CN211347313U - 一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，包括支撑基座、支撑立柱Ⅰ、支撑立柱Ⅱ、Π型转动架、力矩电机Ⅰ、力矩电机Ⅱ、滚转电机、滚转支杆、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器和中控器；在支撑立柱Ⅰ上设置力矩电机Ⅰ，在支撑立柱Ⅱ上设置力矩电机Ⅱ，在Π型转动架的两纵向杆上分别设置力矩电机Ⅰ和力矩电机Ⅱ；在Π型转动架的水平杆中段纵向设置滚转支杆通过滚转电机驱动转动；在力矩电机Ⅰ的输出轴上均设置有俯仰角位移传感器，在滚转支杆上设置有滚转角位移传感器。本实用新型能够实现模型在开口风洞试验段中进行大范围两自由度耦合运动，满足飞行器复杂机动气动特性研究需求；干扰小、模拟性能强、试验准确度高。

Description

一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置

技术领域

本实用新型属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置。

背景技术

风洞试验是获得飞机过失速机动气动力数据的最重要的手段，主要采用简谐振荡运动模式研究关键运动参数对机动飞行动态气动特性的影响。为了能够更加真实地模拟飞机的过失速机动动作(多为两个主要自由度耦合大幅动作)，满足高性能航空飞行器过失速复杂机动气动特性研究需求，需要建立能够驱动模型进行两自由度耦合复杂机动动作的装置。

国内现有的两自由度动态试验装置或位于风洞闭口试验段内，支架干扰不对称对试验结果影响大，或为机械凸轮驱动，模型运动轨迹规划比较单一、变化操作复杂；无法满足飞行器复杂机动气动特性研究需求。

实用新型内容

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，能够实现飞行器模型在开口风洞试验段中进行大范围两自由度耦合运动，能够满足飞行器复杂机动气动特性研究需求；干扰小、模拟性能强、试验准确度高。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，包括支撑基座、支撑立柱Ⅰ、支撑立柱Ⅱ、Π型转动架、力矩电机Ⅰ、力矩电机Ⅱ、滚转电机、滚转支杆、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器和中控器；

在所述支撑基座上分别设立有支撑立柱Ⅰ和支撑立柱Ⅱ，所述Π型转动架横向设置在支撑立柱Ⅰ和支撑立柱Ⅱ之间；在所述支撑立柱Ⅰ上设置力矩电机Ⅰ，在所述支撑立柱Ⅱ上设置力矩电机Ⅱ，所述Π型转动架的两纵向杆上分别连接力矩电机Ⅰ和力矩电机Ⅱ的驱动端，由力矩电机Ⅰ和力矩电机Ⅱ驱动Π型转动架运动；在所述Π型转动架的水平杆中段纵向设置滚转支杆，且滚转支杆通过滚转电机驱动转动；在所述力矩电机Ⅰ的输出轴上均设置有俯仰角位移传感器，在所述滚转支杆上设置有滚转角位移传感器；所述力矩电机Ⅰ、力矩电机Ⅱ、滚转电机、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器的信号端与中控器电连接。

进一步的是，所述力矩电机Ⅰ的转动端通过连接组件与Π型转动架的一纵向杆相互连接，所述力矩电机Ⅱ的转动端通过连接组件与Π型转动架的另一纵向杆相互连接，由力矩电机Ⅰ和力矩电机Ⅱ驱动Π型转动架运动。

进一步的是，所述连接组件包括连接块，所述连接块的侧壁与力矩电机的输出轴相连，所述Π型转动架的纵向杆穿过连接块且与连接块固定连接。

进一步的是，在所述Π型转动架的两边端头上均设置有配重块。所述配重块起配平Π型转动架自身因重力在俯仰转动轴上产生的力矩，从而减小对力矩电机驱动力矩需求的作用。

进一步的是，所述Π型转动架为中空管结构。在保证刚度的基础上尽量降低其重量，可最大限度地提高系统固有频率。

进一步的是，所述俯仰角位移传感器的内圈通过同步带与力矩电机Ⅰ的输出轴连接并随其转动，所述俯仰角位移传感器的外圈通过固定在支撑立柱Ⅰ上。

进一步的是，所述滚转角位移传感器内圈通过紧定螺钉与滚转支杆连接，滚转角位移传感器外圈通过沉头螺钉与Π型转动架连接。

进一步的是，所述俯仰角位移传感器和滚转角位移传感器采用电位计式角位移传感器。精准度适中，成本低，安装简易，信号采集方便。

进一步的是，所述滚转电机固定在Π型转动架上；所述滚转支杆通过两组背靠背安装的角接触球轴承固定在Π型转动架上，并通过键连接与滚转电机输出轴相连与其转动。所述滚转电机起驱动滚转支杆及模型进行滚转运动的作用。所述滚转支杆起支撑模型并传递运动的作用。所述滚转角位移传感器起测量模型滚转方向角度的作用，作为模型滚转方向的角度基准。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型在开口风洞分别采用两台力矩电机驱动Π型转动架和一台电机驱动滚转支杆实现支撑和驱动飞行器模型实现两自由度耦合运动，支撑装置大部分处于流场之外，对模型区流场干扰小，另外Π型转动架在飞行器模型两侧是对称分布的，其干扰也将对称，对纵向运动时的横航向气动分量干扰小，试验结果准确度更高。通过两台力矩电机和滚转电机的配合既可以同时运动也可以单独运动，既可以简谐振荡，也可以实现斜坡运动，可以模拟现代飞行器常用的所有高机动动作，模拟能力强。

