CN116609023A - 一种低速风洞试验模型振动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低速风洞试验模型振动控制系统，包括支撑系统和试验模型，支撑系统中的天平浮动端与试验模型连接，在试验模型内相对于天平浮动端的远端位置处设置有独立的减振器，所述减振器包括四个单重调谐质量减振器，所述单重调谐质量减振器包括用于水平方向减震的第一弹簧单元和质量单元，用于竖直方向减震的第二弹簧单元，所述质量单元在第一弹簧单元与第二弹簧单元的作用下位于单重调谐质量减振器的中心；本发明的减振器在风洞试验中，相对于试验模型属于被动减震装置，可以在试验模型振动时由自身实现减震，不需要额外的增加其他主动机构即可满足减震效果。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验领域，具体涉及一种低速风洞试验模型振动控制系统。
背景技术
风洞试验模型尾部支撑装置由于其支杆结构简单、支架干扰小等优点被广泛应用于风洞试验中。尾部支撑装置主要由模型、天平、支撑装置等组成，是一种典型的悬臂梁结构。在大尺寸低速风洞中，由于试验模型吨位大且支撑装置悬臂较长，导致模型支撑系统刚度通常较弱，一阶固有频率较低并且与风洞气流脉动频率接近，容易产生耦合振动，尤其在模型流动分离迎角区域时振动加剧，威胁风洞试验安全，影响数据质量。因此需要开展风洞试验模型振动控制相关工作，减小试验模型在大迎角姿态下的剧烈振动现象。
发明内容
本发明的目的是基于风洞试验需求，设计一种满足试验要求的振动控制系统，通过对减振器的结构设计以及安装设计，实现对试验模型的减震。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低速风洞试验模型振动控制系统，包括支撑系统和试验模型，支撑系统中的天平浮动端与试验模型连接，在试验模型内相对于天平浮动端的远端位置处设置有独立的减振器，所述减振器包括四个单重调谐质量减振器，所述单重调谐质量减振器包括：
第一壳体和第二壳体，所述第二壳体内设置有质量单元，所述质量单元的对称两侧与第二壳体之间分别设置有第一弹簧单元，所述第一弹簧单元的弹性作用力在水平方向上作用到质量单元和第二壳体，所述质量单元上与第一单元不接触的一侧上设置有电涡流阻尼单元，
所述第二壳体浮动设置在第一壳体内，第二壳体的底端与第一壳体之间设置有第二弹簧单元，所述第二弹簧单元的弹性作用力在铅锤方向上作用到第一壳体和第二壳体，与电涡流阻尼单元位置相对应的第一壳体上设置有导体板，
所述质量单元在第一弹簧单元与第二弹簧单元的作用下位于单重调谐质量减振器的中心。
在上述技术方案中，在第二壳体内沿着水平方向设置有导向滑块，所述导向滑块贯穿质量单元。
在上述技术方案中，所述质量单元包括框架和设置在框架上的安装板，所述安装板上能够连接质量补偿单元和电涡流阻尼单元，所述框架内设置有配重块。
在上述技术方案中，所述第一壳体上设置有导体安装板，所述导体板连接到导体安装板上，通过调节所述导体板与导体安装板之间的相对距离实现调节导体板与电涡流阻尼单元的相对距离。
在上述技术方案中，所述第一壳体内沿着铅锤方向设置有导向杆，所述导向杆贯穿第二壳体。
在上述技术方案中，所述第一壳体与第二壳体之间设置有开关，开关的一端连接到第一壳体上，开关的另一端通过旋转连接到质量单元上。
在上述技术方案中，第一壳体上设置有安装接口，四个单重调谐质量减振器通过安装接口相互并联连接后与试验模型连接，
或四个单重调谐质量减振器通过安装接口相互串联连接后与试验模型连接，
或四个单重调谐质量减振器相互分散，然后各自与试验模型连接。
在上述技术方案中，当减振器的目标减震频率为2.5HZ、有效减振频带为1.5Hz～3Hz时，四个单重调谐质量减振器各自为目标减震频率的0.68倍、0.78倍、0.92倍、1.10倍。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
通过有效对多个单重调谐质量减振器进行组合可以精准的实现对减振器的目标减震频率，巧妙的利用弹性机械结构来平衡振动，同时将振动的机械能转化为热能进行消耗。
