CN116124410A - 一种用于四自由度机构的迎角支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于四自由度机构的迎角支撑机构，包括：迎角框架，其内部通过两组迎角圆弧导轨滑动连接有弯刀支架，所述弯刀支架的上端安装有模型；迎角伺服油缸，其转动安装在所述迎角框架内，所述迎角伺服油缸的活塞杆与弯刀支架转动连接。本发明通过在迎角框架内设置迎角圆弧导轨和迎角伺服油缸，通过迎角伺服油缸驱动弯刀支架沿迎角圆弧导轨运动，实现了准确支撑模型迎角姿态的能力，并且迎角支撑机构与下方的侧滑基座串联合成侧滑机构，能够准确支撑模型侧滑角姿态，本发明具有迎角范围大、定位准确、承载能力强、对流场堵塞较小、结构紧凑、安装调试难度小、模型支撑方式可拓展性强的特点。

Description

一种用于四自由度机构的迎角支撑机构

技术领域

本发明属于高速空气动力试验设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于四自由度机构的迎角支撑机构。

背景技术

模型支撑机构是高速风洞必备的核心设备，用以准确改变模型位置和姿态，承受模型的气动载荷。某大型高速射流风洞，需要配备带迎角支撑机构的四自由度机构为核心支撑机构，除迎角外还有侧滑角、Y和X方向运动能力，该机构各自由度之间组合方式为串联，从外向内依次为X机构、Y机构、侧滑角机构和迎角支撑机构。

高速风洞一般都配有单一自由度的迎角支撑机构为核心支撑机构，个别风洞配备了带迎角、Y和X方向的三自由度核心支撑机构，某些高速风洞配备了六自由度的外挂模型支撑机构。

作为核心支撑机构，与同尺度风洞中的六自由度外挂模型支撑机构相比，四自由度机构的整体质量、承载能力要大得多，Y、X自由度上的行程也要大很多，支撑的模型远大于外挂支撑机构。六自由度模型支撑机构通常采用电动缸驱动，而四自由度机构通常采用液压驱动。功能上的不同和整体结构上的差异，使四自由度机构各子机构均无法借鉴外挂模型支撑机构的结构形式。

同为核心支撑机构，与单自由度、三自由度机构相比，四自由度机构中的迎角支撑机构由于连接侧滑基座，并满足其他自由度运动范围，承受模型的各向载荷，对迎角支撑机构的结构更紧凑，对高度方向尺寸限制大，对总长和总宽也有限制。同时，根据风洞对模型支撑的多样化要求，迎角支撑机构除常规的弯刀支架锥连接方式外，还需要具备其他支撑连接方式，这就需要有一种全新的迎角支撑机构满足四自由度机构的整体要求。

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其它优点，提供了一种用于四自由度机构的迎角支撑机构，包括：

