CN116818259B - 一种动导数试验机构振动减缓装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种动导数试验机构振动减缓装置及方法，属于风洞特种试验技术领域，本发明为了解决尾振动动导数试验既要减缓迎角机构的振动，又不能影响模型姿态角变化的问题。装置包括三角支架，三角支架包括弧形夹板，上支杆和下支杆的一端均与弧形夹板相连，上支杆的另一端设有第二轴承，下支杆的另一端设有第一轴承，上支杆和下支杆通过调整拉杆相连；工作时，两个三角支架分别通过弧形夹板夹合在中部支架的左右两侧，左侧三角支架的第二轴承和第一轴承均与试验段洞壁的左侧壁滚动配合，右侧三角支架的第二轴承和第一轴承均与试验段洞壁的右侧侧壁滚动配合。本发明在整体弯刀的中部又增加了支点，提升了支撑刚度，同时又不阻碍弯刀支臂转动。

Description

一种动导数试验机构振动减缓装置及方法

技术领域

本发明属于风洞特种试验技术领域，尤其涉及一种动导数试验机构振动减缓装置及方法。

背景技术

高速风洞试验中，试验模型一般通过尾支杆或相应支撑机构与风洞本身迎角机构支撑支架相连。迎角机构支撑支架的主要形式为弯刀支臂，该弯刀支臂的结构特点是横向刚度远远低于纵向刚度。风洞试验中，迎角机构受到横向激励较大时，容易诱发机构的横向振动。在普通试验中，模型及尾支杆都是静止于弯刀支臂的，激励的来源主要是气流的脉动。

动导数振动机构内部安装有驱动源及相关运动转换机构，试验中，驱动源会驱动尾支杆在俯仰、偏航与滚转三个方向产生振动，从而带动试验模型实现三个方向上的振动。为了保证模型振动的稳定性，首先需要保证动导数振动机构本身的稳定，即要求振动机构稳定地固连于风洞迎角机构支撑上，同时，风洞迎角机构要在试验中静止，迎角机构如产生振动会明显地影响试验质量。

由于风洞弯刀支臂形式的迎角机构存在横向刚度弱的特点，动导数振动机构在水平方向上作横向振动的过程中，容易诱发弯刀支臂产生振动。所以，相对于普通静态试验来说，动导数试验中，弯刀支臂受到的振动激励源得到增加，更容易诱发弯刀支臂的振动。

另外，动导数试验本身又分为两种形式：一种是传统的尾支杆静止，模型相对于尾支杆振动；另一种是尾支杆带动模型一起振动，称之为尾振动动导数。对尾振动动导数试验来说，需要驱动尾支杆与模型一起振动，相对于传统的动导数试验，负载更大，传递到迎角机构上的动态载荷就更大，显然更容易诱发弯刀支臂的横向振动。

在高速风洞试验中，解决模型支撑机构振动的方法通常是安装辅助支撑杆，辅助支撑杆连接尾支杆与风洞试验段洞壁。该方法的弊端是，辅助支撑杆安装后，模型的姿态就无法变化，不能改变模型的迎角。也就是说，每一次吹风试验，只能获取一个模型姿态角度下的试验数据。而通常一次吹风可以获取10个模型姿态角度下的试验数据。所以，传统的辅助支撑杆的方法对动导数试验来说效率过低，不再适用。

随着动导数试验技术的发展，尾振动动导数试验技术的应用越来越广泛，因此，亟需提出一种高速风洞动导数试验振动减缓装置及方法，既能减缓迎角机构的振动，又不影响模型姿态角的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种动导数试验机构振动减缓装置及方法，以解决尾振动动导数试验既要减缓迎角机构的振动，又不能影响模型姿态角变化的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种动导数试验机构振动减缓装置，包括整体弯刀和动导数振动机构，整体弯刀包括中部支架和弯刀支臂，所述弯刀支臂包括上弯刀支臂和下弯刀支臂，上弯刀支臂和下弯刀支臂分别与中部支架的上下两端对应相连，尾支杆通过动导数振动机构与中部支架的前端相连；

还包括左右对称布置的两个三角支架，三角支架包括弧形夹板，上支杆和下支杆的一端均与弧形夹板的外周相连，上支杆的另一端设有第二轴承，下支杆的另一端设有第一轴承，第二轴承和第一轴承的轴向均与弧形夹板的轴向相同，上支杆和下支杆上均设有螺孔，两个所述螺孔相同轴且螺纹旋向相反，调整拉杆的两端均设有螺柱结构，两个所述螺柱结构分别与两个所述螺孔相对应螺纹配合，上支杆和下支杆均为弹性金属杆；

