CN116296225A - 一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，属于航空气动力风洞特种试验技术领域。其包括弧形弯刀、第一连杆、第二连杆、第三连杆、水平滑块、滑块连杆、垂直滑块、垂直滑轨和模型支杆，弧形弯刀、第一连杆、第二连杆和第三连杆共同构成四连杆机构，第三连杆装有模型支杆，滑块连杆与水平滑块滑动连接，水平滑块与垂直滑块固连，垂直滑块与垂直滑轨滑动连接，垂直滑轨的两端与风洞洞壁固连，解决对风洞本身的迎角机构不需改动，利用原有迎角机构的角度变化，就实现了模型的大迎角范围变化，满足风洞大迎角试验需求的问题，本发明简单且紧凑，安装和拆卸方便，满足经常性更换的使用条件要求的同时，稳定性高，大大提升了试验的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，属于航空气动力风洞特种试验技术领域。
背景技术
高速风洞中试验模型的迎角机构主要有两种形式，一种是弧形弯刀结构形式，弯刀绕固定轴线做转动，弯刀上的模型支杆带动模型也做绕固定轴的转动，从而实现模型的迎角变化。另一种是托板结构形式，托板内布置复合四连杆机构，托板整体上下运动，通过杆系的运动传递，实现了模型的迎角变化。因受空间尺寸的限制，两种结构的迎角范围都有限，通常在40°左右，而大迎角试验，一般要求范围为0°-60°，因此现有的风洞迎角机构无法满足大迎角试验需求，大迎角试验都需要采用专门的迎角机构。
通常大迎角机构都比较复杂，要对风洞本身的迎角机构做较大的改动，一般由两个运动驱动源来实现大范围迎角变化，即一个机构实现模型的迎角变化，一个机构实现整体机构的水平运动，故在模型迎角增大过程中，整个迎角机构同时在向下做平移运动，这样才能实现模型在迎角增大过程中，模型在风洞试验段中的位置始终处于风洞轴线附近。
这种大迎角机构的特点是：机构庞大，控制复杂，尤其是针对现有风洞迎角支撑系统，如果做大迎角试验能力改造提升，需要对风洞本体做较大的改动，需要在风洞外部加装复杂的平移驱动机构以及大功率平移运动驱动源，而且大迎角试验时，要拆除原有的迎角机构，更换大迎角机构，每次试验更换工作耗时耗力大。
因此，亟需提出一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了针对现有风洞中的弯刀结构形式的迎角机构，设计的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，解决对风洞本身的迎角机构不需改动，只需增加一部分运动机构，利用原有迎角机构的角度变化，就实现了模型的大迎角范围变化，满足风洞大迎角试验需求的问题，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。
本发明的技术方案：
一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，包括弧形弯刀、第一连杆、第二连杆、第三连杆、水平滑块、滑块连杆、垂直滑块、垂直滑轨和模型支杆，第一连杆中部与弧形弯刀铰接，第一连杆一端与第三连杆中部铰接，第一连杆另一端与滑块连杆固定连接，第三连杆一端安装有模型支杆，第三连杆另一端与第二连杆一端铰接，第二连杆另一端与弧形弯刀铰接，弧形弯刀、第一连杆、第二连杆和第三连杆共同构成四连杆机构，滑块连杆与水平滑块建立滑动连接，水平滑块与垂直滑块固定连接，垂直滑块与垂直滑轨滑动连接，垂直滑轨的两端与风洞洞壁建立固定连接。
优选的：所述弧形弯刀两端穿过风洞洞壁，其中一端与运动驱动源建立连接。
优选的：所述滑块连杆前后两端面均加工有滑槽，滑块连杆前后两侧的滑槽均与水平滑块建立滑动连接。
优选的：所述水平滑块上下两侧均转动安装有多个滑轮，滑轮与滑槽的内侧壁滑动贴合。
优选的：所述第三连杆包括直段和弯折段，直段端部连接有弯折段，直段分别与第一连杆和第二连杆铰接，弯折段的端部安装有模型支杆。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置简单且紧凑，安装和拆卸方便，满足经常性更换的使用条件要求的同时，稳定性高，大大提升了试验的准确性；
2.本发明只由一个运动驱动源就实现了模型的大范围角度变化，可以在风洞中实现模型的大迎角变化范围，操作更加简单快速，实用性更强；
