CN117433740B

CN117433740B - 一种风洞飞行试验的连接装置及飞行器模型

Info

Publication number: CN117433740B
Application number: CN202311757236.5A
Authority: CN
Inventors: 张刘; 赵垒; 何萌
Original assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2023-12-20
Filing date: 2023-12-20
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2043-12-20
Also published as: CN117433740A

Abstract

本申请公开了一种风洞飞行试验的连接装置及飞行器模型，属于风洞试验技术领域。本申请提供的风洞飞行试验的连接装置，包括主体、球铰机构和连接杆，通过主体与球铰机构连接构成虚拟飞行所需的连接装置，通过主体与连接杆连接构成自由飞所需的连接装置，从而使得自由飞行试验和虚拟飞行试验共用一个主体结构，进而避免了加工两架飞行器模型所导致的生产成本的增加以及生产周期的延长。

Description

一种风洞飞行试验的连接装置及飞行器模型

技术领域

本申请属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种风洞飞行试验的连接装置及飞行器模型。

背景技术

风洞飞行试验是验证试验对象飞行特性的重要手段之一，通过试验验证试验对象动力学特性。风洞飞行试验与大气自由飞相比，试验条件可控，数据真实可靠，安全性较高，是开展先进布局飞行器和新概念新技术验证的有效手段。

常见的风洞飞行试验技术分为风洞虚拟飞行试验和风洞自由飞行试验，其中，风洞虚拟飞行试验可开展缩比模型三自由度虚拟飞行，风洞自由飞行试验可开展有效空间六自由度飞行试验。

由于两种风洞飞行试验技术的支撑方式不同，试验连接装置的要求和设计也不同，使得一套试验模型很难同时开展风洞虚拟飞行试验和风洞自由飞行试验，如果加工两架模型，则大大增加了经费和周期成本。因此，如何开展试验连接装置设计，使其同时适用于风洞虚拟飞行试验和风洞自由飞行试验，是本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本申请旨在至少能够在一定程度上解决目前的虚拟飞行试验的飞行器模型和模拟飞行试验的飞行器模型无法共用的技术问题。为此，本申请提供了一种风洞飞行试验的连接装置以及飞行器模型。

本申请实施例提供的一种风洞飞行试验的连接装置，包括：

主体，所述主体包括可固定于飞行器模型上的第一横梁，所述第一横梁设置有底座，所述底座设置有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔贯穿所述第一横梁和所述底座；

球铰机构，所述球铰机构包括球铰座和可绕所述球铰座摆动的球铰杆，所述球铰杆用于连接风洞中安装座，所述球铰座用于连接所述底座；以及，

连接杆，所述连接杆的侧壁设置有连接座，所述连接杆的两端分别用于连接风洞中的上拉绳和下拉绳，所述连接座用于连接所述底座；

其中，所述球铰机构通过所述球铰座与所述底座固定连接，以使所述球铰杆穿的自由端设于所述第一贯穿孔并可在所述第一贯穿孔中摆动，或，所述连接杆通过所述连接座与所述底座连接，以使所述连接杆的第一端穿设与所述第一贯穿孔中。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述主体还包括第二横梁和连接臂，所述第二横梁位于所述第一横梁上方并与所述底座间隔设置，所述第二横梁与第一横梁通过连接臂固定连接，所述连接杆的第二端固定有抵接件，所述抵接件抵接于所述第二横梁上。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述第二横梁上设置有第二贯穿孔，所述第二贯穿孔与所述第一贯穿孔同轴设置，所述抵接件包括相固定的抵接部和连接部，所述连接部置于所述第二贯穿孔中，所述抵接部所述第二横梁抵接。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述连接部的外径等于所述第一贯穿孔的直径。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述第一贯穿孔的孔壁限制出所述球铰杆在所述第一贯穿孔内的摆动角度为-10°~20°。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述底座包括第一弧形部和第二弧形部，第一弧形部和第二弧形部围合形成第一贯穿孔，所述第一弧形部的倾斜角度与所述第一弧形部的倾斜角度不同。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述连接杆的两端端部均可拆卸连接有吊环，两个所述吊环分别用于连接所述上拉绳和下拉绳。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述连接臂包括相对设置的第一连接臂和第二连接臂，所述第一横梁、第一连接臂、第二横梁以及第二连接臂首尾依次连接。

