CN208887890U - 用于风洞捕获轨迹试验的z形六自由度机构外挂物支杆 - Google Patents

Abstract

用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，属于航空气动力风洞试验技术领域，本实用新型为了解决传统外挂物支杆容易受到六自由度机构前端外形气动干扰以及传统带预偏角外挂物支杆带来的机构俯仰角范围损失的问题。前滚转输出段通过中间段与后滚转输入段相连接，前滚转输出段轴线与后滚转输入段轴线平行，且设有偏置距离，前滚转输出段、中间段和后滚转输入段整体组成Z字形结构。本实用新型的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆可减少风洞实验中六自由度机构的气动干扰，同时避免了传统带预偏角形式的弯尾杆带来的六自由度机构俯仰角范围损失的问题。

Description

用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆

技术领域

本实用新型涉及一种支撑装置，具体涉及用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，属于航空气动力风洞试验技术领域。

背景技术

在风洞试验中，捕获轨迹试验用于模拟外挂物脱离母机后的运动轨迹，是一种研究外挂物分离安全特性的评估手段。风洞捕获轨迹试验通过六自由度机构实现，外挂物与六自由度机构之间通过特制的外挂物支杆进行支撑。

外挂物支杆结构要求在支撑外挂物的同时能够将六自由度机构的滚转运动传递至外挂物，同时应避免六自由度机构对外挂物造成的气动干扰。

为避免六自由度机构造成的气动干扰问题，传统的外挂物支杆设计为预偏一定角度的结构形式，即输入轴与输出轴存在固定夹角，这样使得外挂物轴线远离六自由度机构，解决了六自由度机构的气动干扰问题，但是预偏固定角度的结构形式也使得外挂物的俯仰角范围变小。一般风洞捕获轨迹试验六自由度机构的俯仰角范围为±45°，传统带预偏角的外挂物支杆的预偏角度至少为向下偏置24°，使得外挂物可实现的俯仰角范围变为-69°～+21°，大大减少了捕获轨迹试验外挂物正向俯仰角范围的技术指标，降低了试验能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，以解决传统外挂物支杆容易受到六自由度机构前端外形气动干扰以及传统带预偏角外挂物支杆带来的机构俯仰角范围损失的问题。

用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆包括后滚转输入段、中间段和前滚转输出段；

前滚转输出段通过中间段与后滚转输入段相连接，前滚转输出段轴线与后滚转输入段轴线平行，且设有偏置距离，前滚转输出段、中间段和后滚转输入段整体组成Z字形结构。

优选的：后滚转输入段、中间段和前滚转输出段的外部为支架外壳，支架外壳内部设有内部传动轴组。

优选的：支架外壳包括前支撑杆、前弯头、中支撑杆、后弯头和后支撑杆；

后支撑杆的一端通过螺钉与六自由度机构固定连接，后支撑杆的另一端通过后弯头与中支撑杆固定连接，中支撑杆通过前弯头与前支撑杆固定连接。

优选的：内部传动轴组包括前内轴、中内轴、后内轴、前转动件、中转动件、后转动件、联轴器、锥齿轮组A和锥齿轮组B；

后内轴通过后转动件转动安装在后支撑杆的内壁上，中内轴通过中转动件转动安装在中支撑杆的内壁上，前内轴通过前转动件转动安装在前支撑杆的内壁上，后内轴的一端通过联轴器与六自由度机构内部的动力源相连接，后内轴的另一端通过锥齿轮组B与中内轴的一端相连接，中内轴的另一端通过锥齿轮组A与前内轴的一端相连接，前内轴的另一端与外挂物及天平相连接。

优选的：前转动件包括推力轴承B、滚针轴承A和推力轴承A，前内轴的两端分别通过推力轴承B和推力轴承A与前支撑杆的内壁相连接，前内轴的中部通过滚针轴承A与前支撑杆的内壁相连接。

优选的：中转动件包括滚针轴承B、推力轴承C、推力轴承D和滚针轴承C，中内轴的两端分别通过推力轴承C和推力轴承D与中支撑杆的内壁相连接，且中内轴和中支撑杆之间还安装有滚针轴承B和滚针轴承C，滚针轴承B和滚针轴承C分别位于推力轴承C和推力轴承D的内侧。

优选的：后转动件包括滚针轴承D和角接触球轴承，后内轴的两端分别通过滚针轴承D和角接触球轴承与后支撑杆的内壁相连接。

优选的：六自由度机构内部的动力源为滚转电机。

本实用新型与现有产品相比具有以下效果：

1)Z形外挂物支杆前内轴与后内轴之间设置了一定高度距离平行偏置，整体外形呈“Z”字形结构，使得外挂物远离六自由度机构前端结构，大大减少了捕获轨迹风洞试验中六自由度机构的气动干扰问题；

