CN203414254U - 一种单回流闭口风洞迎角机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单回流闭口风洞迎角机构，弯刀一侧与天平尾杆由固连于弯刀上的可转动的圆柱导管连接，另一侧固接于蜗轮蜗杆上，在蜗轮内部设计滑轨，弯刀可沿滑轨移动，从而改变机构的初始迎角，另外弯刀与天平尾杆相连的圆柱部分可以转动，改变尾杆的预置角度，本实用新型充分利用和保持了原迎角控制机构的特性，并且不影响侧滑角机构和天平的特性，结构设计合理，可以保证实验的准确性和精确性要求，较灵活的实现了大迎角范围的实验任务，同时，也可以降低重新设计迎角机构带来的工作与经费上的浪费。

Description

一种单回流闭口风洞迎角机构

技术领域

本实用新型属于风洞实验领域，涉及一种风洞实验设备的迎角机构，尤其是进行模型大迎角实验时的迎角机构。 

背景技术

风洞实验过去和现在一直是发展和确认流动现象、探索和揭示流动机理、寻求和了解流动规律，以及为飞行器设计提供优良的气动布局和空气动力学特性数据的主要手段。在现代战争中为了提高战斗机和战术导弹飞行的机动性和敏捷性，多年来世界各国空气动力学专家和科研机构一直在努力研究各种大迎角侧向力的产生机理与控制方法。在这些研究中，风洞实验被广泛利用。 

在实际应用方面，由于一些风洞设计时只考虑了初步的小迎角范围研究，迎角机构无法进行大迎角的变化，从而严重制约了风洞的利用效率。有些风洞采用轴对称法使得模型的侧滑角变为迎角，有的风洞则改变原有机构变化范围来实现大迎角变化。 

单回流闭口风洞模型姿态角控制机构包括底座、设置在底座上的用于调整侧滑角的β机构，以及设置在β机构上的α机构（即迎角机构），α机构主要包括用于固连天平尾杆（用于安装天平和模型）的弯刀（弯刀形成1/4圆弧度），驱动弯刀转动的蜗轮蜗杆，驱动蜗轮蜗杆的步进电机及其驱动器。目前，单回流闭口风洞模型姿态角控制机构仍存在所能达到的迎角变化范围有限的缺点。 

对于单回流闭口风洞，由于α机构的弯刀，蜗轮蜗杆，步进电机及其驱动器等处于β机构和风洞底壁之间，该距离有限且固定，所以不能通过更换蜗轮 蜗杆结构来调整迎角。另一侧天平位于天平尾杆前端，天平数据线从尾杆内部穿过，从保护天平的角度，尾杆是不能变动的。由于以上原因，需要在不改变原有迎角机构的基础上实现大迎角变化。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以实现大迎角变化的单回流闭口风洞迎角机构。 

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。 

该迎角机构包括弯刀、蜗轮蜗杆机构以及弯刀滑轨，弯刀滑轨设置于蜗轮蜗杆机构的蜗轮内，弯刀的一端设置有圆柱导管，弯刀的另一端设置于弯刀滑轨上，所述弯刀的另一端开设有多对用于将弯刀定位于所述蜗轮上的定位销孔，多对定位销孔沿弯刀的圆弧方向间隔分布于弯刀的侧面上。 

所述弯刀的弧度为1/4圆弧度。 

所述定位销孔共开设有8对，相邻两对定位销孔的间隔角度为5度。 

当弯刀通过第一对定位销孔进行定位时，迎角机构的初始迎角为0度，迎角范围为-15度至25度；当弯刀通过第八对定位销孔进行定位时，弯刀滑动到弯刀滑轨的最里侧，迎角机构的初始迎角为35度，迎角范围为20度至60度。 

所述迎角机构还包括设置于弯刀上的用于驱动圆柱导管转动的调节机构，调节机构包括设置于弯刀上的可以转动的齿轮以及与齿轮配合的齿条，圆柱导管通过齿轮与弯刀相连。 

本实用新型的有益效果体现在： 

本实用新型通过在蜗轮内设置弯刀滑轨以及在弯刀上开设多对定位销孔，充分利用了迎角机构的结构特性，增大了迎角的变化范围，可以实现大迎角变化的实验需求，并且不影响β机构和天平的特性，结构设计合理，可以保证实验的准确性和精确性要求，避免重新设计迎角机构带来的工作与经费上的浪费。 

