CN115683540A - 一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，涉及高速空气动力试验设备及模型动态、静态支撑技术领域，包括：X机构；Y机构，其设置在X机构的内侧；侧滑基座，其设置在Y机构的内侧，侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；迎角机构，其滑动设置在侧滑基座上，迎角机构内侧滑动安装有弯刀支架，弯刀支架的上端安装有模型支杆。本发明提供的四自由度模型支撑机构具有定位精度高、承载能力大的特点，具备尾支撑、腹支撑的支撑方式，连接模型的支撑方式拓展性强，适用于大堵塞度、大载荷的高速自由射流风洞模型支撑。

Description

一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构

技术领域

本发明属于高速空气动力试验设备及模型动态、静态支撑技术领域，具体涉及一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构。

背景技术

高速风洞是空气动力试验高速范围的关键试验设备，用于产生精确马赫数的气流，与精确支撑的模型作用，准确模拟和测量多种条件下飞行器的气动特性。高速风洞通常为闭口风洞，高速自由射流风洞是一类新型高速风洞，其试验段形式为开口结构，与常规闭口风洞相比，具有更大的试验段空间和更大的允许堵塞度。模型支撑机构是风洞的核心支撑机构，在高速自由射流风洞中，更大尺寸的模型带来更大的载荷，为了适应多种试验类型的需要，采用了具备投放（Y方向）功能的四自由度机构，并且使该四自由度机构具备五种模型支撑连接形式，适应多种类型的试验需求。

目前国内的高速风洞多为闭口风洞，其模型支撑机构多为单迎角机构，配合双转轴可以改变侧滑角，但改变侧滑角会导致迎角改变，且该装置承载能力较差；少数具备Y方向和X方向自由度机构运动能力的装置受制于弯刀支架支撑模式，承载能力偏小，支撑连接方式少。在大型高速射流风洞试验中，模型尺寸、载荷大幅增加，单纯依靠弯刀支架支撑的传统形式已经越来越不满足一些特殊试验的试验需求，尤其是一些测试部件尺寸大、结构形式特殊、结构强度刚度弱、需要多部位支撑。这就需要研究出一种模型支撑机构，既能提供多自由度运动能力，又具备灵活多样的支撑能力。

需要为某大型高速自由射流风洞研制一套模型支撑机构，该机构应具备四个运动自由度，即：两个角度自由度（迎角和侧滑角）和两个直线自由度（X方向和Y方向），两个角度自由度之间要解耦；同时该机构应具备多种模型支撑方式、能准确定位模型姿态、承载能力强、结构紧凑等特点。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和优点，提供了一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，包括：

X机构；

Y机构，其设置在所述X机构的内侧，且所述Y机构与X机构在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座，其设置在所述Y机构的内侧，且所述侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；

迎角机构，其滑动设置在所述侧滑基座上，所述迎角机构内侧滑动安装有弯刀支架，所述弯刀支架的上端安装有模型支杆。

优选的是，其中，所述X机构的结构包括：

X机构框架，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨，同侧的两组水平直线导轨之间安装有X机构伺服油缸；

所述Y机构的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块，每组连X机构滑块均对应滑动安装在所述水平直线导轨上；

所述Y机构的外侧固定设置有X机构油缸连接座，所述X机构伺服油缸的活塞杆与X机构油缸连接座相接。

优选的是，其中，所述Y机构的结构包括：

Y机构框架，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨，同侧的两组竖直直线导轨之间安装有Y机构伺服油缸；

所述侧滑基座的两侧分别固定有两组连Y机构滑块，每组连Y机构滑块均对应滑动安装在所述竖直直线导轨上；

所述侧滑基座的两侧分别固定设置有Y机构伺服油缸连接座，所述Y机构伺服油缸的活塞杆与Y机构伺服油缸连接座相接。

优选的是，其中，所述侧滑基座的结构包括：

侧滑基座框架，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座上表面设置有侧滑基座旋心孔和与侧滑基座旋心孔同心、共面的三个圆弧导轨；

所述圆弧导轨的外侧设置有侧滑伺服油缸，所述侧滑伺服油缸的端部通过侧滑油缸固定旋心与侧滑基座框架铰接；

所述迎角机构的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块，所述连侧滑基座滑块与所述圆弧导轨滑动连接；所述迎角机构的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴；