本申请实施例还提供了一种飞行器模型，包括机体以及上述的连接装置，所述连接装置中的主体固定于所述机体内。

作为可选的，为了更好的实现本申请，所述球铰座与所述球铰杆的铰接中心与所述飞行器模型的重心重合。

本申请与现有技术相比，具有以下有益效果：

本申请提供的风洞飞行试验的连接装置，包括主体、球铰机构和连接杆，通过主体与球铰机构连接构成虚拟飞行所需的连接装置，通过主体与连接杆连接构成自由飞所需的连接装置，从而使得自由飞行试验和虚拟飞行试验共用一个主体结构，进而避免了加工两架飞行器模型所导致的生产成本的增加以及生产周期的延长。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了主体与连接杆连接的结构示意图；

图2示出了图1的剖面结构示意图；

图3示出了主体与球铰机构连接的结构的剖面示意图；

图4示出了底座结构示意图；

图5示出了球铰机构的结构示意图；

图6示出了图2中A处的另一种结构示意图；

图7示出了图2中A处的一种结构示意图。

附图标记：

100、主体；110、第一横梁；120、第二横梁；121、第二贯穿孔；130、第一连接臂；140、第二连接臂；150、底座；151、第一贯穿孔；152、第一弧形部；153、第二弧形部；

200、球铰机构；210、球铰座；220、球铰杆；

300、连接杆；310、连接座；320、抵接件；321、抵接部；322、连接部；323、螺栓；330、吊环；

410、上拉绳；420、下拉绳。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

本申请实施例提供了一种风洞飞行试验的连接装置，该连接装置结构如图1至图7所述，该连接装置用于风洞模拟飞行试验中，也可以用于风洞自由飞行试验中。

如图1至图3所示，该风洞飞行试验的连接装置包括主体100、球铰机构200和连接杆300，主体100包括第一横梁110，第一横梁110可固定在飞行器模型上，而球铰机构200和连接杆300则可分别与主体100相连接形成适用于模拟飞行的如图1中所示的连接装置和适用于自由飞行的如图2所示的连接装置。

具体的，主体100的第一横梁110上设置有底座150，底座150上开设有第一贯穿孔151，第一贯穿孔151贯穿底座150竖向贯穿底座150和第一横梁110。

球铰机构200则包括球铰座210和球铰杆220，球铰杆220与球铰座210之间摆动连接，以使球铰杆220可相对于球铰座210实现三自由度的摆动。其中，球铰座210可与主体100上的底座150可拆卸连接，以使球铰机构200固定在主体100上，而在球铰固定在底座150上之前，需要先将球铰杆220从上往下穿设于第一贯穿孔151中，以使球铰杆220的自由端朝向主体100的下方，使得球铰杆220的自由端则可以与风洞中固定在地面上的安装座相连接。

连接杆300的侧壁设置有连接座310，连接座310可以与主体100上的底座150可拆卸连接，以使连接杆300固定在主体100上，并且，在连接座310与底座150相固定之后，连接杆300的一端从上往下穿设于第一贯穿孔151中，从而使得连接杆300穿设于第一贯穿孔151中的一端的端部朝向主体100的下方。连接杆300的两端分别用于与风洞中的下拉绳420和上拉绳410连接。

在使用该连接装置时，可以先将主体100固定在飞行器模型上，之后再根据所需实现的风洞试验类型选择性的将球铰机构200固定在主体100上或者将连接杆300固定在主体100上。