本发明的减震结构使得质量中心在自由平衡状态下，始终位于减振器中心，确保高效的减震效率。
本发明的减振器在风洞试验中，相对于试验模型属于被动减震装置，可以在试验模型振动时由自身实现减震，不需要额外的增加其他主动机构即可满足减震效果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是质量减振器的结构示意图；
图2是质量减振器的正视图；
图3是质量减振器的侧视图；
图4是制冷单元的结构示意图；
图5是四个串联的质量减振器的结构示意图；
图6是试验状态下的模型示意图；
其中：1是第一壳体，2是第二壳体，3是质量单元，3-1是框架，3-2是金属钨板，3-3是导向滑块，3-4是阻尼单元安装板，3-5是质量补偿块，4是第一弹簧单元，5是第二弹簧单元，6-1是水平导向杆，6-2是竖直导向杆，7是电涡流阻尼单元，8是导体安装板，9是导体板，10是开关。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图6 所示，在进行风洞模型尾撑试验时，受到吹风影响，试验模型会根据风速的大小出现振动，而振动会导致天平的测量不准确，而剧烈振动会威胁试验安全，因此本实施例在试验模型上设置减振器。
如图1、图2、图3所示，是本实施例的减振器的结构示意图，其中减振器包括有第一壳体1和第二壳体2，其中第二壳体2通过第二弹簧单元5浮动设置在第一壳体1内，具体结构如下。
第二壳体2内设置有质量单元3，质量单元3的对称两侧分别设置有第一弹簧单元4，第一弹簧单元4的一端与质量单元3接触，第一弹簧单元4的另一端与第二壳体2的内壁接触，从而使得第一弹簧单元4在水平方向作用力到质量单元3上。对称的两个第一弹簧单元4可以使得质量单元3在水平方向上进行往复运动。
为了限定质量单元3的运动轨迹，在第二壳体2内设置有水平导向杆6-1，水平导向杆6-1穿过质量单元3，从而使得质量单元3在两个第一弹簧单元4的作用下运动时只能沿着水平导向杆6-1运动。
如图4所示，质量单元3包括有框架3-1为不锈钢框架，在框架3-1内设置有金属钨板3-2，金属钨板3-2具有很高的密度，可以使得减振器满足小体积要求下保证质量需求，不锈钢框架能够保护金属钨板，避免金属钨板碰撞破碎。质量单元的重量可调节，在框架3-1的一侧上固定连接有阻尼单元安装板3-4，阻尼单元安装板3-4的一侧用于安装电涡流阻尼单元7，另一侧用于连接质量补偿块，通过增加或减少质量补偿块的数量实现质量单元重量调节，从而实现根据目标频率调节质量大小的目的。
整个第二壳体2在设置完毕质量单元3和第一弹簧单元4后做为一个整体再浮动设置在第一壳体1内，为了固定其运动轨迹，在第一壳体1内设置有竖直方向的竖直导向杆6-2，竖直导向杆6-2穿过第二壳体2，在第二壳体2的外底部与第一壳体1的内底部之间设置有第二弹簧单元5，第二弹簧单元5的弹性作用力在竖直方向上分别作用到第一壳体1和第二壳体2上，从而使得第二壳体2能够沿着竖直导向杆6-2运动。
第一壳体1和第二壳体2的这种嵌套式结构，使得第一弹簧单元4与质量单元3组成内层弹簧质量系统，实现质量单元横向振动。内层弹簧质量系统作为一个整体的质量块再与下方的第二弹簧单元5组成外层弹簧质量系统，实现垂向振动。
在内层弹簧质量系统实现铅锤方向振动的时候，利用设置电涡流阻尼单元7切割与导体板9之间的磁场线，从而在导体板9上产生电流，电流在导体板9上流动使得导体板9发热，从而最终使得振动产生的机械能通过热能的形式耗散。如图1、图3、图4所示在第一壳体1的一侧上固定连接有导体安装板8，在导体安装板8的内侧上连接有导体板9，的第二壳体2上的电涡流阻尼单元7与导体板9的位置相互对应，当第二壳体2整体在竖直方向运动时会切割电涡流阻尼单元7与导体板9之间的磁力线，从而产生的磁场会对第二壳体2整体运动起到缓冲的效果。而通过调节导体板9与电涡流阻尼单元7的相对距离，可以实现阻尼的调节。
通过质量单元3和电涡流阻尼单元7与导体板9的相互作用，在弹簧作用下使得质量单元3始终位于减振器中心，起到减振器减震的功能。通过更换弹簧或调节质量单元重量的方式实现振动频率调节。