本实用新型通过齿轮以及与齿轮配合的齿条使圆柱导管可以转动，可以改变天平尾杆的预置角度，进一步提高迎角的变化范围。 

附图说明

图1是模型姿态角控制机构的总体结构示意图； 

图2是本实用新型所述弯刀的结构示意图； 

图3是本实用新型的工作原理示意图之一； 

图4是本实用新型的工作原理示意图之二； 

图中：1为天平尾杆，2为天平，3为弯刀，4为圆柱导管，5为蜗轮，6为蜗杆，7为定位销孔，8为齿条，9为齿轮，10为β机构，11为底座，12为滚轮，13为风洞底壁。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 

参见图1-图4，本实用新型所述单回流闭口风洞迎角机构包括弯刀3、蜗轮蜗杆机构以及弯刀滑轨，所述弯刀3的弧度为1/4圆弧度，弯刀滑轨设置于蜗轮蜗杆机构的蜗轮5内，弯刀3的一端设置有圆柱导管4，天平尾杆1通过圆柱导管4与弯刀3相连，弯刀3的另一端设置于弯刀滑轨上，所述弯刀3的另一端开设有多对用于将弯刀定位于所述蜗轮上的定位销孔7，多对定位销孔沿弯刀的圆弧方向间隔分布于弯刀的侧面上，所述定位销孔7共开设有8对，相邻两对定位销孔的间隔角度为5度，当弯刀3通过第一对定位销孔进行定位时，迎角机构的初始迎角为0度，迎角范围为-15度至25度；当弯刀3通过第八对定位销孔进行定位时，弯刀滑动到弯刀滑轨的最里侧，迎角机构的初始迎角为35度，迎角范围为20度至60度。 

所述迎角机构还包括设置于弯刀3上的用于驱动圆柱导管4转动的调节机构，调节机构包括设置于弯刀3上的可以转动的齿轮9以及与齿轮9配合的齿条8，圆柱导管4通过齿轮9与弯刀3相连。 

上述单回流闭口风洞迎角机构的迎角调整方法，该调整方法包括以下步 骤： 

1）将弯刀3与蜗轮5通过两个定位销连接，两个定位销对应设置于弯刀上的第一对定位销孔内，使圆柱导管4处于水平状态，通过蜗轮蜗杆机构实现迎角在-15度至25度的范围内变化；2）去掉所述定位销，根据初始迎角的需求，将弯刀3沿着弯刀滑轨向蜗轮5内滑动，然后利用定位销和排列在第一对定位销孔后的其它任意一对定位销孔将弯刀的位置保持在对应的滑动位置，当弯刀3滑动到弯刀滑轨最里侧时，弯刀3的初始迎角增大为35度，通过蜗轮蜗杆机构实现迎角在20度至60度的范围内变化。在步骤1）或步骤2）中，通过旋转圆柱导管4可进一步调整迎角变化范围。 

实施例 

一种单回流闭口风洞迎角机构，该迎角机构中，天平尾杆与迎角调整机构相连，迎角调整机构包括弯刀，弯刀滑轨，可转动的圆柱导管等。可转动的圆柱导管设置于弯刀的一侧，天平尾杆与圆柱导管相连；所述迎角机构还包括与弯刀另一侧相连的蜗轮蜗杆机构，即用于驱动弯刀转动的蜗轮、用于驱动蜗轮的蜗杆，蜗杆由步进电机驱动，以及用于控制步进电机的驱动器和电源等，弯刀滑轨设置于蜗轮内。 

如图1所示，实验时对模型姿态的改变需要通过模型姿态角控制机构来完成，其包括α机构（迎角机构）、β机构（侧滑角机构）以及底座。其中α机构主要由弯刀、蜗轮蜗杆、减速箱、步进电机及其驱动器、电源等组成，实验模型紧贴天平外部安装，模型与天平则由弯刀和天平尾杆采用尾支撑形式固定，β机构主要由齿轮、谐波减速器、步进电机及其驱动器、电源等组成。α机构通过定位销及螺栓固定于β机构上表面，弯刀及天平尾杆固接于α机构的蜗轮。β机构下端的底座安装四个滚轮，以便于机构移动，当机构移动至实验段下方就位后，可调整四个千斤顶的高度，直至将天平尾杆的轴线调至与风洞轴线一致。 

该模型姿态角控制机构由计算机自动控制，通过计算机控制软件控制驱 动器带动步进电机按一定的传动比运动，系统可连续变化实验模型的迎角和侧滑角，将实验模型所受的全力信息由六分量天平（六分量天平是通过应变片和电信号测量模型的气动力和气动力矩，其前锥与模型连接，后锥与天平尾杆连接，电信号线则从尾杆内部穿过，与放大器和控制柜相连。）测出。该机构具有精度高，自动化程度高、使用方便等特点。 