当需要进行模拟飞行试验时，则只需将球铰机构200通过球铰座210固定在底座150上，并将球铰杆220的自由端与风洞中的安装座相连接，则可以使得主体100以及主体100所在的飞行器模型通过球铰机构200绕安装座摆动，进而使得飞行器模型实现俯仰、滚转、偏航三个方向的自由耦合转动，以使飞行器模型能够在风洞中完成三自由度的模拟飞行试验。

当需要进行自由飞行试验时，则无需将球铰机构200固定在底座150上，而是选择将连接杆300通过连接座310固定在底座150上，并将连接杆300的两端分别与风洞中的上拉绳410和下拉绳420连接，通过收放上拉绳410和下拉绳420，从而使得飞行器模型能够实现六自由度的空间运动，以使飞行器模型能够在风洞中完成六自由度自由飞行试验。

由于模拟飞行试验的连接装置和自由飞行试验的连接装置共用一个主体100结构，因此，在将主体100与飞行器模型连接之后，能够只加工一架飞行器模型，并通过分别更换球铰机构200或者连接杆300的方式使得具有该连接装置的飞行器模型能够用于模拟飞行试验或者自由飞行试验，进而避免了加工两架飞行器模型所导致的生产成本的增加以及生产周期的延长。

进一步的，在本实施例中，球铰座210与底座150之间通过螺栓连接，连接座310与底座150之间也通过螺栓连接。当然，在一些可选实施方式中，球铰座210与底座150之间的固定连接方式以及联机干与底座150之间的固定方式还可以是销钉固定或者卡扣固定等其他固定方式。

优选的，上述的连接杆300的轴线与第一贯穿孔151同轴设置，以使得连接杆300所连接的下拉绳420在自由飞行试验中具有较大的摆动角度。同时，还能够使得连接杆300的重心位于第一贯穿孔151的轴线上，从而在连接杆300连接上拉绳410和下拉绳420之后，使得飞行器模型的重心也位于第一贯穿孔151的轴线上，避免飞行器连接上拉绳410和下拉绳420后，因重心偏移出现倾斜的情况。

具体的，在本实施例中，上述的主体100还包括第二横梁120和连接臂，第二横梁120位于底座150上方，并且第二横梁120与底座150间隔设置，第二横梁120和底座150之间通过连接臂连接固定形成一整体结构，连接杆300的第二端固定有抵接件320，该抵接件320抵接于第二横梁120上，从而使得连接杆300的两端分别通过连接座310和抵接件320抵接固定，从而避免在自由飞行试验中，连接杆300出现弯曲变形而影响自由飞行试验的数据。

进一步的，第二横梁120上设置有第二贯穿孔121，第二贯穿孔121与第一贯穿孔151同轴设置，抵接件320包括抵接部321和连接部322，连接部322与抵接部321相连接，连接部322置于第二贯穿孔121中，并且连接部322与连接杆300固定连接，抵接部321则至少一部分位于第二横梁120的上方，并且抵接部321可以与第二横梁120相抵接。设置第二贯穿孔121之后，上拉绳410则可以通过第二贯穿孔121与连接杆300相连接，进而可以使得第二横梁120可以设置在底座150的正上方并与底座150相对设置。这样，在将连接装置中的主体100安装在飞行器模型上时，只需在飞行器模型的顶部蒙皮上绕过第二贯穿孔121即可使上拉绳410与飞行器模型连接。同时，第二横梁120则可以作为飞行器模型的蒙皮的安装骨架。另外，将抵接件320的抵接部321置于第二贯穿孔121内，能够减少连接杆300与第二贯穿孔121的孔壁之间的间隙，既保证了上拉绳410在第二贯穿孔121内的活动空间满足自由飞试验的使用要，同时又能够避免连接杆300发生振动或摆动。