所述迎角机构的外侧设置有侧滑油缸连接座，所述侧滑伺服油缸的活塞杆与侧滑油缸连接座铰接。

优选的是，其中，所述迎角机构的结构包括：

迎角机构框架，其内部设置有一对同心、共面的迎角机构圆弧导轨，所述迎角机构圆弧导轨的下方设置有迎角机构伺服油缸，所述迎角机构伺服油缸的端部与迎角机构框架铰接；

所述弯刀支架的外侧固定设置有连迎角机构滑块，所述连迎角机构滑块与迎角机构圆弧导轨为滑动连接；

所述弯刀支架的底部设置有连迎角机构油缸销轴孔，所述迎角机构伺服油缸的活塞杆与连迎角机构油缸销轴孔铰接。

优选的是，其中，所述弯刀支架的结构包括：

下部支架；

中部支架，其可拆卸连接在所述下部支架的上端，所述中部支架的上端设置有用于连接模型支杆的连接锥孔。

优选的是，其中，所述中部支架与下部支架的可拆卸连接方式为：所述中部支架与下部支架通过多个平行于铅垂面的平面搭接，再通过大销子以及多个螺钉连接紧固。

优选的是，其中，所述X机构的下端设置有X机构下横梁，X机构的前端和后端分别设置有X机构前横梁和X机构后横梁，所述X机构的下端还设置有多个下底座，所述X机构的上端设置有X机构连接面；所述Y机构的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔；

所述Y机构的下端设置有Y机构下横梁，所述Y机构的前端设置有Y机构前横梁，所述Y机构的上端设置有Y机构支撑连接面；

所述侧滑基座的上表面设置有连接平台，所述侧滑基座的内侧设置有与Y方向固定孔相适配的Y方向固定销轴；所述侧滑基座的上表面还开设有侧滑基座零位孔；

所述迎角机构的底部设置有与侧滑基座零位孔相适配的迎角机构零位销。

优选的是，其中，所述迎角机构上端安装有斜拉模型支架，所述斜拉模型支架的结构包括：

斜拉杆，其包括下斜拉杆，所述迎角机构上安装有斜拉杆底座，所述下斜拉杆与斜拉杆底座通过销轴转动连接；

上斜拉杆，其下端与所述下斜拉杆通过锁紧螺杆相接；

将所述弯刀支架的中部支架拆除，将立刀支架安装在弯刀支架的下部支架上，所述立刀支架上安装有模型，所述上斜拉杆的上端与所述立刀支架转动连接；

所述迎角机构上还安装有前支柱底座，所述前支柱底座通过U型安装件与前支柱转动连接，所述下斜拉杆从U型安装件中穿过并与锁紧螺杆相接；

所述迎角机构的后端还设置有后支柱底座，所述后支柱底座通过销轴转动连接有后支柱。

优选的是，其中，所述四自由度模型支撑机构上还设置有模型支架，所述模型支架安装在侧滑基座、Y机构或X机构上；

所述模型支架的结构包括：

下部支撑，其结构为四根立柱或多根横梁的支撑结构，其中所述立柱通过下部过渡块固定安装在侧滑基座的连接平台上，所述横梁安装在Y机构的Y机构框架或X机构的X机构框架上；

四根立柱中，宽方向的两根立柱之间固定设置有连接横梁，长方向的两根立柱下端之间连接有下梁，长方向的两根立柱上端之间连接有上梁；

支撑平台，其设置在所述立柱或横梁上；

多根支撑柱，其成对固定设置在所述支撑平台上，所述模型固定在支撑柱的上端，且所述支撑柱的截面为叶片结构。

本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，具有准确定位模型位置和姿态、不同自由度之间耦合干扰小、模型支撑连接方式多样、承载能力强、运动速度快、运行平稳、能支撑超大模型、空间紧凑等优点。本发明提供的四自由度模型支撑机构通过在X机构上设置可水平滑动的Y机构，在Y机构上设置可上下竖直滑动的侧滑基座，在侧滑基座上设置可绕侧滑基座旋心孔旋转的迎角机构，在迎角机构中设置可滑动改变迎角角度的弯刀支架，使得弯刀支架上的安装的模型具备X方向、Y方向、侧滑角（β）方向和迎角（α）方向四个自由度，且各部分间为串联结构，串联顺序为X机构→Y机构→侧滑基座→迎角机构；五大部分均可支撑模型，具备五类支撑形式；该机构的4个子机构可独立运动，理论上各子机构运动时对其他子机构无耦合干扰，该四自由度模型支撑机构具有定位精度高、承载能力大的特点，连接模型的支撑方式拓展性强，具备尾支撑、腹支撑等支撑方式，适用于大堵塞度、大载荷的高速自由射流风洞模型支撑。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构的整体结构示意图；

