CN115219146B - 一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高速风洞试验技术领域，公开了一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置及其调节方法。该双向平动假尾支装置采用内外三层嵌套结构，通过假尾支杆的纵向和横向两个平动自由度，兼顾试验模型的纵向移动和横向移动；通过尽量增大两个纵向导向柱之间的间距，或者增大两组横向导向柱之间的间距，有效降低了纵向或者横向机械间隙对运动位置精准度的影响，解决了机械装配误差需修正的问题。该双向平动假尾支装置的调节方法解决了假尾支杆转动带来的模型腔内前后间隙差异较大的问题，从而减小了试验误差。

Description

一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置及其调节方法
技术领域
本发明属于高速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置及其调节方法。
背景技术
支撑干扰是高速风洞试验一个由来已久且不可回避的问题，为了获得更加准确的气动数据，需要设计专门的支撑干扰试验扣除主支撑的支撑干扰。高速风洞中常见的主支撑形式是尾支撑，为了扣除尾支撑干扰，可采用腹支撑、翼尖支撑、垂尾支撑、张线条带支撑等作为辅助支撑。
在支撑干扰试验中，由于模型受载后会使得天平和支撑系统产生较大的弹性变形，假尾支杆极易与模型发生碰撞导致试验无法进行，即便是在模型的小迎角状态，假尾支杆与模型尚未碰撞时，由于假尾支杆与模型的相对位置关系随迎角变化较大，也会导致假尾支杆的模拟存在较大失真，从而额外增大了试验误差。为了解决该问题，需研制假尾支杆随动装置以实现假尾支杆相对模型的实时对中，一方面可避免模型与假尾支杆发生碰撞从而获得更大迎角下的更准确支撑干扰量，另一方面，还可以使假尾支杆按照指令进行运动，改变假尾支杆与模型之间的间隙，从而研究间隙大小对支撑干扰量的影响。
为了获得准确的支撑干扰试验结果，假尾支杆外形与真实尾支撑外形需保持一致，因此假尾支装置外形尺寸受到严格限制，传统方法一般采用假尾支杆转动技术方案，通过铰链实现假尾支杆纵向转动一个自由度的运动。但是，当采用腹支撑作为辅助支撑时，模型相对假尾支杆的移动主要表现为平动而非转动，若采用假尾支杆转动方案则会导致模型腔内前后间隙存在明显差异，从而增加试验误差，而且，在大型高速风洞中，假尾支杆和模型这两套悬臂系统的长度通常超过1米，实践中由于机械装配误差，假尾支杆在水平横向也需要修正，才能保持假尾支杆位于模型内腔的正中心。
为了更准确地模拟尾支杆相对模型的位置关系，当前亟需发展一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置及其调节方法。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置的调节方法。
本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置，其特点是，所述的双向平动假尾支装置包括从前至后顺序连接的假尾支杆、双向平动假尾支和底座固定端，假尾支杆、双向平动假尾支和底座固定端的中心轴线平行，底座固定端的中心轴线与高速风洞的中心轴线重合；假尾支杆的前端安装有位移传感器；
所述的双向平动假尾支包括安装在底座固定端内腔的电机，电机的传动轴连接换向器，电机外接控制器；还包括套装在换向器外部、从内至外依次设置的三层结构，分别为第一层、第二层和第三层；
第一层的壳体Ⅰ的上顶面和下底面开有与换向器的纵向驱动轴相匹配的通孔，纵向驱动轴垂直于高速风洞的中心轴线，纵向驱动轴向上、向下通过通孔穿出壳体Ⅰ；壳体Ⅰ的前后两端各固定1根与纵向驱动轴平行的纵向导向柱；在壳体Ⅰ的前后两端、靠近纵向驱动轴、对应的纵向导向柱的内侧各固定1组与纵向导向柱垂直的横向导向柱；每组横向导向柱有2根，上方1根，下方1根；横向导向柱的左右两端设置有内螺纹；
第二层的壳体Ⅱ的后端与底座固定端固定连接，壳体Ⅱ上设置有与纵向导向柱相匹配的通孔，电机带动第一层的壳体Ⅰ在壳体Ⅱ内上下运动；壳体Ⅱ的上顶面和下底面开有槽口，第一层上方的横向导向柱向上伸出槽口，位于第二层的壳体Ⅱ的上方，第一层下方的横向导向柱向下伸出槽口，位于第二层的壳体Ⅱ的下方；