优选的，抵接件320设置有贯穿连接部322和抵接部321的过孔，通过该过孔，连接部322套设在连接杆300外并与连接杆300固定连接。同时，抵接部321呈圆环形，使得抵接部321与第二横梁120的抵接面为圆形抵接面，从而极大的增大抵接件320与第二横梁120之间的抵接面积，保证了抵接件320与第二横梁120的抵接稳定性。

进一步，抵接件320与第二横梁120的一种抵接结构如图6所示，抵接件320从上往下抵接于第二横梁120上，并且，连接座310与底座150通过螺栓连接固定。从而通过螺栓为抵接件320提供拉紧力，使抵接件320的抵接部321抵接于第二横梁120上，限制连接杆300两端的移动。

可选的，在上述抵接部321抵接于第二横梁120的基础上，如图7所示，在抵接件320的抵接部321和第二横梁120上连接有螺栓323，在连接座310与底座150通过另一螺栓连接固定的同时，抵接件320和第二横梁120之间通过螺栓323连接，进一步的加强抵接部321与第二横梁120的连接，同时也加强了连接杆300两端与主体连接的稳定性。

优选的，连接部322的外径等于第二贯穿孔121的直径，以使连接部322插接于第二贯穿孔121中之后，连接部322与第二贯穿孔121的孔壁贴合，从而进一步降低连接杆300出现弯曲变形的几率。尤其是在螺栓松动导致抵接件320与第二横梁120之间抵接力降低时。

进一步的，在铰接机构与主体100固定连接后，第一贯穿孔151的孔壁限制出球铰杆220在第一贯穿孔151内的摆动角度为-10°~20°。以满足虚拟飞行中飞行器模型的姿态角调整范围。

需要提出的是，球铰杆220在0°时，球铰杆220处于自然垂落的竖直状态，球铰杆220在0~20°时，球铰杆220向第一方向摆动，球铰杆220在-10°~0°之间时，球铰杆220则向第二方向摆动，第二方向与第一方向为相反方向。

优选的，实际使用中，球铰杆220的摆动角度可以根据在虚拟飞行中飞行器模型的姿态角的试验调整范围进行相应的调整设置。对此，本实施例中的底座150与第一横梁110之间采用可拆卸固定连接，从而可以根据不同的虚拟飞行要求，更换具有不同锥度的第一贯穿孔151的底座150。

进一步的底座150包括第一弧形部152和第二弧形部153，第一弧形部152和第二弧形部153围合形成第一贯穿孔151，并且，第一弧形部152的倾斜角度与第二弧形部153的倾斜角度不同。以使得球铰杆220向第一方向摆动的角度与球铰杆220向第二方向摆动的角度不同。

进一步的，为了方便上拉绳410和下拉绳420的连接和解开，本实施例中，连接杆300的两端端部均可拆卸连接有吊环330，两个吊环330分别用于连接上拉绳410和下拉绳420。设置吊环330之后，可以通过上拉绳410上的绳扣和下拉绳420上的绳扣与对应的吊环330连接。

优选的，吊环330具有螺杆部，连接杆300的两端开设有同轴设置的螺纹孔，螺杆部可螺纹连接在螺纹孔中，以实现吊环330与连接杆300的固定。

进一步的，上述的连接臂包括相对设置的第一连接臂130和第二连接臂140，第一横梁110、第一连接臂130、第二横梁120以及第二连接臂140首尾依次连接，以形成框架结构。该框架结构的形状可以与飞行器模型在横向截面上的轮廓形状相同，以使得该框架结构的主体100可作为飞行器模型的骨架的一部分，既能够使得该主体100与飞行器模型相连接，又能够避免专门设置独立的主体100与飞行器模型连接后导致飞行器模型重量增大，导致需的飞行试验参数出现大幅度变化的情况。

优选的，第一连接臂130和第二连接臂140的结构形状相同，整个主体100的重心位于第一贯穿孔151和第二贯穿孔121所在的轴线上，整个主体100以第一贯穿孔151和第二贯穿孔121所在轴线对称设置。