本实用新型通过在滚转支杆的端头上安装飞行器模型，能够实现模型以尾撑形式进行俯仰、偏航、滚转单自由度运动以及俯仰-滚转、俯仰-偏航两自由度耦合运动，以腹撑形式进行偏航-滚转两自由度耦合振荡，模拟飞行器的高机动运动，测量机动过程中的气动载荷。

本实用新型通过两台力矩电机从两端固定并驱动Π型转动架运动，在不增大Π型转动架尺寸和重量的前提下增大了Π型转动架的刚度，提高了系统的固有频率，另外还降低了对力矩电机驱动力矩和功率的需求。

本实用新型通过采用俯仰角位移传感器和滚转角位移传感器分别测量模型的俯仰角和滚转角，角度测量准确，误差小。

本实用新型提出的装置通用性好，可用于开展不同型号飞行器高机动动态风洞试验研究，具有良好的工程应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置的后视结构示意图；

图3为本实用新型的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置在开口风洞试验段的安装示意图；

其中，1是支撑基座，2是支撑立柱Ⅰ，3是支撑立柱Ⅱ，4是Π型转动架，5是力矩电机Ⅰ，6是力矩电机Ⅱ，7是滚转电机，8是滚转支杆，9是连接块，10是配重块，11是模型。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1和2所示，一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，包括支撑基座1、支撑立柱Ⅰ2、支撑立柱Ⅱ3、Π型转动架4、力矩电机Ⅰ5、力矩电机Ⅱ6、滚转电机7、滚转支杆8、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器和中控器；

在所述支撑基座1上分别设立有支撑立柱Ⅰ2和支撑立柱Ⅱ3，所述Π型转动架4横向设置在支撑立柱Ⅰ2和支撑立柱Ⅱ3之间；在所述支撑立柱Ⅰ2上设置力矩电机Ⅰ5，在所述支撑立柱Ⅱ3上设置力矩电机Ⅱ6，所述Π型转动架4的两纵向杆上分别连接力矩电机Ⅰ5和力矩电机Ⅱ6的驱动端，由力矩电机Ⅰ5和力矩电机Ⅱ6驱动Π型转动架4运动；在所述Π型转动架4的水平杆中段纵向设置滚转支杆8，且滚转支杆8通过滚转电机7驱动转动；在所述力矩电机Ⅰ5的输出轴上均设置有俯仰角位移传感器，在所述滚转支杆8上设置有滚转角位移传感器；所述力矩电机Ⅰ5、力矩电机Ⅱ6、滚转电机7、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器的信号端与中控器电连接。

作为上述实施例的优化方案1，所述力矩电机Ⅰ5的转动端通过连接组件与Π型转动架4的一纵向杆相互连接，所述力矩电机Ⅱ6的转动端通过连接组件与Π型转动架4的另一纵向杆相互连接，由力矩电机Ⅰ5和力矩电机Ⅱ6驱动Π型转动架4运动。

所述连接组件包括连接块9，所述连接块9的侧壁与力矩电机的输出轴相连，所述Π型转动架4的纵向杆穿过连接块9且与连接块9固定连接。

作为上述实施例的优化方案2，在所述Π型转动架4的两边端头上均设置有配重块10。所述配重块10起配平Π型转动架4自身因重力在俯仰转动轴上产生的力矩，从而减小对力矩电机驱动力矩需求的作用。

作为上述实施例的优化方案3，所述Π型转动架4为中空管结构。在保证刚度的基础上尽量降低其重量，可最大限度地提高系统固有频率。

作为上述实施例的优化方案4，所述俯仰角位移传感器的内圈通过同步带与力矩电机Ⅰ5的输出轴连接并随其转动，所述俯仰角位移传感器的外圈通过固定在支撑立柱Ⅰ2上。

所述滚转角位移传感器内圈通过紧定螺钉与滚转支杆8连接，滚转角位移传感器外圈通过沉头螺钉与Π型转动架4连接。

优选的，所述俯仰角位移传感器和滚转角位移传感器采用电位计式角位移传感器。精准度适中，成本低，安装简易，信号采集方便。

作为上述实施例的优化方案5，所述滚转电机7固定在Π型转动架4上；所述滚转支杆8通过两组背靠背安装的角接触球轴承固定在Π型转动架4上，并通过键连接与滚转电机7输出轴相连与其转动。所述滚转电机7起驱动滚转支杆8及模型11进行滚转运动的作用。所述滚转支杆8起支撑模型11并传递运动的作用。所述滚转角位移传感器起测量模型11滚转方向角度的作用，作为模型11滚转方向的角度基准。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