迎角框架，其内部通过两组迎角圆弧导轨滑动连接有弯刀支架，所述弯刀支架的上端安装有模型；

迎角伺服油缸，其转动安装在所述迎角框架内，所述迎角伺服油缸的活塞杆与弯刀支架转动连接。

优选的是，其中，所述迎角框架的结构包括：

底板，其设置在所述迎角框架的底部；所述底板的上端分别固定设置有两个带筋板的立式框架，所述立式框架分居迎角框架的左右两侧，两个立式框架之间通过多个连接板连接固定；

两组迎角圆弧导轨分别固定安装在两个所述立式框架的内侧，且每组迎角圆弧导轨包括两个同心设置的单轨。

优选的是，其中，所述弯刀支架的结构包括：

下部支架，其上可拆卸连接有中部支架；

所述下部支架的两侧分别固定安装有迎角滑块，所述迎角滑块与迎角圆弧导轨为滑动连接；

所述下部支架的下端设置有避让槽，所述避让槽两侧设置有销轴孔，所述迎角伺服油缸的活塞杆端部与销轴孔通过销轴转动连接；

所述中部支架的上端设置有连接锥孔，所述模型的后端固定在连接锥孔中。

优选的是，其中，所述迎角伺服油缸为二级伺服油缸；

所述迎角框架的后端设置有U型安装部，所述U型安装部的内侧分别开设有伺服油缸摆动旋心孔，所述迎角伺服油缸的后端与伺服油缸摆动旋心孔转动连接。

优选的是，其中，所述迎角框架的上端顶部水平面为表面光滑平整的模型支撑连接面，所述模型支撑连接面与水平面平行。

优选的是，其中，所述迎角框架的上端开设有一对迎角零位销孔，所述弯刀支架上开设有与迎角零位销孔相适配的零位通孔，所述迎角零位销孔和零位通孔中穿设有迎角零位定位销。

优选的是，其中，所述迎角框架滑动设置在侧滑基座上，所述侧滑基座的上表面设置有三组同心的侧滑圆弧导轨，所述底板的底部安装有三组侧滑滑块，所述侧滑滑块分别对应滑动设置在侧滑圆弧导轨上；

侧滑伺服油缸，其转动安装在所述侧滑基座的后端，且位于最外侧侧滑圆弧导轨的外侧，所述侧滑伺服油缸位于迎角框架的下方；所述迎角框架远离侧滑伺服油缸安装部位的一侧通过楔形件安装有L型的侧滑伺服油缸连接座，所述侧滑伺服油缸连接座的底面低于底板的底面，所述侧滑伺服油缸的活塞杆与侧滑伺服油缸连接座转动连接。

优选的是，其中，所述底板的前端底部的侧滑旋心处开设侧滑销轴孔，所述侧滑销轴孔的中心轴线通过迎角旋心，所述侧滑圆弧导轨的圆心处设置有与侧滑销轴孔相适配的侧滑孔，所述侧滑销轴孔和侧滑孔中转动穿设有侧滑销轴。

优选的是，其中，所述底板的两侧对称设置有凸台，所述凸台开设有侧滑零位销孔，所述侧滑基座上靠近最外侧侧滑圆弧导轨处开设有与侧滑零位销孔相适配的侧滑零位定位孔，所述侧滑零位销孔和侧滑零位定位孔中穿设有侧滑零位定位销。

本发明至少包括以下有益效果：本发明通过在迎角框架内设置迎角圆弧导轨和迎角伺服油缸，通过迎角伺服油缸驱动弯刀支架沿迎角圆弧导轨运动，实现了准确支撑模型迎角姿态的能力，并且迎角支撑机构与下方的侧滑基座串联合成侧滑机构，能够准确支撑模型侧滑角姿态，本发明具有迎角范围大、定位准确、承载能力强、对流场堵塞较小、结构紧凑、安装调试难度小、模型支撑方式可拓展性强的特点。

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四自由度机构的迎角支撑机构的结构示意图；

图2为本发明提供的用于四自由度机构的迎角支撑机构的内部结构示意图；

图3为弯刀支架的结构示意图；

图4为侧滑基座的结果示意图；

图5为迎角支撑机构安装在侧滑基座上的结构示意图。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语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，并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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，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，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-5所示：本发明的一种用于四自由度机构的迎角支撑机构，包括：

迎角框架1，其内部通过两组迎角圆弧导轨2滑动连接有弯刀支架3，所述弯刀支架3的上端安装有模型；

迎角伺服油缸4，其转动安装在所述迎角框架1内，所述迎角伺服油缸4的活塞杆与弯刀支架3转动连接。

工作原理：本发明通过在迎角框架1内设置迎角圆弧导轨2和迎角伺服油缸4，通过迎角伺服油缸4驱动弯刀支架3沿迎角圆弧导轨2运动，实现了准确支撑模型迎角姿态的能力，本发明具有迎角范围大、定位准确、承载能力强、对流场堵塞较小、结构紧凑、安装调试难度小、模型支撑方式可拓展性强的特点。

在上述技术方案中，所述迎角框架1的结构包括：

底板101，其设置在所述迎角框架1的底部；所述底板101的上端分别固定设置有两个带筋板的立式框架102，所述立式框架102分居迎角框架1的左右两侧，两个立式框架102之间通过多个连接板103连接固定；

两组迎角圆弧导轨2分别固定安装在两个所述立式框架102的内侧，且每组迎角圆弧导轨2包括两个同心设置的单轨。

迎角框架1实现了对弯刀机构的容纳，通过在迎角框架1的立式框架102内侧设置迎角圆滑导轨2，在改变模型迎角时，实现了对弯刀支架3运动的导向支撑。在满足迎角范围条件所需迎角圆弧导轨2安装条件下，应减小迎角框架1顶板高度，增大弯刀支架3与流场边界的距离，减小迎角支撑机构对流场的堵塞影响。连接板103的厚度、宽度、强度满足模型支撑连接的强度和尺寸要求。

