CN115436007A - 一种可变截面的单支杆主动防窜气机构及防窜气方法 - Google Patents

Abstract

一种可变截面的单支杆主动防窜气机构及防窜气方法，属于风洞试验设备技术领域。本发明为了解决风洞试验过程单杆支撑试验过程，因防窜气结构刚性不足，容易引起风洞内流场不稳定，导致风洞试验数据不准确的问题。本发明包括主盖板，主盖板上加工有安装槽，安装槽内安装有防窜气装置，防窜气装置采用左右对称的布置方式布置在闭口风洞单支杆的两侧。本发明能够有效防止单支杆在迎角变化过程中由于水平投影面积不断变化而出现的窜气问题。

Description

一种可变截面的单支杆主动防窜气机构及防窜气方法

技术领域

本发明涉及一种可变截面的单支杆主动防窜气机构及防窜气方法，属于风洞试验设备技术领域。

背景技术

在风洞试验中，需要把试验模型支撑在气流流场中，模拟试验模型在气流流场内的状态，单支杆支撑是风洞闭口试验中最为重要的支撑方式，试验过程中，单支杆的一端安装有模型，单支杆的一端安装在迎角机构上，单支杆带动模型沿迎角机构进行俯仰角姿态变化，由于单支杆一部分位于风洞试验段内，另一部分处于试验段外。为了保证风洞内的气压稳定，减少风洞内流场的能量损失，需对单支杆支撑装置进行防窜气处理。

目前，单支杆试验过程中较为成熟的防窜气装置主要有钢带防窜气结构与电机驱动防窜气结构。钢带防窜气结构由于钢板需要绕滚筒缠绕，因此钢带需要很薄，造成了钢带自身刚性较弱。当风速较高时，根据流体力学可知，风洞内外存在较大的压强差，因此钢带上下晃动严重，对风洞试验数据的精准度有较大影响。电机驱动防窜气结构复杂，对防窜气装置驱动电机与迎角机构驱动电机的同步性要求非常高，两套机构稍有不同步，就会造成防窜气装置的卡滞及损坏。同时，电机驱动防窜气装置空间尺寸大，成本高。此外，传统防窜气结构（钢板防窜气结构与电机驱动防窜气结构）与支杆接触部位为固定圆截面，当机构进行迎角变化时，支杆水平投影面积不断变化，并不是一固定圆截面，因此传统防窜气结构无法进行有效防窜气，导致了风洞内外有窜气现象出现，极大的影响了风洞试验数据的精准度。

发明内容

本发明为了解决风洞试验过程单杆支撑试验过程，因防窜气结构刚性不足，容易引起风洞内流场不稳定，导致风洞试验数据不准确的问题。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。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，包括主盖板，主盖板上加工有安装槽，安装槽内安装有防窜气装置， 防窜气装置采用左右对称的布置方式布置在闭口风洞单支杆的两侧。

优选的：所述防窜气装置包括滚轴安装座、滚轴、滚筒、涡卷弹簧、移动板、对接板、伸缩板和弹性胶条，所述滚轴安装座安装在主盖板的下部，滚轴固定安装在滚轴安装座上，滚筒通过轴承安装在滚轴上，滚轴上还套装有涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端固定滚轴上，涡卷弹簧的另一端固定在滚筒的内壁上，所述移动板安装在安装槽内，移动板的一端固定在滚筒的外侧，移动板的另一端固定有对接板，所述对接板内安装有伸缩板，伸缩板通过伸缩装置与对接板配合安装，所述伸缩板前缘加工有与单支杆相适配的圆弧槽，伸缩板前缘粘贴弹性胶条，弹性胶条粘贴正在圆弧槽内。

优选的：所述滚筒为正多边形的滚筒。

优选的：所述伸缩装置包括压缩弹簧、导向轴、第一固定座和第二固定座，第一固定座和第二固定座分别固定在对接板和伸缩板的下端面，导向轴穿过第一固定座和第二固定座，导向轴的两端安装有螺母，导向轴上套装有压缩弹簧。压缩弹簧的两端分别抵靠在第一固定座和第二固定座上。

优选的：所述主盖板上加工有第一台阶部和第二台阶部，第二台阶部上安装有侧盖板，所述侧盖板的内侧和第一台阶部上均安装有万向球，侧盖板与第一台阶部形成支撑移动板滑动的滑道。

优选的：所述移动板包括多个依次连接的移动板本体，移动板本体为长方体，移动板本体的一端具有转轴部，移动板本体的另一端具有圆形槽，移动板本体的两侧具有支撑部，相邻的两个移动板本体连接时，其中一个移动板本体上的转轴部插入到另一个移动板本体的圆形槽内，移动板通过支撑部实现在滑道内滑动。