第三层的壳体Ⅲ的前端与假尾支杆固定连接，壳体Ⅲ上设置有与横向导向柱相匹配的通孔，壳体Ⅲ沿横向导向柱左右运动，运动到位后，通过拧入横向导向柱的左右两端内螺纹的螺钉固定并定位第三层与第一层的相对位置。
进一步地，所述的纵向导向柱之间的距离大于等于假尾支杆全长的1/4。
进一步地，所述的纵向驱动轴采用直线电缸或丝杠螺母驱动。
本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的调节方法，包括以下步骤：
S10.将双向平动假尾支通过底座固定端安装在高速风洞中部支架的接口上；
S20.将试验模型通过辅助支撑装置安装在高速风洞试验段内，假尾支杆伸入试验模型底部空腔；
S30.测量假尾支杆与试验模型底部空腔的间隙，如果同时存在水平横向安装误差和竖直纵向安装误差，则先手动调整水平横向安装误差，再电动调整竖直纵向安装误差；如果只有竖直纵向安装误差，则用螺钉将第一层的横向导向柱与第三层锁紧，消除横向导向柱与第三层之前的滑动间隙，再继续调整竖直纵向安装误差；
S31.水平横向安装误差调整方法
松开拧入横向导向柱的左右两端内螺纹的螺钉，通过手动方式，推动第三层带动假尾支杆沿横向导向柱左右运动，直至假尾支杆位于试验模型底部空腔的横向中心，再拧紧螺钉，将第三层固定并定位在第一层的横向导向柱上；
S32.竖直纵向安装误差调整方法
电机通过传动轴带动第一层上下运动，同时第一层带动第三层上下运动，直至假尾支杆位于试验模型底部空腔的纵向中心；
S40.进行高速风洞试验模型测力试验
开展高速风洞测力试验，在试验过程中，位移传感器测量假尾支杆与试验模型底部空腔的上下间隙，如果试验模型相对假尾支发生移动，则位移传感器探测到上下间隙发生变化，控制器控制电机正转或反转，实现假尾支杆跟随试验模型运动，保证假尾支杆位于试验模型底部空腔中心；
S50.进行高速风洞尾支杆影响测力试验
设计尾支杆影响试验计划表，以假尾支杆位于试验模型底部空腔中心为初始位置，按照等间距向上移动假尾支杆或者向下移动假尾支杆，在每个设定的位置处进行试验模型测力，将获得的高速风洞尾支杆影响测力试验结果与S40对应的高速风洞测力试验结果进行对比分析，获得高速风洞尾支杆影响量。
本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置采用内外三层嵌套结构，通过假尾支杆的纵向和横向两个平动自由度，兼顾试验模型的纵向移动和横向移动；通过尽量增大两个纵向导向柱之间的间距，或者增大两组横向导向柱之间的间距，有效降低了纵向或者横向机械间隙对运动位置精准度的影响，解决了机械装配误差需修正的问题。
本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的调节方法解决了假尾支杆转动带来的模型腔内前后间隙差异较大的问题，从而减小了试验误差。
附图说明
图1为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的总体结构示意图；
图2为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第一层示意图（正视图）；
图3为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第一层示意图（立体图）；
图4为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第二层示意图（正视图）；
图5为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第二层示意图（立体图）；
图6为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第二层安装示意图（正视图）；
图7为本发明的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的第二层安装示意图（立体图）。
图中，1.假尾支杆；2.双向平动假尾支；3.底座固定端；
201.第一层；202.第二层；203.第三层；204.纵向导向柱；205.横向导向柱；206.纵向驱动轴；207.位移传感器；208.电机；209.传动轴；210.换向器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