图2为X机构的轴测图；

图3为Y机构的前轴测图；

图4为Y机构的后轴测图；

图5为侧滑基座的轴测图；

图6为迎角机构的轴侧图；

图7为迎角机构去掉一个侧板的后视图；

图8为弯刀支架的正视图；

图9为弯刀支架的轴侧图；

图10为Y方向固定销轴与电动缸的连接结构示意图；

图11为斜拉杆与四自由度模型支撑机构的连接结构示意图；

图12为迎角机构、斜拉杆、前支柱和后支柱的侧面结构示意图；

图13为斜拉杆、前支柱和后支柱的结构示意图；

图14为模型支架与四自由度模型支撑机构的连接结构示意图；

图15为侧滑基座连接模型支架的侧面结构示意图；

图16为模型支架和侧滑基座的结构示意图；

图17为Y向机构框架连接模型支架的结构示意图；

图18为Y向机构框架连接模型支架的结构侧面结构示意图；

图19为模型支架和Y机构的连接结构示意图；

图20为X向机构框架连接模型支架的结构示意图；

图21为X向机构框架连接模型支架的结构侧面结构示意图；

图22为安装在X机构上的模型支架的结构示意图。

图中各部件对应附图标记如下：X机构1，Y机构2，侧滑基座3，迎角机构4，弯刀支架5，X机构框架101，水平直线导轨102，X机构伺服油缸103，X机构滑块203，X机构油缸连接座204，Y机构框架201，竖直直线导轨202，Y机构伺服油缸207，连Y机构滑块310，Y机构伺服油缸连接座308，前横梁205，下横梁209，侧滑基座框架301，侧滑基座旋心孔302，圆弧导轨303，侧滑伺服油缸305，侧滑油缸固定旋心307，连侧滑基座滑块407，连侧滑基座旋心孔销轴405，侧滑油缸连接座408，迎角机构框架401，迎角机构圆弧导轨402，迎角机构伺服油缸406，连迎角机构滑块505，连迎角机构油缸销轴孔504，下部支架501，中部支架502，连接锥孔503，X机构下横梁106，X机构前横梁108，X机构后横梁105，下底座107，X机构连接面104，Y机构下横梁209，Y机构前横梁205，Y机构支撑连接面208，Y方向固定孔206，连接平台306，Y方向固定销轴309，侧滑基座零位孔304，迎角机构零位销404，斜拉杆6，下斜拉杆601，斜拉杆底座9，上斜拉杆602，锁紧螺杆603，立刀支架13，前支柱底座10，U型安装件701，前支柱7，后支柱底座11，后支柱12，模型8，模型支架14，下部支撑1402，下部过渡块1401，连接横梁1403，下梁1404，上梁1405，斜杆1408，支撑平台1406，支撑柱1407。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图10所示：本发明的一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，包括：

X机构1；

Y机构2，其设置在所述X机构1的内侧，且所述Y机构2与X机构1在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座3，其设置在所述Y机构2的内侧，且所述侧滑基座3与Y机构2在竖直方向上为滑动连接；

迎角机构4，其滑动设置在所述侧滑基座3上，所述迎角机构4内侧滑动安装有弯刀支架5，所述弯刀支架5的上端安装有模型支杆；

所述X机构1与Y机构2之间、Y机构2与侧滑基座3之间、侧滑基座3与迎角机构4之间以及迎角机构4与弯刀支架5之间均设置有动力机构。

工作原理：本发明提供的一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，在X机构1上设置可水平滑动的Y机构2，在Y机构2上设置可上下竖直滑动的侧滑基座3，在侧滑基座3上设置可绕侧滑基座旋心孔旋转的迎角机构4，在迎角机构4中设置可滑动改变迎角角度的弯刀支架5，使得弯刀支架5上的安装的模型具备X方向、Y方向、侧滑角（β）方向和迎角（α）方向四个自由度，四个自由度的运动通过各自动力机构进行动力驱动，且各部分间为串联结构，串联顺序为X机构1→Y机构2→侧滑基座3→迎角机构4；迎角与侧滑角之间的运动互相解耦（相互独立，互不影响），理论上各子机构运动时对其他子机构无耦合干扰，该四自由度模型支撑机构具有定位精度高、承载能力大的特点，具备尾支撑、腹支撑等支撑方式，适用于大堵塞度、大载荷的高速自由射流风洞模型支撑。

在上述技术方案中，所述X机构1的结构包括：

X机构框架101，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架101内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨102，同侧的两组水平直线导轨102之间安装有X机构伺服油缸103；四组水平直线导轨102和两个X机构伺服油缸103的轴线均与风洞轴线平行，水平直线导轨102顶部平面平行于风洞轴线且与水平面垂直；

所述Y机构2的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块203，每组连X机构滑块203均对应滑动安装在所述水平直线导轨102上；根据载荷大小，每根水平直线导轨102对应在Y机构2的外侧至少安装2个连X机构滑块203，图3和图4中所示每根水平直线导轨102对应的连X机构滑块203数量为4个；

所述Y机构2两个外侧对称固定设置有X机构油缸连接座204，所述X机构伺服油缸103的活塞杆与X机构油缸连接座204相接，即通过X机构伺服油缸103驱动Y机构2沿风洞轴线方向做X方向的水平运动，以此实现Y机构2、侧滑基座3、迎角机构4、弯刀支架5和模型的X方向（水平方向）自由度变化。

在上述技术方案中，所述Y机构2的结构包括：

Y机构框架201，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架201的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨202，同侧的两组竖直直线导轨202之间安装有Y机构伺服油缸207；四组竖直直线导轨202和两个Y机构伺服油缸207的轴线均位于铅垂面且与水平面垂直；