优选的：左右对称的布置的防窜气装置采用连接板连接。

一种可变截面的单支杆主动防窜气方法，包括以下步骤：

步骤1.将一种可变截面的单支杆主动防窜气机构的主盖板安装到风洞的转盘上，并在主盖板与转盘的安装交界处密封处理；

步骤2.将单支杆安装在迎角机构上，随后将单支杆安装到防窜气装置内，使左右对称的防窜气装置布置在单支杆的两侧，并使伸缩板上弹性胶条紧密贴合在单支杆的四周；

步骤3.单支杆随迎角机构进行俯仰角度变化时，安装在滚筒内的涡卷弹簧为防窜气机构提供主动跟随势能，保证单支杆左右两侧的对接板实时跟随单支杆同步运动，对接板中间的滑动槽内安装伸缩板，伸缩板在伸缩装置的作用下，保证伸缩板前缘的弹性胶条始终紧密贴合在单支杆的外侧，有效防止单支杆在迎角变化过程中由于水平投影面积不断变化而出现的窜气问题。

本发明有益效果在于：一种可变截面的单支杆主动防窜气机构及防窜气方法，在闭口风洞单支杆支撑试验过程中能有效解决由于单支杆运行过程中引起的窜气问题。单支杆支撑装置在迎角变化过程中，单支杆水平投影面积不断变化，而对称布置的伸缩板前缘弹性胶条始终紧贴单支杆，防止窜气出现。同时，移动板刚性高，大风速试验过程中运行平稳且无晃动，避免了传统窜气结构刚性不足而产生的上下晃动对试验数据精准度的影响。此外，该机构占用空间小，结构紧凑，安装简单，成本低。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是防窜气装置的立体图一；

图3是滚筒、滚轴和滚轴安装座的安装结构截面图；

图4是防窜气装置的立体图二；

图5是伸缩装置的立体图；

图6是主盖板的立体图一；

图7是主盖板的立体图二；

图8是移动板本体的立体图；

图9是滚轴、滚筒及移动板的配合安装立体图；

图10是本发明的主视图；

图11是本发明的俯视图；

图12是本发明的仰视图；

图13是使用钢带防窜气结构时风洞内风速流向示意图；

图中，1-主盖板，2-安装槽，3-防窜气装置，4-单支杆，5-滚轴安装座，6-滚轴，7-滚筒，8-涡卷弹簧，9-移动板，10-对接板，11-伸缩板，12-弹性胶条，13-伸缩装置，14-压缩弹簧，15-导向轴，16-第一固定座，17-第二固定座，18-螺母，19-第一台阶部，20-第二台阶部，21-侧盖板，22-万向球，23-移动板本体，24-转轴部，25-圆形槽，26-支撑部，27-滑道，28-连接板，29-转盘，30-迎角机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

具体实施方式一：

结合说明书附图1-图13，说明本实施方式，本实施方式公开了一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，包括主盖板1，主盖板1上加工有安装槽2，安装槽2内安装有防窜气装置3， 防窜气装置3采用左右对称的布置方式布置在闭口风洞单支杆4的两侧。

所述防窜气装置3包括滚轴安装座5、滚轴6、滚筒7、涡卷弹簧8、移动板9、对接板10、伸缩板11和弹性胶条12，所述滚轴安装座5安装在主盖板1的下部，滚轴6固定安装在滚轴安装座5上，滚筒7通过轴承安装在滚轴6上，滚轴6上还套装有涡卷弹簧8，涡卷弹簧8的一端固定滚轴6上，涡卷弹簧8的另一端固定在滚筒7的内壁上，所述移动板9安装在安装槽2内，移动板9的一端固定在滚筒7的外侧，移动板9的另一端固定有对接板10，所述对接板10内安装有伸缩板11，伸缩板11通过伸缩装置13与对接板10配合安装，所述伸缩板11前缘加工有与单支杆4相适配的圆弧槽，伸缩板11前缘粘贴弹性胶条12，弹性胶条12粘贴正在圆弧槽内。左右对称的布置的防窜气装置3采用连接板28连接，具体的，左右的防窜气装置3上对接板10采用连接板28连接。

此外，移动板9与滚筒7和对接板10的安装结构关系也可以描述为：前端的移动板9与滚筒7外侧固定，末端的移动板9与对接板10固定。左右对称布置的两个对接板10用连接板28连接。对接板10中间的滑动槽内安装伸缩板11，伸缩板11前缘粘贴弹性胶条12。