如图3所示，整个装置安装在开口风洞试验段内，支撑基座1位于开口风洞试验段外下方的安装平台上。该装置以飞行器模型11尾撑形式进行俯仰-滚转、俯仰-偏航两自由度耦合运动，以飞行器模型11腹撑形式进行偏航-滚转两自由度耦合振荡。电机均采用伺服控制，两台力矩电机和滚转电机7既可以同时运动也可以单独运动，既可以简谐振荡，也可以实现斜坡运动，以模拟现代飞行器常用的所有高机动动作，模拟能力强。

所述支撑基座1起定位、固定和支撑作用，安装于风洞试验段圆形基础平台直径附近。所述两台力矩电机起同步驱动Π型转动架4及安装其上的部件运动的作用，实现模型11俯仰方向的运动。所述俯仰角位移传感器起测量Π型转动架4在俯仰方向的角度，作为模型11俯仰方向的角度基准。所述Π型转动架4起支撑滚转电机7、滚转支杆8、配重等部件作用，并传递俯仰运动。所述滚转电机7起驱动滚转支杆8及模型11进行滚转运动的作用。所述滚转支杆8起支撑模型11并传递运动的作用。所述滚转角位移传感器起测量模型11滚转方向角度的作用，作为模型11滚转方向的角度基准。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，包括支撑基座(1)、支撑立柱Ⅰ(2)、支撑立柱Ⅱ(3)、Π型转动架(4)、力矩电机Ⅰ(5)、力矩电机Ⅱ(6)、滚转电机(7)、滚转支杆(8)、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器和中控器；

在所述支撑基座(1)上分别设立有支撑立柱Ⅰ(2)和支撑立柱Ⅱ(3)，所述Π型转动架(4)横向设置在支撑立柱Ⅰ(2)和支撑立柱Ⅱ(3)之间；在所述支撑立柱Ⅰ(2)上设置力矩电机Ⅰ(5)，在所述支撑立柱Ⅱ(3)上设置力矩电机Ⅱ(6)，所述Π型转动架(4)的两纵向杆上分别连接力矩电机Ⅰ(5)和力矩电机Ⅱ(6)的驱动端，由力矩电机Ⅰ(5)和力矩电机Ⅱ(6)驱动Π型转动架(4)运动；在所述Π型转动架(4)的水平杆中段纵向设置滚转支杆(8)，且滚转支杆(8)通过滚转电机(7)驱动转动；在所述力矩电机Ⅰ(5)的输出轴上均设置有俯仰角位移传感器，在所述滚转支杆(8)上设置有滚转角位移传感器；所述力矩电机Ⅰ(5)、力矩电机Ⅱ(6)、滚转电机(7)、滚转角位移传感器、俯仰角位移传感器的信号端与中控器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述力矩电机Ⅰ(5)的转动端通过连接组件与Π型转动架(4)的一纵向杆相互连接，所述力矩电机Ⅱ(6)的转动端通过连接组件与Π型转动架(4)的另一纵向杆相互连接，由力矩电机Ⅰ(5)和力矩电机Ⅱ(6)驱动Π型转动架(4)运动。

3.根据权利要求2所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述连接组件包括连接块(9)，所述连接块(9)的侧壁与力矩电机的输出轴相连，所述Π型转动架(4)的纵向杆穿过连接块(9)且与连接块(9)固定连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，在所述Π型转动架(4)的两边端头上均设置有配重块(10)。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述Π型转动架(4)为中空管结构。

6.根据权利要求1所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述俯仰角位移传感器的内圈通过同步带与力矩电机Ⅰ(5)的输出轴连接并随其转动，所述俯仰角位移传感器的外圈通过固定在支撑立柱Ⅰ(2)上。

7.根据权利要求6所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述滚转角位移传感器内圈通过紧定螺钉与滚转支杆(8)连接，滚转角位移传感器外圈通过沉头螺钉与Π型转动架(4)连接。

8.根据权利要求7所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述俯仰角位移传感器和滚转角位移传感器采用电位计式角位移传感器。

9.根据权利要求1所述的一种开口风洞两自由度动态试验支撑装置，其特征在于，所述滚转电机(7)固定在Π型转动架(4)上；所述滚转支杆(8)通过两组背靠背安装的角接触球轴承固定在Π型转动架(4)上，并通过键连接与滚转电机(7)输出轴相连与其转动。

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