所述侧滑基座3的两侧分别固定有两组连Y机构滑块310，每组连Y机构滑块310均对应滑动安装在所述竖直直线导轨202上；每组竖直直线导轨202对应滑动设置有至少两个连Y机构滑块310，图5所示即为设置有两个连Y机构滑块310的侧滑基座3结构示意图；

所述侧滑基座3的两侧分别固定设置有Y机构伺服油缸连接座308，所述Y机构伺服油缸207的活塞杆与Y机构伺服油缸连接座308相接，即通过Y机构伺服油缸207驱动侧滑基座3沿垂直于风洞轴线的竖直方向做Y方向运动，以此实现侧滑基座3、迎角机构4、弯刀支架5和模型Y方向（竖直方向）自由度的变化，同时这种对称设置竖直直线导轨310和Y机构伺服油缸207实现了从两侧同步驱动侧滑基座3的效果，侧滑基座3的上下运动更为稳定；

Y机构框架201后部无横梁，通过前横梁205、下横梁209及Y机构框架201与X机构框架101连接后的连X机构滑块203，提高了支撑Y机构框架201的刚性，结构紧凑，满足侧滑基座3、迎角机构4、弯刀支架5以及模型的Y方向升降需要。

在上述技术方案中，所述侧滑基座3的结构包括：

侧滑基座框架301，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座3上表面设置有侧滑基座旋心孔302和与侧滑基座旋心孔302同心、共面的三个圆弧导轨303；

所述圆弧导轨303的外侧设置有侧滑伺服油缸305，所述侧滑伺服油缸305的端部通过侧滑油缸固定旋心307与侧滑基座框架301铰接；侧滑伺服油缸305扫过的区域高度低于圆弧导轨303和侧滑基座旋心孔302的平面，留出空间满足侧滑伺服油缸305的运行；

所述迎角机构4的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块407，所述连侧滑基座滑块407与所述圆弧导轨303滑动连接；所述迎角机构4的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔302转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴405；每组圆弧导轨303对应在迎角机构4下端安装2组及2组以上的连侧滑基座滑块407；

所述迎角机构4的外侧设置有侧滑油缸连接座408，所述侧滑伺服油缸305的活塞杆与侧滑油缸连接座408铰接。圆弧导轨303与连侧滑基座滑块407及迎角机构框架401安装后，在侧滑伺服油缸305驱动下，迎角机构4做以侧滑基座旋心孔302为圆心且沿圆弧导轨303滑动的圆周运动，即称为侧滑方向运动。

在上述技术方案中，所述迎角机构4的结构包括：

迎角机构框架401，其内部设置有一对同心、共面的迎角机构圆弧导轨402，迎角机构圆弧导轨402顶部平面垂直于水平面且与风洞轴线平行，所述迎角机构圆弧导轨402的下方设置有迎角机构伺服油缸406，所述迎角机构伺服油缸406的端部与迎角机构框架401铰接；

所述弯刀支架5的外侧固定设置有连迎角机构滑块505，所述连迎角机构滑块505与迎角机构圆弧导轨402为滑动连接，每组迎角机构圆弧导轨402对应弯刀支架5的2个连迎角机构滑块505；

所述弯刀支架5的底部设置有连迎角机构油缸销轴孔504，所述迎角机构伺服油缸406的活塞杆与连迎角机构油缸销轴孔504铰接，迎角机构伺服油缸406与弯刀支架1底部的连迎角机构销轴孔504通过销轴连接，从而通过迎角机构伺服油缸406驱动弯刀支架5在竖直面内沿迎角机构圆弧导轨402旋心做迎角方向的运动，进而实现模型迎角的变化。将弯刀支架5安装在迎角机构4上后，在迎角机构伺服油缸406的驱动下支撑弯刀支架5绕圆弧导轨旋心旋转。迎角机构伺服油缸406设置在迎角机构框架401中间，且位于迎角机构圆弧导轨4的下方，迎角机构伺服油缸406固定铰接点位于远离圆弧导轨旋心一侧的下方，在较小的空间下实现较大的迎角变化范围。

在上述技术方案中，所述弯刀支架5的结构包括：

下部支架501，下部支架501通过销轴与迎角机构伺服油缸406的活塞杆连接，驱动弯刀支架5旋转，下部支架501上安装连迎角机构滑块505，连迎角机构滑块505与迎角机构圆弧导轨402连接后，支撑弯刀支架5运动。

中部支架502，其可拆卸连接在所述下部支架501的上端，所述中部支架502的上端设置有用于连接模型支杆的连接锥孔503。这样的设计方式，能在不拆卸下部支架501滑块的条件下更换其他中部支架502。中部支架502上端与模型支杆的连接形式可根据需要设计为其他形式。

在上述技术方案中，所述中部支架502与下部支架501的可拆卸连接方式为：所述中部支架502与下部支架501通过2~3个平行于铅垂面的平面搭接，再通过大销子以及多个螺钉连接紧固。