工作时，两个三角支架分别夹合在中部支架的两侧，两个弧形夹板均与中部支架同轴配合，左侧三角支架的上支杆沿中部支架的径向向左上方延伸，左侧三角支架的下支杆沿中部支架的径向向左下方延伸，左侧三角支架的第二轴承和第一轴承外周均与试验段洞壁的左侧侧壁滚动配合，右侧三角支架的上支杆沿中部支架的径向向右上方延伸，右侧三角支架的下支杆沿中部支架的径向向右下方延伸，右侧三角支架的第二轴承和第一轴承外周均与试验段洞壁的右侧侧壁滚动配合。

进一步的，中部支架的轴向水平设置时，同一三角支架的上支杆和下支杆上下对称。

进一步的，弧形夹板的内周与中部支架的外周相配合，并通过若干螺钉连接固定。

进一步的，上支杆和下支杆的横截面均呈楔形，所述楔形的楔角迎风洞气流设置。

进一步的，第二轴承和第一轴承均为滚动轴承。

本发明还提供了一种动导数试验机构振动减缓方法，依托于上述一种动导数试验机构振动减缓装置实现，包括以下步骤：

步骤一、在试验段洞壁上安装整体弯刀、尾支杆和动导数振动机构；

步骤二、工作前，在风洞外分别粗调两个三角支架的调整拉杆，使两个三角支架各自的上支杆和下支杆夹角增大，三角支架的弧形夹板与中部支架配合时，左侧三角支架的第二轴承和第一轴承均与试验段洞壁的左侧侧壁相抵近，右侧三角支架的第二轴承和第一轴承均与试验段洞壁的右侧侧壁相抵近；

步骤三、将两个三角支架的弧形夹板分别通过螺钉与中部支架固定连接；

步骤四、分别旋拧两个三角支架的调整拉杆，使两个三角支架各自的上支杆和下支杆夹角减小，直至两个三角支架均发生弹性变形，工作时，中部支架和试验段洞壁的两侧壁之间分别通过两个三角支架产生支撑预紧力，且预紧力达到预设范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

弯刀支臂包括上弯刀支臂和下弯刀支臂，分别与试验段洞壁上壁板和下壁板的迎角驱动机构相连接。将上弯刀支臂、下弯刀支臂和中部支架看作一个整体，称之为整体弯刀，整体弯刀的固定端是与试验段洞壁上壁板和下壁板的两个连接点，本发明在整体弯刀的中部又增加了支点，提升了支撑刚度，对于0.6米高速风洞来说，整体弯刀的自振频率可以由20赫兹提升到30赫兹。三角支架的弧形夹板与中部支架相固连，三角支架的第二轴承和第一轴承与试验段洞壁的对应侧壁滚动配合，使三角支架在整体弯刀的运动过程中随整体弯刀运动，在垂直于试验段洞壁侧壁方向上是没有位移变化的。两个三角支架对称设置在中部支架的两侧，两个三角支架起到了增加弯刀支臂支撑点、提高横向刚度的作用，同时又不阻碍弯刀支臂转动。

附图说明

图1是三角支架的结构示意图；

图2是下支杆的局部示意图；

图3是本发明安装在风洞试验段的结构示意图；

图4是本发明与风洞试验段的分解示意图；

图5是本发明安装在风洞试验段的另一视角结构示意图。

图中，1.三角支架、11.弧形夹板、12.上支杆、13.调整拉杆、14.下支杆、15.第一轴承、16.第二轴承、2.试验段洞壁、3.整体弯刀、31.上弯刀支臂、32.中部支架、33.下弯刀支臂、4.尾支杆、5.动导数振动机构。

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栓连接、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，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，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，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例一：如图1-5所示，一种动导数试验机构振动减缓装置，包括整体弯刀3和动导数振动机构5，整体弯刀3包括中部支架32和弯刀支臂，所述弯刀支臂包括上弯刀支臂31和下弯刀支臂33，上弯刀支臂31和下弯刀支臂33分别与中部支架32的上下两端对应相连，尾支杆4通过动导数振动机构5与中部支架32的前端相连；