在上述技术方案中，所述弯刀支架3的结构包括：

下部支架301，其上通过销轴和螺钉连接固定有中部支架302，中部支架302可在迎角滑块303与迎角圆弧导轨2不拆分的情况下，仅将中部支架302从下部支架301上拆下，以将中部支架302更换为其它结构形式。

所述下部支架301的两侧分别固定安装有迎角滑块303，所述迎角滑块303与迎角圆弧导轨2为滑动连接；

所述下部支架301的下端设置有避让槽304，所述避让槽304两侧设置有销轴孔305，所述迎角伺服油缸4的活塞杆端部与销轴孔305通过销轴转动连接；

所述中部支架302的上端设置有连接锥孔306，所述模型的后端固定在连接锥孔306中。

在上述技术方案中，所述迎角伺服油缸4为二级伺服油缸，通过采用二级伺服油缸，保持迎角伺服油缸4的最大安装距离，缩小最小安装距，以减小迎角旋心与迎角伺服油缸4安装中心之间的水平和竖直方向距离，确保迎角负极限位置满足：迎角旋心-弯刀支架轴心-油缸摆动轴心两线夹角不小于承载所需最小夹角，以缩小迎角框架1的长度和高度尺寸；

所述迎角框架1的后端设置有U型安装部104，所述U型安装部104的内侧分别开设有伺服油缸摆动旋心孔105，所述迎角伺服油缸4的后端与伺服油缸摆动旋心孔105转动连接。

在上述技术方案中，所述迎角框架1的上端顶部水平面为表面光滑平整的模型支撑连接面，所述模型支撑连接面与水平面平行。

在上述技术方案中，所述迎角框架1的上端开设有一对迎角零位销孔106，所述弯刀支架3上开设有与迎角零位销孔106相适配的零位通孔307，所述迎角零位销孔106和零位通孔307中穿设有迎角零位定位销。在迎角伺服油缸不能工作时，将迎角零位销孔106与零位通孔307对准，通过将迎角零位定位销穿入至迎角零位孔106和零位通孔307中，用以支撑弯刀支架3的重量。

在上述技术方案中，所述迎角框架1滑动设置在侧滑基座5上，所述侧滑基座5的上表面设置有三组同心的侧滑圆弧导轨501，所述底板101的底部安装有三组侧滑滑块107，所述侧滑滑块107分别对应滑动设置在侧滑圆弧导轨501上，在侧滑滑块107尺寸确定的条件下，底板101上同一组侧滑圆弧导轨501对应的两侧侧滑滑块107中心沿宽度方向尽量取大，以承受横向载荷；

侧滑伺服油缸6，其转动安装在所述侧滑基座5的后端，且位于最外侧侧滑圆弧导轨501的外侧，所述侧滑伺服油缸6位于迎角框架1的下方；所述迎角框架1远离侧滑伺服油缸安装部位的一侧通过楔形件7安装有L型的侧滑伺服油缸连接座8，所述侧滑伺服油缸连接座8的底面低于底板101的底面，具体距离应满足侧滑伺服油缸6上的防转杆、油管接头、位移传感器等的布置；所述侧滑伺服油缸6的活塞杆与侧滑伺服油缸连接座8转动连接。迎角支撑机构与下方的侧滑基座5串联合成侧滑机构，能够准确支撑模型侧滑角姿态，通过侧滑伺服油缸6驱动迎角支撑机构沿侧滑圆弧导轨501运动，以改变模型的侧滑角。

在上述技术方案中，所述底板101的前端底部的侧滑旋心处开设侧滑销轴孔，所述侧滑销轴孔的中心轴线通过迎角旋心，所述侧滑圆弧导轨501的圆心处设置有与侧滑销轴孔相适配的侧滑孔502，所述侧滑销轴孔和侧滑孔502中转动穿设有侧滑销轴10。迎角支撑机构沿侧滑圆弧导轨501运动时，运动轨迹是以侧滑旋心、侧滑销轴孔、侧滑孔502中心轴线为转动轴的圆弧，因而侧滑旋心、侧滑销轴孔和侧滑孔502的结构设置对迎角支撑机构的侧滑运动具有定位作用。