单重调谐质量减振器的壳体上设置有接口，通过接口可以实现相互的连接。本实施例如图5所示，采用串联的方式将四个单重调谐质量减振器进行串联，根据减震理论的经验值，要实现目标减振频率为2.5Hz，有效减振频带是1.5Hz～3Hz，四个单重减振器的各自的频率参数分布需综合考虑减振频带宽度需求和减振效果，各减振器的频率分别为目标减振频率（2.5Hz）的0.68倍、0.78倍、0.92倍、1.10倍，根据这种组合配比，将其按照如图6的方式连接到试验模型上。本实施例的减振器设置在试验模型的机头内部，对试验模型及支撑装置的气流无额外干扰，对于试验模型的支撑系统采用的是腹支撑模式，由于远端的振幅度最大因此减振器设置在相对于天平的远端，从而实现减震效果最佳。
在本实施例中，每一个减振器还配置有开关10，通过旋转开关10带动挡块转动，可以实现质量单元3的位置进行机械锁定，该功能用于减振器在存放、运输等非工作状态，以此保持质量单元静止，避免无用振动，延长减振器寿命。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：包括支撑系统和试验模型，支撑系统中的天平浮动端与试验模型连接，在试验模型内相对于天平浮动端的远端位置处设置有独立的减振器，所述减振器包括四个单重调谐质量减振器，所述单重调谐质量减振器包括：
第一壳体和第二壳体，所述第二壳体内设置有质量单元，所述质量单元的对称两侧与第二壳体之间分别设置有第一弹簧单元，所述第一弹簧单元的弹性作用力在水平方向上作用到质量单元和第二壳体，所述质量单元上与第一单元不接触的一侧上设置有电涡流阻尼单元，
所述第二壳体浮动设置在第一壳体内，第二壳体的底端与第一壳体之间设置有第二弹簧单元，所述第二弹簧单元的弹性作用力在铅锤方向上作用到第一壳体和第二壳体，与电涡流阻尼单元位置相对应的第一壳体上设置有导体板，
所述质量单元在第一弹簧单元与第二弹簧单元的作用下位于单重调谐质量减振器的中心。
2.根据权利要求1所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：在第二壳体内沿着水平方向设置有导向滑块，所述导向滑块贯穿质量单元。
3.根据权利要求2所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：所述质量单元包括框架和设置在框架上的安装板，所述安装板上能够连接质量补偿单元和电涡流阻尼单元，所述框架内设置有配重块。
4.根据权利要求1所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：所述第一壳体上设置有导体安装板，所述导体板连接到导体安装板上，通过调节所述导体板与导体安装板之间的相对距离实现调节导体板与电涡流阻尼单元的相对距离。
5.根据权利要求1所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：所述第一壳体内沿着铅锤方向设置有导向杆，所述导向杆贯穿第二壳体。
6.根据权利要求1所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：所述第一壳体与第二壳体之间设置有开关，开关的一端连接到第一壳体上，开关的另一端通过旋转连接到质量单元上。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：第一壳体上设置有安装接口，四个单重调谐质量减振器通过安装接口相互并联连接后与试验模型连接，
或四个单重调谐质量减振器通过安装接口相互串联连接后与试验模型连接，
或四个单重调谐质量减振器相互分散，然后各自与试验模型连接。
8.根据权利要求7所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：当减振器的目标减震频率为2.5HZ、有效减振频带为1.5Hz～3Hz时，四个单重调谐质量减振器各自为目标减震频率的0.68倍、0.78倍、0.92倍、1.10倍。
9.根据权利要求1-6任一所述的一种低速风洞试验模型振动控制系统，其特征在于：通过更换第一弹簧单元和第二弹簧单元调节振动频率，或通过改变质量单元重量调节振动频率。
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