主要性能指标： 

α机构角度变化范围：-15°≤α≤25°，变化精度：±3′ 

β机构角度变化范围：0°≤β≤360°，变化精度：±3′ 

弯刀属于尾撑系统的一部分，用来连接天平尾杆和蜗轮蜗杆。弯刀设计角度不同，实验机构所能达到的迎角范围也会有所不同。在实验时，如果要进行大迎角实验，迎角机构应在0°到90°中间可变，但现有弯刀在蜗轮蜗杆机构带动下所能达到的角度变化范围仅为-15°≤α≤25°，远不能满足要求。 

为达到需要的迎角范围，本实用新型重新设计了弯刀系统（用迎角调整机构的工作代替），如图2以及图3所示，弯刀上面设计了一系列定位销孔，在原始定位销孔的基础上每隔5度向上设计两个孔，依次类推，到最上面的两个孔时，弯刀转过了35度。弯刀一侧与迎角机构的蜗轮相连，在蜗轮内部设计滑轨（弯刀滑轨），弯刀可以沿着滑轨运动，实现弯刀转过0-35度的行程。弯刀另一侧与天平尾杆通过圆柱导管连接，将圆柱导管设计为可转动结构，圆柱导管与齿轮固连，齿轮与弯刀通过中间的轴承固定，通过移动齿条，齿轮和圆柱导管一起转动，此时固连于圆柱导管中的天平尾杆和模型会有一个预置角度，角度可由0-35度任意调整。 

参见图3以及图4，迎角调整包括以下步骤： 

第一步、保持原弯刀的初始状态，形成1/4圆弧度，弯刀与蜗轮通过两个定位销固连。用于天平尾杆与弯刀连接的圆柱导管处于水平状态，根据迎角机构的设计迎角范围，移动弯刀可以实现实验模型由-15度至25度的变化。 

第二步、迎角机构位于初始状态，此时蜗轮蜗杆的位置还对应迎角为零 的状态。去掉弯刀与蜗轮之间的定位销，将弯刀沿着蜗轮内部的滑轨移动，由于弯刀上每隔5度设计了两个定位销孔，所以弯刀可以根据初始迎角的需求在对应中间状态停止滑动，当弯刀移动到滑轨最里侧时，此时弯刀的初始迎角为35度。由于原迎角机构的迎角范围是-15度至25度，此时则可以实现20度至60度的迎角范围，并且与原来的角度范围可以连接上（有5度的重叠）。 

第三步、在第二步的基础上，可旋转用于连接弯刀与天平尾杆的圆柱导管，旋转角度从0度到35度，可以在第一步原弯刀状态进行旋转，也可以在第二步中的任意初始迎角转动，如果在最大的初始迎角（即35度）基础上转动圆柱导管到最大位置，此时天平尾杆的初始迎角可由35度最大变为70度（此时蜗轮蜗杆位置对应迎角为零的状态），考虑原弯刀的-15至25度范围，此时的迎角范围可实现55-95度，与第二步的最大迎角实现连续过渡。 

Claims (5)

1.一种单回流闭口风洞迎角机构，其特征在于：该迎角机构包括弯刀（3）、蜗轮蜗杆机构以及弯刀滑轨，弯刀滑轨设置于蜗轮蜗杆机构的蜗轮（5）内，弯刀（3）的一端设置有圆柱导管（4），弯刀（3）的另一端设置于弯刀滑轨上，所述弯刀（3）的另一端开设有多对用于将弯刀定位于所述蜗轮上的定位销孔（7），多对定位销孔沿弯刀的圆弧方向间隔分布于弯刀的侧面上。

2.根据权利要求1所述一种单回流闭口风洞迎角机构，其特征在于：所述弯刀（3）的弧度为1/4圆弧度。

3.根据权利要求1所述一种单回流闭口风洞迎角机构，其特征在于：所述定位销孔（7）共开设有8对，相邻两对定位销孔的间隔角度为5度。

4.根据权利要求3所述一种单回流闭口风洞迎角机构，其特征在于：当弯刀（3）通过第一对定位销孔进行定位时，迎角机构的初始迎角为0度，迎角范围为-15度至25度；当弯刀（3）通过第八对定位销孔进行定位时，弯刀滑动到弯刀滑轨的最里侧，迎角机构的初始迎角为35度，迎角范围为20度至60度。

5.根据权利要求1所述一种单回流闭口风洞迎角机构，其特征在于：所述迎角机构还包括设置于弯刀（3）上的用于驱动圆柱导管（4）转动的调节机构，调节机构包括设置于弯刀（3）上的可以转动的齿轮（9）以及与齿轮（9）配合的齿条（8），圆柱导管（4）通过齿轮（9）与弯刀（3）相连。

Images