本发明的四自由度模型支撑机构包含五种支撑连接形式：弯刀支架5支撑连接、迎角机构4支撑连接、侧滑基座3支撑连接、Y机构2框架支撑连接和X机构1框架支撑连接五种形式。

弯刀支架5支撑连接：支撑位置位于弯刀支架5上方前端的连接锥孔503中，主要支撑方式为尾支撑，能利用机构X方向、Y方向、侧滑角方向和迎角方向共4个自由度，相对其他支撑连接方式，本支撑连接方式能承受的载荷最小，支撑的模型尺寸最小。

迎角机构4支撑连接：支撑位置位于迎角机构框架401上方，能利用迎角机构4具备X方向、Y方向、侧滑角方向共3个自由度，支撑能承受的载荷比弯刀支架5支撑高，支撑的模型尺寸比弯刀支架5支撑形式要大。

侧滑基座3支撑连接：支撑位置位于侧滑基座3上方四个角落上的加强钢板处，通过设置具有四个立柱的下支撑框架跨越迎角机构框架，再在下部支撑框架式设置上部支撑框架，能在不拆卸迎角机构框架的前提下实现支撑连接。能利用侧滑基座具备X方向、Y方向共2个自由度，支撑能承受的载荷大于迎角机构支撑，也能够流场建立前移出流场区域，流场建立后通过运动Y机构移动模型到流场中，大幅减小冲击，适合大型模型支撑。

Y机构2支撑连接：支撑位置位于Y机构框架201上方，通过设置2组以上连接Y机构左右框架上方的横梁，再在横梁上安装模型支撑装置。能利用机构X方向1个自由度调整模型姿态，能承受的载荷大于侧滑基座支撑形式，模型不能沿Y方向移动，适用于超大尺寸模型的支撑。

X机构1支撑连接：支撑在X机构框架101上方，通过设置2组以上连接X机构左右框架上方的横梁，再在横梁上设置模型支撑装置。无法利用机构各自由度调整模型姿态，但能承受的载荷最大，适用于超大超长尺寸模型的支撑。

在上述技术方案中，所述X机构1的下端设置有X机构下横梁106，X机构1的前端和后端分别设置有X机构前横梁108和X机构后横梁105，所述X机构1的下端还设置有六个下底座107，所述X机构1的上端设置有X机构连接面104；

所述Y机构2的下端设置有Y机构下横梁209，所述Y机构2的前端设置有Y机构前横梁205，所述Y机构2的上端设置有Y机构支撑连接面208，所述Y机构2的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔206；

所述侧滑基座3的上表面设置有连接平台306，侧滑基座3的连接平台306设置在侧滑基座3四个角落，且焊接厚钢板加强，通过四个支撑可设计跨越迎角机构框架的模型支撑装置，避免在安装支撑时拆卸迎角机构，所述侧滑基座3的内侧设置有与Y方向固定孔206相适配的Y方向固定销轴309，当Y机构伺服油缸207不能工作或者需要进行检修时，将Y方向固定销轴309穿入至Y方向固定孔206中，以实现对侧滑基座3Y方向的支撑定位，如图10所示，其中Y方向固定销轴309与电动缸的绳索杆转动连接，且Y方向固定销轴309滑动穿设在固定座上，通过电动缸的驱动实现将Y方向固定销轴309穿入或脱离Y方向固定孔；所述侧滑基座3的上表面还开设有侧滑基座零位孔304；

所述迎角机构4的底部设置有与侧滑基座零位孔304相适配的迎角机构零位销404，将迎角机构零位销404固定穿设在侧滑基座零位孔304中，用于实现对侧滑基座3的机械零位固定。

在上述技术方案中，如图11-图13所示，所述迎角机构上端安装有斜拉模型支架，所述斜拉模型支架的结构包括：

斜拉杆6，其包括下斜拉杆601，所述迎角机构4上安装有斜拉杆底座9，所述下斜拉杆601与斜拉杆底座9通过销轴转动连接；

上斜拉杆602，其下端与所述下斜拉杆601通过锁紧螺杆603相接；

将所述弯刀支架5的中部支架502拆除，将立刀支架13安装在弯刀支架5的下部支架501上，所述立刀支架13上安装有模型，所述上斜拉杆602的上端与所述立刀支架13转动连接；

所述迎角机构4上还安装有前支柱底座10，所述前支柱底10座通过U型安装件701与前支柱7转动连接，所述下斜拉杆601从U型安装件701中穿过并与锁紧螺杆603相接；