基于上述的风洞飞行试验的连接装置，本申请实施例还提供了一种飞行器模型，该飞行器模型包括机体和上述的连接装置，连接装置中的主体100固定在机体上。

优选的，连接装置中的主体100为机体的骨架的组成部分，以进一步降低加工一家飞行器模型所需的成本和时间。

优选的，球铰座210与球铰杆220的铰接中心以飞行器模型的重心重合，以使飞行器模型能够在未受到风力影响时能够保持平稳姿态。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

Claims

1.一种风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，包括：

主体（100），所述主体（100）包括可固定于飞行器模型上的第一横梁（110），所述第一横梁（110）设置有底座（150），所述底座（150）设置有第一贯穿孔（151），所述第一贯穿孔（151）贯穿所述第一横梁（110）和所述底座（150）；

球铰机构（200），所述球铰机构（200）包括球铰座（210）和可绕所述球铰座（210）摆动的球铰杆（220），所述球铰杆（220）用于连接风洞中安装座，所述球铰座（210）用于连接所述底座（150）；以及，

连接杆（300），所述连接杆（300）的侧壁设置有连接座（310），所述连接杆（300）的两端分别用于连接风洞中的上拉绳（410）和下拉绳（420），所述连接座（310）用于连接所述底座（150）；

其中，所述球铰机构（200）通过所述球铰座（210）与所述底座（150）固定连接，以使所述球铰杆（220）穿的自由端设于所述第一贯穿孔（151）并可在所述第一贯穿孔（151）中摆动，或，所述连接杆（300）通过所述连接座（310）与所述底座（150）连接，以使所述连接杆（300）的第一端穿设与所述第一贯穿孔（151）中;

所述主体（100）还包括第二横梁（120）和连接臂，所述第二横梁（120）位于所述第一横梁（110）上方并与所述底座（150）间隔设置，所述第二横梁（120）与第一横梁（110）通过连接臂固定连接，所述连接杆（300）的第二端固定有抵接件（320），所述抵接件（320）抵接于所述第二横梁（120）上。

2.根据权利要求1所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述第二横梁（120）上设置有第二贯穿孔（121），所述第二贯穿孔（121）与所述第一贯穿孔（151）同轴设置，所述抵接件（320）包括相固定的抵接部（321）和连接部（322），所述连接部（322）置于所述第二贯穿孔（121）中，所述抵接部（321）所述第二横梁（120）抵接。

3.根据权利要求2所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述连接部（322）的外径等于所述第一贯穿孔（151）的直径。

4.根据权利要求1所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述第一贯穿孔（151）的孔壁限制出所述球铰杆（220）在所述第一贯穿孔（151）内的摆动角度为-10°~20°。

5.根据权利要求4所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述底座（150）包括第一弧形部（152）和第二弧形部（153），第一弧形部（152）和第二弧形部（153）围合形成第一贯穿孔（151），所述第一弧形部（152）的倾斜角度与所述第一弧形部（152）的倾斜角度不同。

6.根据权利要求1所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述连接杆（300）的两端端部均可拆卸连接有吊环（330），两个所述吊环（330）分别用于连接所述上拉绳（410）和下拉绳（420）。

7.根据权利要求1所述的风洞飞行试验的连接装置，其特征在于，所述连接臂包括相对设置的第一连接臂（130）和第二连接臂（140），所述第一横梁（110）、第一连接臂（130）、第二横梁（120）以及第二连接臂（140）首尾依次连接。

8.一种飞行器模型，其特征在于，包括机体以及权利要求1-7任一项所述的连接装置，所述连接装置中的主体（100）固定于所述机体内。

9.根据权利要求8所述的一种飞行器模型，其特征在于，所述球铰座（210）与所述球铰杆（220）的铰接中心与所述飞行器模型的重心重合。