闭口风洞单支杆试验过程中，单支杆4安装在迎角机构30上，可根据试验需求进行俯仰角度变化。主盖板1是可变截面的单支杆主动防窜气机构安装基础，安装在转盘29上，滚轴安装座5安装在主盖板1下部，滚轴6固定在两个滚轴安装座5上，滚轴6的两端（外侧）安装有滚轴端盖，防止滚轴6运行过程中轴向窜动。滚筒7通过轴承套在滚轴6外侧，涡卷弹簧8一端固定在滚轴6上，一端与滚筒7固定，移动板9相互间可绕转轴6的轴线实现一定角度范围内的旋转，移动板9紧密的缠绕在外形为正多边形的滚筒7外侧。当单支杆4进行俯仰角度变化时，涡卷弹簧8可为防窜气机构提供主动跟随势能，保证左右两侧的对接板10实时跟随单支杆4同步运动。

在本实施例中，如图13所示，给出使用钢带的防窜气结构时，由于钢带上下晃动严重，导致钢带附近的局部气流发生变化，对风洞试验数据的精准度有较大影响。与这种结构不同的是，本实施例的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构中使用移动板9，由于其厚度较厚，因此其刚性较高，在大风速下的稳定性更好，保证了试验数据的精准度。

具体实施方式二：

结合说明书附图1-图12，说明本实施方式，本实施方式公开了一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，所述滚筒7为正多边形的滚筒。如此设置，滚筒7外形为正多边形，其边数及边长按照包裹在其外侧的移动板9的宽度、旋转角度设计，保证了移动板9包裹在其外侧后结构更为紧凑，同时传递的有效扭矩更大，从而实现移动板9紧密的缠绕在外形为正多边形的滚筒7外侧，防止在试验过程移动板9的晃动。

具体实施方式三：

结合说明书附图1-图12，说明本实施方式，本实施方式公开了一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，所述伸缩装置13包括压缩弹簧14、导向轴15、第一固定座16和第二固定座17，第一固定座16和第二固定座17分别固定在对接板10和伸缩板11的下端面，导向轴15穿过第一固定座16和第二固定座17，导向轴15的两端安装有螺母18，导向轴15上套装有压缩弹簧14。压缩弹簧14的两端分别抵靠在第一固定座16和第二固定座17上。如此设置，导向轴15安装在对接板10与伸缩板11之间的内孔中，压缩弹簧14安装在导向轴15外侧，导向轴15两端采用双螺母18锁紧。压缩弹簧14提供推力，在压缩弹簧14的作用下，伸缩板11前缘的弹性胶条12始终紧密贴合在单支杆4外侧，可有效防止单支杆4在迎角变化过程中由于水平投影面积不断变化而出现的窜气问题。

具体实施方式四：

结合说明书附图1-图12，说明本实施方式，本实施方式公开了一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，所述主盖板1上加工有第一台阶部19和第二台阶部20，第二台阶部20上安装有侧盖板21，所述侧盖板21的内侧和第一台阶部19上均安装有万向球22，侧盖板21与第一台阶部19形成支撑移动板9滑动的滑道27。侧盖板21安装在主盖板1上，万向球22上下对称安装在侧盖板21与第一台阶部19内部，移动板9两侧安装在上下对称布置的万向球22中间，保证了移动板9在跟随单支杆角度变化过程中运动的顺畅性。

进一步地、所述移动板9包括多个依次连接的移动板本体23，移动板本体23为长方体，移动板本体23的一端具有转轴部24，移动板本体23的另一端具有圆形槽25，移动板本体23的两侧具有支撑部26，相邻的两个移动板本体23连接时，其中一个移动板本体23上的转轴部24插入到另一个移动板本体23的圆形槽25内，移动板本体23相互间可绕转轴部24的轴线实现一定角度范围内的旋转，从而保证移动板9紧密的缠绕在外形为正多边形的滚筒7外侧。移动板9通过支撑部26实现在滑道27内滑动。

具体实施方式五：

结合说明书附图1-图12，说明本实施方式，本实施方式公开了一种可变截面的单支杆主动防窜气方法，包括以下步骤：

步骤1.将一种可变截面的单支杆主动防窜气机构的主盖板1安装到风洞的转盘29上，并在主盖板1与转盘29的安装交界处密封处理（打胶密封）；

其中转盘29是风洞下壁面内的圆形盘面，风洞转盘为行业内常用设备，操作人员可站在上面进行模型状态更换。

步骤2.将单支杆4安装在迎角机构30上，随后将单支杆4安装到防窜气装置3内，使左右对称的防窜气装置3布置在单支杆4的两侧，并使伸缩板11上弹性胶条12紧密贴合在单支杆4的四周；

步骤3.单支杆4随迎角机构30进行俯仰角度变化时，安装在滚筒7内的涡卷弹簧8为防窜气机构提供主动跟随势能，保证单支杆4左右两侧的对接板10实时跟随单支杆4同步运动，对接板10中间的滑动槽内安装伸缩板11，伸缩板11在伸缩装置13的作用下，保证伸缩板11前缘的弹性胶条12始终紧密贴合在单支杆4的外侧，有效防止单支杆4在迎角变化过程中由于水平投影面积不断变化而出现的窜气问题。