2)Z形外挂物支杆前内轴与后内轴之间的轴线相互平行，使得外挂物可实现的俯仰角范围与六自由度机构相同，避免了传统带预偏角形式的弯尾杆带来的六自由度机构俯仰角范围损失问题；

3)Z形外挂物支杆前内轴与后内轴之间通过两对锥齿轮组进行滚转运动的换向传递，具备较高的精度和同步特性；

4)前内轴、中内轴、后内轴、锥齿轮组A和锥齿轮组B结构上均设计有贯通的圆孔，用于外挂物天平走线，避免了滚转运动传递对天平线缆走线布置的影响。

附图说明

图1是用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆的结构示意图；

图2是前弯头局部结构放大示意图；

图3是后弯头局部结构放大示意图。

图中：1-外挂物及天平、2-前内轴、3-前支撑杆、4-前弯头、5-中支撑杆、6-中内轴、7-后弯头、8-后支撑杆、9-后内轴、10-联轴器、11-六自由度机构、12-滚转电机、13-滚针轴承B、14-推力轴承C、15-锥齿轮组A、16-推力轴承B、17-滚针轴承A、18-推力轴承A、19-滚针轴承D、20-齿轮组B、21-推力轴承D、22-滚针轴承C、23-角接触球轴承。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本实用新型优选的实施方式。

如图1至图3所示，本实用新型所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆包括后滚转输入段、中间段和前滚转输出段；

前滚转输出段通过中间段与后滚转输入段相连接，前滚转输出段轴线与后滚转输入段轴线平行，且设有偏置距离，前滚转输出段、中间段和后滚转输入段整体组成Z字形结构。

进一步：后滚转输入段、中间段和前滚转输出段的外部为支架外壳，支架外壳内部设有内部传动轴组。

进一步：支架外壳包括前支撑杆3、前弯头4、中支撑杆5、后弯头7和后支撑杆8；

后支撑杆8的一端通过螺钉与六自由度机构11固定连接，后支撑杆8的另一端通过后弯头7与中支撑杆5固定连接，中支撑杆5通过前弯头4与前支撑杆3固定连接。

进一步：内部传动轴组包括前内轴2、中内轴6、后内轴9、前转动件、中转动件、后转动件、联轴器10、锥齿轮组A15和锥齿轮组B20；

后内轴9通过后转动件转动安装在后支撑杆8的内壁上，中内轴6通过中转动件转动安装在中支撑杆5的内壁上，前内轴2通过前转动件转动安装在前支撑杆3的内壁上，后内轴9的一端通过联轴器10与六自由度机构11内部的动力源相连接，后内轴9的另一端通过锥齿轮组B20与中内轴6的一端相连接，中内轴6的另一端通过锥齿轮组A15与前内轴2的一端相连接，前内轴2的另一端与外挂物及天平1相连接。

进一步：前转动件包括推力轴承B16、滚针轴承A17和推力轴承A18，前内轴2的两端分别通过推力轴承B16和推力轴承A18与前支撑杆3的内壁相连接，前内轴2的中部通过滚针轴承A17与前支撑杆3的内壁相连接。

进一步：中转动件包括滚针轴承B13、推力轴承C14、推力轴承D21和滚针轴承C22，中内轴6的两端分别通过推力轴承C14和推力轴承D21与中支撑杆5的内壁相连接，且中内轴6和中支撑杆5之间还安装有滚针轴承B13和滚针轴承C22，滚针轴承B13和滚针轴承C22分别位于推力轴承C14和推力轴承D21的内侧。

进一步：后转动件包括滚针轴承D19和角接触球轴承23，后内轴9的两端分别通过滚针轴承D19和角接触球轴承23与后支撑杆8的内壁相连接。

进一步：六自由度机构11内部的动力源为滚转电机12。

用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，由后滚转输入段、中间段和前滚转输出段组成。

后滚转输入段由后内轴9、后支撑杆8、角接触球轴承23和滚针轴承D19组成。后内轴9通过上述轴承安装在后支撑杆8内部，能够进行滚转运动；

中间段由中支撑杆5、中内轴6、滚针轴承B13、滚针轴承C22、推力轴承C14和推力轴承D21组成。中内轴6通过上述轴承安装在中支撑杆5内部，能够进行滚转运动；

前滚转输出段由前内轴2、前支撑杆3、推力轴承A18、推力轴承B16和滚针轴承A17组成。前内轴2通过上述轴承安装在前支撑杆3内部，能够进行滚转运动；

前滚转输出段与中间段通过前弯头4和锥齿轮组A15连接，中间段与后滚转输入段通过后弯头7和锥齿轮组B20连接。前支撑杆3、前弯头4、中支撑杆5、后弯头7和后支撑杆8组成一个整体支撑结构；前内轴2、中内轴6、后内轴9、锥齿轮组A15、锥齿轮组B20组成一个滚转传递结构。