在上述技术方案中，所述底板101的两侧对称设置有凸台108，所述凸台开设有侧滑零位销孔109，所述侧滑基座5上靠近最外侧侧滑圆弧导轨501处开设有与侧滑零位销孔109相适配的侧滑零位定位孔503，所述侧滑零位销孔109和侧滑零位定位孔503中穿设有侧滑零位定位销9，图5所示的结构状态中，侧滑零位定位销9穿入至侧滑零位销孔109和侧滑零位定位孔503后，将整个迎角支撑机构定位固定在侧滑机构的机械零位。

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 (9)

1.一种用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，包括：

迎角框架，其内部通过两组迎角圆弧导轨滑动连接有弯刀支架，所述弯刀支架的上端安装有模型；

迎角伺服油缸，其转动安装在所述迎角框架内，所述迎角伺服油缸的活塞杆与弯刀支架转动连接。

2.如权利要求1所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述迎角框架的结构包括：

底板，其设置在所述迎角框架的底部；所述底板的上端分别固定设置有两个带筋板的立式框架，所述立式框架分居迎角框架的左右两侧，两个立式框架之间通过多个连接板连接固定；

两组迎角圆弧导轨分别固定安装在两个所述立式框架的内侧，且每组迎角圆弧导轨包括两个同心设置的单轨。

3.如权利要求1所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述弯刀支架的结构包括：

下部支架，其上可拆卸连接有中部支架；

所述下部支架的两侧分别固定安装有迎角滑块，所述迎角滑块与迎角圆弧导轨为滑动连接；

所述下部支架的下端设置有避让槽，所述避让槽两侧设置有销轴孔，所述迎角伺服油缸的活塞杆端部与销轴孔通过销轴转动连接；

所述中部支架的上端设置有连接锥孔，所述模型的后端固定在连接锥孔中。

4.如权利要求1所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述迎角伺服油缸为二级伺服油缸；

所述迎角框架的后端设置有U型安装部，所述U型安装部的内侧分别开设有伺服油缸摆动旋心孔，所述迎角伺服油缸的后端与伺服油缸摆动旋心孔转动连接。

5.如权利要求1所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述迎角框架的上端顶部水平面为表面光滑平整的模型支撑连接面，所述模型支撑连接面与水平面平行。

6.如权利要求1所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述迎角框架的上端开设有一对迎角零位销孔，所述弯刀支架上开设有与迎角零位销孔相适配的零位通孔，所述迎角零位销孔和零位通孔中穿设有迎角零位定位销。

7.如权利要求2所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述迎角框架滑动设置在侧滑基座上，所述侧滑基座的上表面设置有三组同心的侧滑圆弧导轨，所述底板的底部安装有三组侧滑滑块，所述侧滑滑块分别对应滑动设置在侧滑圆弧导轨上；

侧滑伺服油缸，其转动安装在所述侧滑基座的后端，且位于最外侧侧滑圆弧导轨的外侧，所述侧滑伺服油缸位于迎角框架的下方；所述迎角框架远离侧滑伺服油缸安装部位的一侧通过楔形件安装有L型的侧滑伺服油缸连接座，所述侧滑伺服油缸连接座的底面低于底板的底面，所述侧滑伺服油缸的活塞杆与侧滑伺服油缸连接座转动连接。

8.如权利要求7所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述底板的前端底部的侧滑旋心处开设侧滑销轴孔，所述侧滑销轴孔的中心轴线通过迎角旋心，所述侧滑圆弧导轨的圆心处设置有与侧滑销轴孔相适配的侧滑孔，所述侧滑销轴孔和侧滑孔中转动穿设有侧滑销轴。

9.如权利要求7所述的用于四自由度机构的迎角支撑机构，其特征在于，所述底板的两侧对称设置有凸台，所述凸台开设有侧滑零位销孔，所述侧滑基座上靠近最外侧侧滑圆弧导轨处开设有与侧滑零位销孔相适配的侧滑零位定位孔，所述侧滑零位销孔和侧滑零位定位孔中穿设有侧滑零位定位销。

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