采用上述方法，闭口风洞单支杆4在迎角变化过程中水平投影面积不断变化，防窜气机构可主动跟随单支杆4的运动轨迹，并始终紧密贴合在单支杆外侧，防止窜气现象出现。同时，防窜气机构的移动板刚性高，大风速试验过程中运行平稳且无晃动，避免了传统窜气结构刚性不足而产生的上下晃动对试验数据精准度的影响。此外，该机构占用空间小，结构紧凑，安装简单，成本低。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，包括主盖板（1），主盖板（1）上加工有安装槽（2），其特征在于：安装槽（2）内安装有防窜气装置（3）， 防窜气装置（3）采用左右对称的布置方式布置单支杆（4）的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：所述防窜气装置（3）包括滚轴安装座（5）、滚轴（6）、滚筒（7）、涡卷弹簧（8）、移动板（9）、对接板（10）、伸缩板（11）和弹性胶条（12），所述滚轴安装座（5）安装在主盖板（1）的下部，滚轴（6）固定安装在滚轴安装座（5）上，滚筒（7）通过轴承安装在滚轴（6）上，滚轴（6）上还套装有涡卷弹簧（8），涡卷弹簧（8）的一端固定滚轴（6）上，涡卷弹簧（8）的另一端固定在滚筒（7）的内壁上，所述移动板（9）安装在安装槽（2）内，移动板（9）的一端固定在滚筒（7）的外侧，移动板（9）的另一端固定有对接板（10），所述对接板（10）内安装有伸缩板（11），伸缩板（11）通过伸缩装置（13）与对接板（10）配合安装，所述伸缩板（11）前缘加工有与单支杆（4）相适配的圆弧槽，伸缩板（11）前缘粘贴弹性胶条（12），弹性胶条（12）粘贴正在圆弧槽内。

3.根据权利要求2所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：所述滚筒（7）为正多边形的滚筒。

4.根据权利要求2所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：所述伸缩装置（13）包括压缩弹簧（14）、导向轴（15）、第一固定座（16）和第二固定座（17），第一固定座（16）和第二固定座（17）分别固定在对接板（10）和伸缩板（11）的下端面，导向轴（15）穿过第一固定座（16）和第二固定座（17），导向轴（15）的两端安装有螺母（18），导向轴（15）上套装有压缩弹簧（14），压缩弹簧（14）的两端分别抵靠在第一固定座（16）和第二固定座（17）上。

5.根据权利要求2所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：所述主盖板（1）上加工有第一台阶部（19）和第二台阶部（20），第二台阶部（20）上安装有侧盖板（21），所述侧盖板（21）的内侧和第一台阶部（19）上均安装有万向球（22），侧盖板（21）与第一台阶部（19）形成支撑移动板（9）滑动的滑道（27）。

6.根据权利要求5所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：所述移动板（9）包括多个依次连接的移动板本体（23），移动板本体（23）为长方体，移动板本体（23）的一端具有转轴部（24），移动板本体（23）的另一端具有圆形槽（25），移动板本体（23）的两侧具有支撑部（26），相邻的两个移动板本体（23）连接时，其中一个移动板本体（23）上的转轴部（24）插入到另一个移动板本体（23）的圆形槽（25）内，移动板（9）通过支撑部（26）实现在滑道（27）内滑动。

7.根据权利要求1所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构，其特征在于：左右对称的布置的防窜气装置（3）采用连接板（28）连接。

8.一种可变截面的单支杆主动防窜气方法，该方法是基于权利要求1-7所述的一种可变截面的单支杆主动防窜气机构实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将一种可变截面的单支杆主动防窜气机构的主盖板（1）安装到风洞的转盘（29）上，并在主盖板（1）与转盘（29）的安装交界处密封处理；

步骤2.将单支杆（4）安装在迎角机构（30）上，随后将单支杆（4）安装到防窜气装置（3）内，使左右对称的防窜气装置（3）布置在单支杆（4）的两侧，并使伸缩板（11）上弹性胶条（12）紧密贴合在单支杆（4）的四周；

步骤3.单支杆（4）随迎角机构（30）进行俯仰角度变化时，安装在滚筒（7）内的涡卷弹簧（8）为防窜气机构提供主动跟随势能，保证单支杆（4）左右两侧的对接板（10）实时跟随单支杆（4）同步运动，对接板（10）中间的滑动槽内安装伸缩板（11），伸缩板（11）在伸缩装置（13）的作用下，保证伸缩板（11）前缘的弹性胶条（12）始终紧密贴合在单支杆（4）的外侧，有效防止单支杆（4）在迎角变化过程中由于水平投影面积不断变化而出现的窜气问题。

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