3.本发明的运动驱动源完全利用风洞原有迎角机构驱动系统，应用该套试验装置在现有风洞中时，对风洞本身的迎角机构不需改动，只需替换本发明的高速风洞大迎角试验装置，利用原有迎角机构的角度变化，就实现了模型的大迎角。
附图说明
图1是一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置的立体图；
图2是一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置的主视图；
图3是一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置的结构示意图；
图4是一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置的原理图；
图5是本发明图2的A-A部分剖面图；
图6是本发明的滑轮的装配示意图。
图中：1-弧形弯刀，2-第一连杆，3-第二连杆，4-第三连杆，5-水平滑块，6-滑块连杆，7-垂直滑块，8-垂直滑轨，9-模型支杆，10-风洞洞壁，41-直段，42-弯折段，51-滑轮，61-滑槽。
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。
具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，包括弧形弯刀1、第一连杆2、第二连杆3、第三连杆4、水平滑块5、滑块连杆6、垂直滑块7、垂直滑轨8和模型支杆9，第一连杆2中部与弧形弯刀1铰接，第一连杆2一端与第三连杆4中部铰接，第一连杆2另一端与滑块连杆6固定连接，第三连杆4一端安装有模型支杆9，第三连杆4另一端与第二连杆3一端铰接，第二连杆3另一端与弧形弯刀1铰接，弧形弯刀1、第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4共同构成四连杆机构；
所述第三连杆4包括直段41和弯折段42，直段41端部连接有弯折段42，直段41分别与第一连杆2和第二连杆3铰接，弯折段42的端部安装有模型支杆9，第三连杆4设计成组合形式，直段41充当四连杆机构的从动杆作用，弯折段42充当模型支架的作用，模型支杆9尾部与弯折段42直接相连，第三连杆4转动过程中就实现了模型的迎角变化；
滑块连杆6与水平滑块5建立滑动连接，即所述滑块连杆6前后两端面均加工有滑槽61，滑块连杆6前后两侧的滑槽61均与水平滑块5建立滑动连接，所述水平滑块5上下两侧均转动安装有多个滑轮51，滑轮51与滑槽61的内侧壁滑动贴合，水平滑块5可以在水平方向任意滑动，水平滑块5右侧端部与垂直滑块7垂直固定连接，垂直滑块7与垂直滑轨8滑动连接，垂直滑块7在垂直滑轨8上任意上下滑动，垂直滑轨8的两端与风洞洞壁10建立固定连接，风洞洞壁10上加工有贯穿的通孔，所述弧形弯刀1两端穿过风洞洞壁10的通孔，弧形弯刀1其中的任意一端与运动驱动源建立连接，运动驱动源即风洞的迎角机构，迎角机构驱动弧形弯刀1绕旋转中心O做圆弧转动，若试验段直径为600毫米的高速风洞，那么其绕旋转中心O为600毫米，只由一个运动驱动源就实现了模型的大范围角度变化。
所述第一连杆2和所述第二连杆3均为H形连杆，第一连杆2两端分别铰接装夹于弧形弯刀1和第二连杆3的前后两侧，如此设计的目的是，前后的两侧夹紧，使第一连杆2和所述第二连杆3摆动运动时更加稳定。
本实施方式的工作过程及原理如下：
如图4所示，所述弧形弯刀1、第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4共同构成四连杆机构，弧形弯刀1和第一连杆2铰接在a点，弧形弯刀1绕旋转中心O转动，转动过程中，虽然水平滑块5可以在水平方向任意滑动，但是水平滑块5和垂直滑块7由于垂直滑轨8的作用，水平滑块5只能做垂直方向平移运动，与垂直滑块7一同实现上下平移运动，在水平滑块5的约束下，第一连杆2随着a点上下移动过程中，同时相对于水平滑块5滑动，由于第一连杆2始终做平移摆动，所以弧形弯刀1带动四连杆运动过程中，第一连杆2和第二连杆3之间的夹角随之变化，带动第三连杆4转动，安装于第三连杆4端部的模型支杆9实现带动模型的角度变化。
通过布置四连杆机构中的四个连杆长度比例关系，即弧形弯刀1、第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4四个铰接位置及自身长度关系，就可以得到弧形弯刀1的角度变化与第三连杆4的角度变化关系，因为模型支杆9与第三连杆4固连，第三连杆4的角度变化就是模型迎角的变化。