还包括左右对称布置的两个三角支架1，三角支架1包括弧形夹板11，上支杆12和下支杆14的一端均与弧形夹板11的外周相连，上支杆12的另一端设有第二轴承16，下支杆14的另一端设有第一轴承15，第二轴承16和第一轴承15的轴向均与弧形夹板11的轴向相同，上支杆12和下支杆14上均设有螺孔，两个所述螺孔相同轴且螺纹旋向相反，调整拉杆13的两端均设有螺柱结构，两个所述螺柱结构分别与两个所述螺孔相对应螺纹配合，上支杆12和下支杆14均为弹性金属杆；

工作时，两个三角支架1分别夹合在中部支架32的两侧，两个弧形夹板11均与中部支架32同轴配合，左侧三角支架1的上支杆12沿中部支架32的径向向左上方延伸，左侧三角支架1的下支杆14沿中部支架32的径向向左下方延伸，左侧三角支架1的第二轴承16和第一轴承15外周均与试验段洞壁2的左侧侧壁滚动配合，右侧三角支架1的上支杆12沿中部支架32的径向向右上方延伸，右侧三角支架1的下支杆14沿中部支架32的径向向右下方延伸，右侧三角支架1的第二轴承16和第一轴承15外周均与试验段洞壁2的右侧侧壁滚动配合。

中部支架32的轴向水平设置时，同一三角支架1的上支杆12和下支杆14上下对称，右侧三角支架1的上支杆12和下支杆14与试验段洞壁2的右侧壁形成等腰三角形。

弧形夹板11的内周与中部支架32的外周相配合，并通过若干螺钉连接固定。

上支杆12和下支杆14的横截面均呈楔形，所述楔形的楔角迎风洞气流设置。

第二轴承16和第一轴承15为滚动轴承。

实施例二：一种动导数试验机构振动减缓方法，依托于实施例一所述的一种动导数试验机构振动减缓装置实现，包括以下步骤：

步骤一、在试验段洞壁2上安装整体弯刀3、尾支杆4和动导数振动机构5；

步骤二、工作前，在风洞外分别粗调两个三角支架1的调整拉杆13，使两个三角支架1各自的上支杆12和下支杆14夹角增大，三角支架1的弧形夹板11与中部支架32配合时，左侧三角支架1的第二轴承16和第一轴承15均与试验段洞壁2的左侧侧壁相抵近，右侧三角支架1的第二轴承16和第一轴承15均与试验段洞壁2的右侧侧壁相抵近；

步骤三、将两个三角支架1的弧形夹板11分别通过螺钉与中部支架32固定连接；

步骤四、分别旋拧两个三角支架1的调整拉杆13，使两个三角支架1各自的上支杆12和下支杆14夹角减小，直至两个三角支架1均发生弹性变形，工作时，中部支架32和试验段洞壁2的两侧壁之间分别通过三角支架1产生支撑预紧力，且预紧力达到预设范围。

弯刀支臂包括上弯刀支臂31和下弯刀支臂33，分别与试验段洞壁2上壁板和下壁板的迎角驱动机构相连接。将上弯刀支臂31、下弯刀支臂33和中部支架32看作一个整体，称之为整体弯刀3，整体弯刀3的固定端是与试验段洞壁2上壁板和下壁板的两个连接点，本发明在整体弯刀3的中部又增加了支点，提升了支撑刚度，对于0.6米高速风洞来说，整体弯刀3的自振频率可以由20赫兹提升到30赫兹。

三角支架1的弧形夹板11与中部支架32相固连，三角支架1的第二轴承16和第一轴承15分别与试验段洞壁2的对应侧壁滚动配合，使三角支架可以在整体弯刀3的运动过程中随整体弯刀3运动，在垂直于试验段洞壁2侧壁方向上是没有位移变化的。两个三角支架1起到了增加弯刀支臂支撑点、提高横向刚度的作用，同时又不阻碍弯刀支臂转动。

三角支架1与中部支架32的连接处为弧面配合，采用螺钉连接固定，具有配合面传力稳定、安装简单的特点。

三角支架1与试验段洞壁2的侧壁通过轴承滚动配合，具有摩擦小，径向负载大的特点。

上支杆12和下支杆14的夹角可以进行调节，即三角支架1的第二轴承16和第一轴承15间距可以通过旋拧调整拉杆13、在风洞的安装过程中进行现场调节。通过第二轴承16和第一轴承15间距的调节，改变三角支架1的水平长度，从而使试验段洞壁2的两侧侧壁均通过三角支架1对中部支架32施加一定的支撑预紧力。这样整体弯刀3始终处于受力状态，有利于保持姿态稳定性。