如图1~图7所示，本实施例的用于高速风洞的双向平动假尾支装置包括从前至后顺序连接的假尾支杆1、双向平动假尾支2和底座固定端3，假尾支杆1、双向平动假尾支2和底座固定端3的中心轴线平行，底座固定端3的中心轴线与高速风洞的中心轴线重合；假尾支杆1的前端安装有位移传感器207；
所述的双向平动假尾支2包括安装在底座固定端3内腔的电机208，电机208的传动轴209连接换向器210，电机208外接控制器；还包括套装在换向器210外部、从内至外依次设置的三层结构，分别为第一层201、第二层202和第三层203；
第一层201的壳体Ⅰ的上顶面和下底面开有与换向器210的纵向驱动轴206相匹配的通孔，纵向驱动轴206垂直于高速风洞的中心轴线，纵向驱动轴206向上、向下通过通孔穿出壳体Ⅰ；壳体Ⅰ的前后两端各固定1根与纵向驱动轴206平行的纵向导向柱204；在壳体Ⅰ的前后两端、靠近纵向驱动轴206、对应的纵向导向柱204的内侧各固定1组与纵向导向柱204垂直的横向导向柱205；每组横向导向柱205有2根，上方1根，下方1根；横向导向柱205的左右两端设置有内螺纹；
第二层202的壳体Ⅱ的后端与底座固定端3固定连接，壳体Ⅱ上设置有与纵向导向柱204相匹配的通孔，电机208带动第一层201的壳体Ⅰ在壳体Ⅱ内上下运动；壳体Ⅱ的上顶面和下底面开有槽口，第一层201上方的横向导向柱205向上伸出槽口，位于第二层202的壳体Ⅱ的上方，第一层201下方的横向导向柱205向下伸出槽口，位于第二层202的壳体Ⅱ的下方；
第三层203的壳体Ⅲ的前端与假尾支杆1固定连接，壳体Ⅲ上设置有与横向导向柱205相匹配的通孔，壳体Ⅲ沿横向导向柱205左右运动，运动到位后，通过拧入横向导向柱205的左右两端内螺纹的螺钉固定并定位第三层203与第一层201的相对位置。
进一步地，所述的纵向导向柱204之间的距离大于等于假尾支杆1全长的1/4。
进一步地，所述的纵向驱动轴206采用直线电缸或丝杠螺母驱动。
本实施例的用于高速风洞的双向平动假尾支装置的调节方法，包括以下步骤：
S10.将双向平动假尾支2通过底座固定端3安装在高速风洞中部支架的接口上；
S20.将试验模型通过辅助支撑装置安装在高速风洞试验段内，假尾支杆1伸入试验模型底部空腔；
S30.测量假尾支杆1与试验模型底部空腔的间隙，如果同时存在水平横向安装误差和竖直纵向安装误差，则先手动调整水平横向安装误差，再电动调整竖直纵向安装误差；如果只有竖直纵向安装误差，则用螺钉将第一层201的横向导向柱205与第三层203锁紧，消除横向导向柱205与第三层203之前的滑动间隙，再继续调整竖直纵向安装误差；
S31.水平横向安装误差调整方法
松开拧入横向导向柱205的左右两端内螺纹的螺钉，通过手动方式，推动第三层203带动假尾支杆1沿横向导向柱205左右运动，直至假尾支杆1位于试验模型底部空腔的横向中心，再拧紧螺钉，将第三层203固定并定位在第一层201的横向导向柱205上；
S32.竖直纵向安装误差调整方法
电机208通过传动轴209带动第一层201上下运动，同时第一层201带动第三层203上下运动，直至假尾支杆1位于试验模型底部空腔的纵向中心；
S40.进行高速风洞试验模型测力试验
开展高速风洞测力试验，在试验过程中，位移传感器207测量假尾支杆1与试验模型底部空腔的上下间隙，如果试验模型相对假尾支发生移动，则位移传感器207探测到上下间隙发生变化，控制器控制电机208正转或反转，实现假尾支杆1跟随试验模型运动，保证假尾支杆1位于试验模型底部空腔中心；
S50.进行高速风洞尾支杆影响测力试验
设计尾支杆影响试验计划表，以假尾支杆1位于试验模型底部空腔中心为初始位置，按照等间距向上移动假尾支杆1或者向下移动假尾支杆1，在每个设定的位置处进行试验模型测力，将获得的高速风洞尾支杆影响测力试验结果与S40对应的高速风洞测力试验结果进行对比分析，获得高速风洞尾支杆影响量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置，其特征在于，所述的双向平动假尾支装置包括从前至后顺序连接的假尾支杆（1）、双向平动假尾支（2）和底座固定端（3），假尾支杆（1）、双向平动假尾支（2）和底座固定端（3）的中心轴线平行，底座固定端（3）的中心轴线与高速风洞的中心轴线重合；假尾支杆（1）的前端安装有位移传感器（207）；