本实施方式针对现有风洞迎角机构，建立大迎角试验机构时，需要进行的工作有：更换新的弧形弯刀1，弧形弯刀1上安装四连杆机构，安装水平滑块5与垂直滑块7，与风洞本体连接处的改造只有垂直滑轨8上下两端与风洞洞壁10的连接之处。
针对原有迎角范围为36°-45°的迎角机构，加装本实施方式可以实现模型的迎角范围为60°-70°。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，其特征在于：包括弧形弯刀（1）、第一连杆（2）、第二连杆（3）、第三连杆（4）、水平滑块（5）、滑块连杆（6）、垂直滑块（7）、垂直滑轨（8）和模型支杆（9），第一连杆（2）中部与弧形弯刀（1）铰接，第一连杆（2）一端与第三连杆（4）中部铰接，第一连杆（2）另一端与滑块连杆（6）固定连接，第三连杆（4）一端安装有模型支杆（9），第三连杆（4）另一端与第二连杆（3）一端铰接，第二连杆（3）另一端与弧形弯刀（1）铰接，弧形弯刀（1）、第一连杆（2）、第二连杆（3）和第三连杆（4）共同构成四连杆机构，滑块连杆（6）与水平滑块（5）建立滑动连接，水平滑块（5）与垂直滑块（7）固定连接，垂直滑块（7）与垂直滑轨（8）滑动连接，垂直滑轨（8）的两端与风洞洞壁（10）建立固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，其特征在于：所述弧形弯刀（1）两端穿过风洞洞壁（10），其中一端与运动驱动源建立连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，其特征在于：所述滑块连杆（6）前后两端面均加工有滑槽（61），滑块连杆（6）前后两侧的滑槽（61）均与水平滑块（5）建立滑动连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，其特征在于：所述水平滑块（5）上下两侧均转动安装有多个滑轮（51），滑轮（51）与滑槽（61）的内侧壁滑动贴合。
5.根据权利要求4所述的一种基于弧形弯刀迎角机构的高速风洞大迎角试验装置，其特征在于：所述第三连杆（4）包括直段（41）和弯折段（42），直段（41）端部连接有弯折段（42），直段（41）分别与第一连杆（2）和第二连杆（3）铰接，弯折段（42）的端部安装有模型支杆（9）。
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| WENFENG GUO: "Wind tunnel tests of the rime icing characteristics of a straight-bladed vertical axis wind turbine", RENEWABLE ENERGY, vol. 179, pages 116 - 132, XP086793561, DOI: 10.1016/j.renene.2021.07.033 * |
| 祝明红;王勋年;张钧;孙传宝;: "尾撑大迎角试验技术研究", 实验流体力学, no. 02 * |
| 高剑军;卜忱;杜希奇;: "旋转流场下模型大幅俯仰运动实验研究", 实验力学, no. 02 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818259A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-29 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种动导数试验机构振动减缓装置及方法 |
| CN116818259B (zh) * | 2023-08-23 | 2023-10-27 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种动导数试验机构振动减缓装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116296225B (zh) | 2023-07-21 |
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