前滚转输出段轴线与后滚转输入段轴线平行，并在高度方向存在一定的偏置距离。前滚转输出段、中间段和后滚转输入段整体组成“Z”字形结构，使得被支撑的外挂物远离六自由度机构的引起的气动干扰，同时外挂物的俯仰角范围与六自由度机构的俯仰角范围完全相同，避免了因结构原因出现的俯仰角范围损失；

前内轴2、中内轴6、后内轴9、锥齿轮组A15和锥齿轮组B20结构上均设计有贯通的圆孔，用于外挂物天平走线；

Z形六自由度机构外挂物支杆整体安装在六自由度机构上，其中后支撑杆8通过螺钉与六自由度机构11固连，后内轴9与滚转电机12之间通过联轴器10固连；外挂物及天平1安装在外挂物支杆的前内轴2前端。

在捕获轨迹风洞试验时，通过控制六自由度机构11的位置移动和滚转电机12转动，使得外挂物及天平1到达指定的空间位置和滚转角度。

工作原理：在捕获轨迹风洞试验中，根据外挂物初始姿态、运动状态和所受的气动力状态，通过给定时间间隔可以计算出外挂物的下一个空间位置，并通过六自由度机构和外挂物支撑杆将外挂物移动至相应位置。之后通过测量外挂物的气动力，重复之前的计算过程和六自由度机构动作过程，依次获得外挂物的完整投放轨迹。

在六自由度机构执行运动过程中，除滚转自由度外，其余五个自由方向的运动通过前支撑杆、前弯头、中支撑杆、后弯头和后支撑杆组成的整体支撑结构传递给外挂物。滚转自由度方向的运动则由滚转电机、联轴器和前内轴、中内轴、后内轴、锥齿轮组A、锥齿轮组B组成的滚转传递结构传递给外挂物。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，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，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：包括后滚转输入段、中间段和前滚转输出段；

所述前滚转输出段通过中间段与后滚转输入段相连接，前滚转输出段轴线与后滚转输入段轴线平行，且设有偏置距离，前滚转输出段、中间段和后滚转输入段整体组成Z字形结构。

2.根据权利要求1所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述后滚转输入段、中间段和前滚转输出段的外部为支架外壳，支架外壳内部设有内部传动轴组。

3.根据权利要求2所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述支架外壳包括前支撑杆(3)、前弯头(4)、中支撑杆(5)、后弯头(7)和后支撑杆(8)；

所述后支撑杆(8)的一端通过螺钉与六自由度机构(11)固定连接，后支撑杆(8)的另一端通过后弯头(7)与中支撑杆(5)固定连接，中支撑杆(5)通过前弯头(4)与前支撑杆(3)固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述内部传动轴组包括前内轴(2)、中内轴(6)、后内轴(9)、前转动件、中转动件、后转动件、联轴器(10)、锥齿轮组A(15)和锥齿轮组B(20)；

所述后内轴(9)通过后转动件转动安装在后支撑杆(8)的内壁上，中内轴(6)通过中转动件转动安装在中支撑杆(5)的内壁上，前内轴(2)通过前转动件转动安装在前支撑杆(3)的内壁上，后内轴(9)的一端通过联轴器(10)与六自由度机构(11)内部的动力源相连接，后内轴(9)的另一端通过锥齿轮组B(20)与中内轴(6)的一端相连接，中内轴(6)的另一端通过锥齿轮组A(15)与前内轴(2)的一端相连接，前内轴(2)的另一端与外挂物及天平(1)相连接。

5.根据权利要求4所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述前转动件包括推力轴承B(16)、滚针轴承A(17)和推力轴承A(18)，前内轴(2)的两端分别通过推力轴承B(16)和推力轴承A(18)与前支撑杆(3)的内壁相连接，前内轴(2)的中部通过滚针轴承A(17)与前支撑杆(3)的内壁相连接。

6.根据权利要求4所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述中转动件包括滚针轴承B(13)、推力轴承C(14)、推力轴承D(21)和滚针轴承C(22)，中内轴(6)的两端分别通过推力轴承C(14)和推力轴承D(21)与中支撑杆(5)的内壁相连接，且中内轴(6)和中支撑杆(5)之间还安装有滚针轴承B(13)和滚针轴承C(22)，滚针轴承B(13)和滚针轴承C(22)分别位于推力轴承C(14)和推力轴承D(21)的内侧。

7.根据权利要求4所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述后转动件包括滚针轴承D(19)和角接触球轴承(23)，后内轴(9)的两端分别通过滚针轴承D(19)和角接触球轴承(23)与后支撑杆(8)的内壁相连接。

8.根据权利要求1所述的用于风洞捕获轨迹试验的Z形六自由度机构外挂物支杆，其特征在于：所述六自由度机构(11)内部的动力源为滚转电机(12)。