所述迎角机构4的后端还设置有后支柱底座11，所述后支柱底座11通过销轴转动连接有后支柱12。在立刀支架13的上端采用锥配合或法兰安装模型8，通过斜拉杆6将立刀支架13与迎角机构4斜拉连接，并在模型8的下端和迎角机构4之间连接前支柱7；在风洞试验时，通过调节锁紧螺杆603，张紧斜拉杆6，立刀支架13与斜拉杆6组合，承受全部沿水平方向轴向力和部分重力方向载荷，使立刀支架13承受的大部分水平载荷转化为斜拉杆6承受的拉力或者压力，大大增强整个结构承受水平轴向力的能力。前支柱7、后支柱12通过销轴分别与前支柱底座10、后支柱底座11转动连接，因而前支柱7、后支柱12可沿销孔转动，这种设计方式能消除弯曲载荷，使前支柱7、后支柱12仅承受拉压方向（即沿前支柱、后支柱轴线方向的拉伸、下压方向）载荷。当模型很大很长时，加入后支柱12，进一步增强对模型8支撑的刚度和可靠性。采用迎角机构4的中部支架连接模型时（即在迎角机构4中安装弯刀支架，利用弯刀支架的中部支架支撑模型），模型的载荷和长度会受到较大限制，以某2米量级风洞的四自由度机构中部支架为例，承受的上升力（垂直于模型轴线方向的力）和轴向力（平行于模型轴线方向的力）或者其两者合力均不超过50000牛，支撑的模型长度不宜超过4米。采用本这种四自由度机构框架连接模型支架，最大轴向力达到93000牛。这个载荷是无法采用中部支架502支撑的。

在上述技术方案中，如图14-图16所示，所述四自由度模型支撑机构上还设置有模型支架14，所述模型支架14安装在侧滑基座3上；

所述模型支架14的结构包括：

下部支撑1402，其结构为四根立柱，所述立柱通过下部过渡块1401固定安装在侧滑基座3的连接平台上；

四根立柱中，宽方向的两根立柱之间固定设置有连接横梁1403，长方向的两根立柱下端之间连接有下梁1404，长方向的两根立柱上端之间连接有上梁1405，两根长方向的立柱之间还固定有斜杆1408；

支撑平台1406，其设置在所述立柱上；

四根支撑柱1407，其成对固定设置在所述支撑平台1406上，所述模型8固定在支撑柱的上端，且所述支撑柱1407的截面为叶片结构。为了采用侧滑基座3连接模型8及模型支架14，应将弯刀支架5的中部支架502拆除，保留下部支架501，并运行至大迎角位置，使下部支架501全部缩回迎角机构内。Y机构2带动侧滑基座3、迎角机构5整体下降至某一高度，在此高度下，模型8位于试验高度。在试验需要时，安装完后，也可以进一步降低试验高度，在流场稳定建立后再升高进入流场，减小风洞启动时对模型和支撑系统的冲击。最下方的四个下部过渡块1401主要起连接侧滑基座3与下部支撑1402的作用，当下部过渡块1401上的销钉多次拆装松动后，仅需更换下部过渡块1401，避免整体更换下部支撑1402；下部支撑1402的主要作用是覆盖迎角机构4，直接连接侧滑基座3，该连接方式具有宽度大，方便支撑和操作的好处，适合大型复杂部件的支撑。由于距离风洞轴线较远，下部支撑1402承受的载荷和力矩很大，为了提高承载能力，下部支撑1402的前后均由两根大尺寸的立柱与一个连接横梁1403焊接组成，前后立柱的连接横梁1403之间采用上梁1405、下梁1404及斜杆1408配装而成，配装方式为销轴连接，使下部支撑1402装置承受双向水平载荷的能力大幅增加，满足相关试验对载荷的需求。支撑柱1407的横截面为叶片结构，以降低气流堵塞，支撑柱1407具体高度和尺寸、数量依据模型及试验需求确定。通常而言，装置位于试验状态时，支撑平台1406顶部平面应远离流场便捷，以降低堵塞度，在支撑柱1407强度刚度满足要求情况下，越远越好。采用迎角机构4的中部支架5连接模型时（即在迎角机构4中安装弯刀支架5，利用弯刀支架5去支撑模型），模型的载荷和长度会受到较大限制，以某2米量级风洞的四自由度机构中部支架为例，承受的向上升力（垂直于模型轴线方向的力）和轴向力（平行于模型轴线方向的力）或者其两者合力均不超过50000牛，支撑的模型长度不宜超过4米。而这种采用四自由度机构侧滑基座连接模型支架，模型全长可达8.3米，下部支架所受最大轴向力达到20000牛，可实现多个串联部件的可靠连接与支撑，并且支撑装置最大可承受100000牛轴向力。该类模型无法依靠传统中部支架502支撑。

