需的力矩相比是一个较大量，通常是倍数关系，因此平衡气缸8尤为重要。

实施例2，结合图1-图5说明本实施例，本实施例的一种高速风洞攻角机构，所述上支撑梁1上安装有上弧形滑轨2和上直线滑轨3，弯刀上部支架14的两侧壁上安装有滑块，通过滑块与上弧形滑轨2配合连接，电动缸5的输出端与上直线滑轨3配合安装，使电动缸5在全行程内的运行不发生偏移，保证电动缸5的直线输出精度，下支撑梁12上同样设置有下直线滑轨10和下弧形滑轨11，弯刀下部支架15的两侧壁上安装有滑块，通过滑块与下弧形滑轨11配合连接，平衡气缸8的输出端与下直线滑轨10配合安装，上弧形滑轨2、上直线滑轨3、下直线滑轨10和下弧形滑轨11皆为高精度滑轨，采用高精度弧形滑轨定位，提高攻角的定位精度，采用电动缸5驱动，提高攻角机构的调节精度、运行速度和效率。

实施例3，结合图1-图5说明本实施例，本实施例的一种高速风洞攻角机构，所述上支撑梁1和下支撑梁12上分别设置有多组顶轮机构6，本实施例中，顶轮机构6共设置四组，上支撑梁1与下支撑梁12上各安装两组顶轮机构6，每组顶轮机构6包括固定顶轮17、弹性顶轮18和顶轮安装架19，固定顶轮17和弹性顶轮18分别通过顶轮安装架19安装在上支撑梁1或下支撑梁12上，固定顶轮17与弹性顶轮18对称布置在弯刀主体7的两侧，同时固定顶轮17和弹性顶轮18与弯刀主体7接触，在弯刀主体7的上下部各设置两组顶轮机构6，增加弯刀主体7的侧向刚度，增加一组顶轮机构6可使弯刀主体7主体变形降低接近50％，增加两组顶轮机构6可使弯刀主体7变形降低接近达到60％，对于固有频率的影响更大，同时，由于变形的降低使攻角机构的角度精度也得到了提升，固定顶轮17和弹性顶轮18设计成锥形轮，其锥度及定位轴线根据顶轮安装位置进行调整，以使顶轮和弯刀之间的相对运动为滚动，减小顶轮与弯刀之间的摩擦，采用固定顶轮17和弹性顶轮18可保证弯刀主体7运行过程中刚度提高的同时具有一定的弹性，避免攻角机构出现卡滞现象。

实施例4，结合图1-图5说明本实施例，本实施例的一种高速风洞攻角机构，为保障系统安全及便于维护，在弯刀主体7的弯刀上部支架14和弯刀下部支架16上分别加工有定位销孔，在攻角机构闲置或维护时，将定位销13分别插入弯刀上部支架14和弯刀下部支架16的定位销孔内，攻角机构运转时先拔出定位销13，通过定位销13将弯刀上部支架14和弯刀下部支架16分别固定在上支撑梁1和下支撑梁12上，在设备不使用时降低驱动系统的负担，在机构检修时，将弯刀上部支架14和弯刀下部支架16固定后，可对弯刀中部支架15进行检修和更换。

本实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高速风洞攻角机构，其特征在于：包括上支撑梁(1)、上传动杆(4)、电动缸(5)、弯刀主体(7)、平衡气缸(8)、下传动杆(9)和下支撑梁(12)，弯刀主体(7)的两端滑动设置在上支撑梁(1)和下支撑梁(12)上，上支撑梁(1)上设置有电动缸(5)，电动缸(5)通过上传动杆(4)与弯刀主体(7)建立连接，下支撑梁(12)上设置有平衡气缸(8)，平衡气缸(8)通过下传动杆(9)与弯刀主体(7)建立连接；

所述弯刀主体(7)包括弯刀上部支架(14)、弯刀中部支架(15)和弯刀下部支架(16)，弯刀中部支架(15)的两端通过销钉(20)分别与弯刀上部支架(14)和弯刀下部支架(16)建立连接；所述上支撑梁(1)上设置有上弧形滑轨(2)，弯刀上部支架(14)通过上弧形滑轨(2)滑动设置在上支撑梁(1)上，所述下支撑梁(12)上设置有下弧形滑轨(11)，弯刀下部支架(16)通过下弧形滑轨(11)滑动设置在下支撑梁(12)上；

所述上支撑梁(1)和下支撑梁(12)上分别设置有多组顶轮机构(6)，顶轮机构(6)与弯刀主体(7)的侧壁接触；所述顶轮机构(6)包括固定顶轮(17)、弹性顶轮(18)和顶轮安装架(19)，固定顶轮(17)和弹性顶轮(18)对称设置在弯刀主体(7)的两侧，固定顶轮(17)和弹性顶轮(18)分别通过顶轮安装架(19)安装在上支撑梁(1)或下支撑梁(12)上；

所述电动缸(5)作为驱动系统给予弯刀主体(7)一个推力，平衡气缸(8)给予弯刀主体(7)的是拉力，电动缸(5)与平衡气缸(8)对于弯刀主体(7)的力矩均与重力产生的力矩方向相反，通过控制电动缸(5)的形成来控制攻角的变化，得到的角度误差小于1°。

2.根据权利要求1所述的一种高速风洞攻角机构，其特征在于：所述上支撑梁(1)上设置有上直线滑轨(3)，电动缸(5)的输出端滑动设置在上直线滑轨(3)上，所述下支撑梁(12)上设置有下直线滑轨(10)，平衡气缸(8)的输出端滑动设置在下直线滑轨(10)上。

3.根据权利要求1所述的一种高速风洞攻角机构，其特征在于：所述固定顶轮(17)和弹性顶轮(18)分别为锥形轮。

4.根据权利要求3所述的一种高速风洞攻角机构，其特征在于：所述弯刀上部支架(14)和弯刀下部支架(16)上分别加工有销孔，销孔内设置有定位销(13)。

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