根据有限元载荷计算分析结果，可以得到三角支架1预紧力与尾支杆4长度之间的关系，三角支架1预紧力的大小根据该关系而确定。

第二轴承16和第一轴承15间距调节的实现：调整拉杆13的两端均设有螺柱结构，两螺柱结构的螺纹旋向相反，螺柱结构与三角支架1的两个螺孔对应配合，旋转调整拉杆13就改变了上支杆12和下支杆14的夹角，进而调节第二轴承16和第一轴承15间距，且能够保证在微小变形量下的调节精度。

上支杆12和下支杆14的横截面呈楔形，可有效降低其气动阻力。

以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种动导数试验机构振动减缓装置，包括整体弯刀（3）和动导数振动机构（5），整体弯刀（3）包括中部支架（32）和弯刀支臂，所述弯刀支臂包括上弯刀支臂（31）和下弯刀支臂（33），上弯刀支臂（31）和下弯刀支臂（33）分别与中部支架（32）的上下两端对应相连，尾支杆（4）通过动导数振动机构（5）与中部支架（32）的前端相连；

其特征在于：还包括左右对称布置的两个三角支架（1），三角支架（1）包括弧形夹板（11），上支杆（12）和下支杆（14）的一端均与弧形夹板（11）的外周相连，上支杆（12）的另一端设有第二轴承（16），下支杆（14）的另一端设有第一轴承（15），第二轴承（16）和第一轴承（15）的轴向均与弧形夹板（11）的轴向相同，上支杆（12）和下支杆（14）上均设有螺孔，两个所述螺孔同轴且螺纹旋向相反，调整拉杆（13）的两端均设有螺柱结构，两个所述螺柱结构分别与两个所述螺孔相对应螺纹配合，上支杆（12）和下支杆（14）均为弹性金属杆；

工作时，两个三角支架（1）分别夹合在中部支架（32）的两侧，两个弧形夹板（11）均与中部支架（32）同轴配合，左侧三角支架（1）的上支杆（12）沿中部支架（32）的径向向左上方延伸，左侧三角支架（1）的下支杆（14）沿中部支架（32）的径向向左下方延伸，左侧三角支架（1）的第二轴承（16）和第一轴承（15）外周均与试验段洞壁（2）的左侧侧壁滚动配合，右侧三角支架（1）的上支杆（12）沿中部支架（32）的径向向右上方延伸，右侧三角支架（1）的下支杆（14）沿中部支架（32）的径向向右下方延伸，右侧三角支架（1）的第二轴承（16）和第一轴承（15）外周均与试验段洞壁（2）的右侧侧壁滚动配合。

2.根据权利要求1所述的一种动导数试验机构振动减缓装置，其特征在于：中部支架（32）的轴向水平设置时，同一三角支架（1）的上支杆（12）和下支杆（14）上下对称。

3.根据权利要求1所述的一种动导数试验机构振动减缓装置，其特征在于：弧形夹板（11）的内周与中部支架（32）的外周相配合，并通过若干螺钉连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种动导数试验机构振动减缓装置，其特征在于：上支杆（12）和下支杆（14）的横截面均呈楔形，所述楔形的楔角迎风洞气流设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种动导数试验机构振动减缓装置，其特征在于：第二轴承（16）和第一轴承（15）均为滚动轴承。

6.一种动导数试验机构振动减缓方法，依托于权利要求1-5任一项所述的一种动导数试验机构振动减缓装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在试验段洞壁（2）上安装整体弯刀（3）、尾支杆（4）和动导数振动机构（5）；

步骤二、工作前，在风洞外分别粗调两个三角支架（1）的调整拉杆（13），使两个三角支架（1）各自的上支杆（12）和下支杆（14）夹角增大，三角支架（1）的弧形夹板（11）与中部支架（32）配合时，左侧三角支架（1）的第二轴承（16）和第一轴承（15）均与试验段洞壁（2）的左侧侧壁相抵近，右侧三角支架（1）的第二轴承（16）和第一轴承（15）均与试验段洞壁（2）的右侧侧壁相抵近；

步骤三、将两个三角支架（1）的弧形夹板（11）分别通过螺钉与中部支架（32）固定连接；

步骤四、分别旋拧两个三角支架（1）的调整拉杆（13），使两个三角支架（1）各自的上支杆（12）和下支杆（14）夹角减小，直至两个三角支架（1）均发生弹性变形，工作时，中部支架（32）和试验段洞壁（2）的两侧壁之间分别通过两个三角支架（1）产生支撑预紧力，且预紧力达到预设范围。