在另一种技术方案中，如图17-图19所示，所述模型支架14安装在Y机构2上，其结构包括：

下部支撑1402，其结构为两根横梁形式，两根横梁横跨固定安装在Y机构2的Y机构框架201上；

支撑平台1406，其固定设置在所述横梁的上端；

四根支撑柱1407，其通过连接板1409成对固定设置在所述支撑平台1406的上端，支撑柱1407的横截面为叶片结构，以降低气流堵塞。为了采用侧滑基座3连接模型8及模型支架14，应将弯刀支架5的中部支架502拆除，保留下部支架501，并将下部支架501运行至大迎角位置，使下部支架501全部缩回迎角机构4内。Y机构2带动侧滑基座3、迎角机构4整体下降至某一高度，在此高度下，模型8位于试验高度。在试验需要时，安装完后，也可以进一步降低试验高度，在流场稳定建立后再升高进入流场，减小风洞启动时对模型和支撑系统的冲击。两组横梁的作用是跨过宽阔的Y机构框架201，并与Y机构框架201连接，为支撑平台1406提供强度刚度足够大的底层支撑，承受上方支撑平台1406所受的载荷；横梁及支撑平台1406安装在Y机构框架201上后，支撑平台顶部平面应远离流场边界，以降低堵塞度，在支撑柱强度刚度满足要求情况下，越远越好。迎角机构4上的弯刀支架5拆除中部支架502，下部支架501缩回迎角机构中，横梁与Y机构框架201之间采用螺钉、销钉连接紧固方式，以承受模型载荷与冲击。采用迎角机构的中部支架连接模型时（即在原四自由度机构的迎角机构中安装弯刀支架，利用弯刀支架的中部支架支撑模型），模型的载荷和长度会受到较大限制，以某2米量级风洞的四自由度机构中部支架为例，承受的上升力（垂直于模型轴线方向的力）和轴向力（平行于模型轴线方向的力）或者其两者合力均不超过50000牛，支撑的模型长度不宜超过4米。而这种采用四自由度机构Y向机构框架连接模型支架，模型全长可达9.5米，进行超声速试验且不投放，预计最大轴向冲击载荷超过200000牛，可实现多个大截面尺寸串联部件的可靠连接与支撑，该类模型无法依靠传统中部支架支撑。

在另一种技术方案中，如图20-图22所示，所述模型支架14安装在X机构1上，其结构包括：

下部支撑1402，其结构为三根横梁形式，三根横梁横跨固定安装在X机构1的X机构框架101上；

支撑平台1406，其固定设置在所述横梁的上端；

六根支撑柱1407，其通过连接板1409成对固定设置在所述支撑平台1406的上端。为了采用X机构1连接模型支架14，将迎角机构4的中部支架502拆除，保留下部支架501，并将下部支架501运行至大迎角位置，使下部支架501全部缩回迎角机构4内。Y机构2、侧滑基座3在Y机构伺服油缸207的驱动下，带动侧滑基座3、迎角机构4整体下降，直至迎角机构4最上方全部沉入X机构框架101以下高度，方便模型支架14的横梁在X机构框架101上安装。三组横梁的作用是跨过宽阔的X机构框架101，并与X机构框架101连接，为支撑平台1406提供强度刚度足够大的底层支撑，承受上方支撑平台1406所受的载荷；横梁及支撑平台1406安装在X机构框架101后，支撑平台1406顶部平面应远离流场边界，以降低堵塞度，在支撑柱1407强度刚度满足要求情况下，越远越好。迎角机构4上的弯刀支架5拆除中部支架502，下部支架501缩回迎角机构4中，横梁与X机构框架101之间采用螺钉、销钉连接紧固方式，以承受模型载荷与冲击。支撑柱1407的横截面为叶片结构，以降低气流堵塞，支撑柱1407具体高度和尺寸、数量依据模型及试验需求确定，通常而言，当模型8越长或者所受载荷越大，需要的数量越多支撑柱之间的距离越大。采用四自由度机构的迎角机构4的中部支架502连接模型时（即在迎角机构4中安装弯刀支架5，用弯刀支架5的中部支架502支撑模型），模型的载荷和长度会受到较大限制，以某2米量级风洞的四自由度机构中部支架为例，承受的上升力（垂直于模型轴线方向的力）和轴向力（平行于模型轴线方向的力）或者其两者合力均不超过50000牛，支撑的模型长度不宜超过4米。而这种采用四自由度机构Y向机构连接模型支架，模型长度可超过10米，允许承受的最大轴向力主要受支撑连接强度、四自由度机构本体及底座等关键结构的强度限制，主要用于无需移动位置和姿态，且载荷大、振动大的超长超大模型的可靠连接与支撑，该类模型无法依靠传统中部支架支撑。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅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，可容易地实现另外的修改，因此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 (10)

1.一种用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，包括：

X机构；

Y机构，其设置在所述X机构的内侧，且所述Y机构与X机构在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座，其设置在所述Y机构的内侧，且所述侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；

迎角机构，其滑动设置在所述侧滑基座上，所述迎角机构内侧滑动安装有弯刀支架，所述弯刀支架的上端安装有模型支杆；

所述X机构与Y机构之间、Y机构与侧滑基座之间、侧滑基座与迎角机构之间以及迎角机构与弯刀支架之间均设置有动力机构。

2.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述X机构的结构包括：

X机构框架，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨，同侧的两组水平直线导轨之间安装有X机构伺服油缸；