所述的双向平动假尾支（2）包括安装在底座固定端（3）内腔的电机（208），电机（208）的传动轴（209）连接换向器（210），电机（208）外接控制器；还包括套装在换向器（210）外部、从内至外依次设置的三层结构，分别为第一层（201）、第二层（202）和第三层（203）；
第一层（201）的壳体Ⅰ的上顶面和下底面开有与换向器（210）的纵向驱动轴（206）相匹配的通孔，纵向驱动轴（206）垂直于高速风洞的中心轴线，纵向驱动轴（206）向上、向下通过通孔穿出壳体Ⅰ；壳体Ⅰ的前后两端各固定1根与纵向驱动轴（206）平行的纵向导向柱（204）；在壳体Ⅰ的前后两端、靠近纵向驱动轴（206）、对应的纵向导向柱（204）的内侧各固定1组与纵向导向柱（204）垂直的横向导向柱（205）；每组横向导向柱（205）有2根，上方1根，下方1根；横向导向柱（205）的左右两端设置有内螺纹；
第二层（202）的壳体Ⅱ的后端与底座固定端（3）固定连接，壳体Ⅱ上设置有与纵向导向柱（204）相匹配的通孔，电机（208）带动第一层（201）的壳体Ⅰ在壳体Ⅱ内上下运动；壳体Ⅱ的上顶面和下底面开有槽口，第一层（201）上方的横向导向柱（205）向上伸出槽口，位于第二层（202）的壳体Ⅱ的上方，第一层（201）下方的横向导向柱（205）向下伸出槽口，位于第二层（202）的壳体Ⅱ的下方；
第三层（203）的壳体Ⅲ的前端与假尾支杆（1）固定连接，壳体Ⅲ上设置有与横向导向柱（205）相匹配的通孔，壳体Ⅲ沿横向导向柱（205）左右运动，运动到位后，通过拧入横向导向柱（205）的左右两端内螺纹的螺钉固定并定位第三层（203）与第一层（201）的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置，其特征在于，所述的纵向导向柱（204）之间的距离大于等于假尾支杆（1）全长的1/4。
3.根据权利要求1所述的一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置，其特征在于，所述的纵向驱动轴（206）采用直线电缸或丝杠螺母驱动。
4.一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置的调节方法，其用于调节权利要求1~3中的任意一种用于高速风洞的双向平动假尾支装置，其特征在于，包括以下步骤：
S10.将双向平动假尾支（2）通过底座固定端（3）安装在高速风洞中部支架的接口上；
S20.将试验模型通过辅助支撑装置安装在高速风洞试验段内，假尾支杆（1）伸入试验模型底部空腔；
S30.测量假尾支杆（1）与试验模型底部空腔的间隙，如果同时存在水平横向安装误差和竖直纵向安装误差，则先手动调整水平横向安装误差，再电动调整竖直纵向安装误差；如果只有竖直纵向安装误差，则用螺钉将第一层（201）的横向导向柱（205）与第三层（203）锁紧，消除横向导向柱（205）与第三层（203）之前的滑动间隙，再继续调整竖直纵向安装误差；
S31.水平横向安装误差调整方法
松开拧入横向导向柱（205）的左右两端内螺纹的螺钉，通过手动方式，推动第三层（203）带动假尾支杆（1）沿横向导向柱（205）左右运动，直至假尾支杆（1）位于试验模型底部空腔的横向中心，再拧紧螺钉，将第三层（203）固定并定位在第一层（201）的横向导向柱（205）上；
S32.竖直纵向安装误差调整方法
电机（208）通过传动轴（209）带动第一层（201）上下运动，同时第一层（201）带动第三层（203）上下运动，直至假尾支杆（1）位于试验模型底部空腔的纵向中心；
S40.进行高速风洞试验模型测力试验
开展高速风洞测力试验，在试验过程中，位移传感器（207）测量假尾支杆（1）与试验模型底部空腔的上下间隙，如果试验模型相对假尾支发生移动，则位移传感器（207）探测到上下间隙发生变化，控制器控制电机（208）正转或反转，实现假尾支杆（1）跟随试验模型运动，保证假尾支杆（1）位于试验模型底部空腔中心；
S50.进行高速风洞尾支杆影响测力试验
设计尾支杆影响试验计划表，以假尾支杆（1）位于试验模型底部空腔中心为初始位置，按照等间距向上移动假尾支杆（1）或者向下移动假尾支杆（1），在每个设定的位置处进行试验模型测力，将获得的高速风洞尾支杆影响测力试验结果与S40对应的高速风洞测力试验结果进行对比分析，获得高速风洞尾支杆影响量。
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