所述Y机构的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块，每组连X机构滑块均对应滑动安装在所述水平直线导轨上；

所述Y机构的外侧固定设置有X机构油缸连接座，所述X机构伺服油缸的活塞杆与X机构油缸连接座相接。

3.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述Y机构的结构包括：

Y机构框架，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨，同侧的两组竖直直线导轨之间安装有Y机构伺服油缸；

所述侧滑基座的两侧分别固定有两组连Y机构滑块，每组连Y机构滑块均对应滑动安装在所述竖直直线导轨上；

所述侧滑基座的两侧分别固定设置有Y机构伺服油缸连接座，所述Y机构伺服油缸的活塞杆与Y机构伺服油缸连接座相接。

4.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述侧滑基座的结构包括：

侧滑基座框架，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座上表面设置有侧滑基座旋心孔和与侧滑基座旋心孔同心、共面的三个圆弧导轨；

所述圆弧导轨的外侧设置有侧滑伺服油缸，所述侧滑伺服油缸的端部通过侧滑油缸固定旋心与侧滑基座框架铰接；

所述迎角机构的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块，所述连侧滑基座滑块与所述圆弧导轨滑动连接；所述迎角机构的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴；

所述迎角机构的外侧设置有侧滑油缸连接座，所述侧滑伺服油缸的活塞杆与侧滑油缸连接座铰接。

5.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述迎角机构的结构包括：

迎角机构框架，其内部设置有一对同心、共面的迎角机构圆弧导轨，所述迎角机构圆弧导轨的下方设置有迎角机构伺服油缸，所述迎角机构伺服油缸的端部与迎角机构框架铰接；

所述弯刀支架的外侧固定设置有连迎角机构滑块，所述连迎角机构滑块与迎角机构圆弧导轨为滑动连接；

所述弯刀支架的底部设置有连迎角机构油缸销轴孔，所述迎角机构伺服油缸的活塞杆与连迎角机构油缸销轴孔铰接。

6.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述弯刀支架的结构包括：

下部支架；

中部支架，其可拆卸连接在所述下部支架的上端，所述中部支架的上端设置有用于连接模型支杆的连接锥孔。

7.根据权利要求6所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述中部支架与下部支架的可拆卸连接方式为：所述中部支架与下部支架通过多个平行于铅垂面的平面搭接，再通过大销子以及多个螺钉连接紧固。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述X机构的下端设置有X机构下横梁，X机构的前端和后端分别设置有X机构前横梁和X机构后横梁，所述X机构的下端还设置有多个下底座，所述X机构的上端设置有X机构连接面；所述Y机构的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔；

所述Y机构的下端设置有Y机构下横梁，所述Y机构的前端设置有Y机构前横梁，所述Y机构的上端设置有Y机构支撑连接面；

所述侧滑基座的上表面设置有连接平台，所述侧滑基座的内侧设置有与Y方向固定孔相适配的Y方向固定销轴；所述侧滑基座的上表面还开设有侧滑基座零位孔；

所述迎角机构的底部设置有与侧滑基座零位孔相适配的迎角机构零位销。

9.根据权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述迎角机构上端安装有斜拉模型支架，所述斜拉模型支架的结构包括：

斜拉杆，其包括下斜拉杆，所述迎角机构上安装有斜拉杆底座，所述下斜拉杆与斜拉杆底座通过销轴转动连接；

上斜拉杆，其下端与所述下斜拉杆通过锁紧螺杆相接；

将所述弯刀支架的中部支架拆除，将立刀支架安装在弯刀支架的下部支架上，所述立刀支架上安装有模型，所述上斜拉杆的上端与所述立刀支架转动连接；

所述迎角机构上还安装有前支柱底座，所述前支柱底座通过U型安装件与前支柱转动连接，所述下斜拉杆从U型安装件中穿过并与锁紧螺杆相接；

所述迎角机构的后端还设置有后支柱底座，所述后支柱底座通过销轴转动连接有后支柱。

10.如权利要求1所述的用于高速自由射流风洞的四自由度模型支撑机构，其特征在于，所述四自由度模型支撑机构上还设置有模型支架，所述模型支架安装在侧滑基座、Y机构或X机构上；

所述模型支架的结构包括：

下部支撑，其结构为四根立柱或多根横梁的支撑结构，其中所述立柱通过下部过渡块固定安装在侧滑基座的连接平台上，所述横梁安装在Y机构的Y机构框架或X机构的X机构框架上；

四根立柱中，宽方向的两根立柱之间固定设置有连接横梁，长方向的两根立柱下端之间连接有下梁，长方向的两根立柱上端之间连接有上梁；

支撑平台，其设置在所述立柱或横梁上；

多根支撑柱，其成对固定设置在所述支撑平台上，所述模型固定在支撑柱的上端，且所述支撑柱的截面为叶片结构。

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