DE202013101443U1

DE202013101443U1 - A five-freedom support system for flow field measurements

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Publication number: DE202013101443U1
Application number: DE201320101443
Authority: DE
Original assignee: XI AN VIRTUAL DYNAMICS SIMULATION TECHNOLOGY Inc; XI'AN VIRTUAL-DYNAMICS SIMULATION TECHNOLOGY Inc
Current assignee: XI AN VIRTUAL DYNAMICS SIMULATION TECHNOLOGY Inc; XI'AN VIRTUAL-DYNAMICS SIMULATION TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2023-04-05

Abstract

Ein Fünf-Freiheiten-Stützsystem für Messarbeiten im Strömungsfeld, das einen Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten aufweist, der folgende Teile umfasst: eine Fixierungsklammer (4), ein Schneckengetriebe (5), eine Schnecke (6), einen ersten Schrittmotor (7), eine C-förmige Stütze (8), eine Transmissionswelle (9), ein Axiallager (10), einen zweiten Schrittmotor (11), und einen Stützträger (12), wobei diese Teile wie folgt miteinander verbunden sind:
Der erste Schrittmotor (7) ist mit dem Axiallager (10) und der C-förmige Stütze (8) verbunden und schwenkt die Messsonde (1) im Schwenkwinkel α° (2);
das Axiallager (10) sitzt auf dem Stützträger (12);
der zweite Schrittmotor (11) befindet sich innerhalb der C-förmigen Stütze (8) und treibt über die Transmissionswelle (9), die Schnecke (6) und das Schneckengetriebe (5) die Schwenkbewegung der Messsonde (1) im Schwenkwinkel β° (3) an. A five-dimensional flow field measurement support system comprising a two-freedom pivoting mechanism comprising: a fixing bracket (4), a worm gear (5), a worm (6), a first stepping motor (7), a C-shaped support (8), a transmission shaft (9), a thrust bearing (10), a second stepping motor (11), and a support beam (12), these parts being connected together as follows:
The first stepping motor (7) is connected to the thrust bearing (10) and the C-shaped support (8) and pivots the probe (1) in the swivel angle α ° (2);
the thrust bearing (10) sits on the support beam (12);
the second stepping motor (11) is located inside the C-shaped support (8) and drives via the transmission shaft (9), the worm (6) and the worm gear (5) the pivoting movement of the measuring probe (1) in the swivel angle β ° (3 ) at.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung gehört zum Bereich der Messtechnik des Strömungsfeldes. Sie betrifft ein Fünf-Freiheiten-Stützsystem, das für die Messarbeiten im Strömungsfeld eingesetzt wird. The present invention belongs to the field of measurement technology of the flow field. It concerns a five-freed support system used for flow field measurements.

Technischer Hintergrund Technical background

Das Strömungsfeld ist ein häufig vorkommendes Phänomen in technischen Anlagen. Viele Merkmale des Strömungsfeldes, wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Wirbelgröße, Spannung usw., werden in vektoriellen Größen dargestellt. Diese vektoriellen Größen können im kartesischen Koordinatensystem (x, y und z) in drei vertikal zueinander stehenden Richtungen dargestellt werden. Das Strömungsfeld hinter einem Gebäude und das Strömungsfeld eines Flügelrandwirbels eines Flugzeugs sind zum Beispiel häufig vorkommende Strömungsfelder. Solche Strömungsfelder enthalten häufig auch Turbulenzen. Um derartige physikalische Phänomene zu studieren, müssen deren momentane Parameter, wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Wirbelgröße, Spannung usw., genau gemessen werden. The flow field is a common phenomenon in technical installations. Many features of the flow field, such as velocity, vortex size, stress, etc., are represented in vector quantities. These vector quantities can be represented in the Cartesian coordinate system (x, y and z) in three mutually perpendicular directions. The flow field behind a building and the flow field of a wing edge vortex of an aircraft are, for example, frequently occurring flow fields. Such flow fields often also contain turbulence. In order to study such physical phenomena, their instantaneous parameters such as speed, vortex size, voltage, etc., must be accurately measured.

Seit dem Fortschritt der Elektro- und der optischen Technik sind Messgeräte wie z. B. Laser-Doppler-Anemometer (LDA) und Messgeräte der Particle-Image-Velocimetry (PIV)-Technik weit verbreitet. Die Herstellungs- und Anwendungskosten dieser Messgeräte sind jedoch vergleichsweise sehr hoch. Sie können ferner auch nur in den vergleichsweise kleinen Messfeldern eingesetzt werden, und ihre Messergebnisse können auch erst durch nachgelagerte Datenverarbeitung gewonnen werden. Since the progress of electrical and optical technology, measuring instruments such. As laser Doppler anemometer (LDA) and instruments of particle image velocimetry (PIV) technique widely used. However, the manufacturing and application costs of these meters are comparatively very high. Furthermore, they can also be used only in the comparatively small measurement fields, and their measurement results can also be obtained only by downstream data processing.

Ferner werden in vielen Fällen auch dreidimensionale Hitzdrahtanemometer und so genannte Mehr-Löcher-Drucksonden die Messungsarbeiten im Strömungsfeld eingesetzt. Diese Messgeräte können in größeren Strömungsfeldern eingesetzt werden. Ihre Herstellungskosten sind auch vergleichsweise gering. Diese zwei Arten von Messgeräten haben heutzutage herrschende Stellung und werden zum Beispiel in großen Windkanälen zur Messung von Wirbelschleppen der Luftfahrzeuge bevorzugter Weise eingesetzt. Furthermore, in many cases, three-dimensional hot-wire anemometers and so-called multi-hole pressure probes are used for the measurement work in the flow field. These gauges can be used in larger flow fields. Their production costs are also comparatively low. These two types of gauges nowadays have a dominant position and are preferably used, for example, in large wind tunnels for measuring wake vortices of the aircraft.

Für die Arbeiten der oben genannten Messgeräte wird ein Stützsystem benötigt. Idealerweise soll das Stützsystem fünf Bewegungsfreiheiten besitzen. 1 zeigt das Grundprinzip der fünf Freiheiten. Die Messsonde 1 soll sich innerhalb des kartesischen Koordinatensystems in zwei Schwenkwinkeln, nämlich Schwenkwinkel α° 2 und Schwenkwinkel β° 3, schwenken können. Das sind die ersten zwei Bewegungsfreiheiten. Ferner soll die Messsonde 1 an jeder Position im Sinne des dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems positioniert werden können. Jede solche Position wird mit drei Koordinaten x, y und z bestimmt. Daher benötigt das Stützsystem noch weitere drei Bewegungsfreiheiten. For the work of the above measuring instruments, a support system is needed. Ideally, the support system should have five freedom of movement. 1 shows the basic principle of the five freedoms. The measuring probe 1 should be within the Cartesian coordinate system in two pivot angles, namely pivot angle α ° 2 and tilt angle β ° 3 , can pan. These are the first two freedom of movement. Furthermore, the measuring probe 1 can be positioned at any position in the sense of the three-dimensional Cartesian coordinate system. Each such position is determined by three coordinates x, y and z. Therefore, the support system needs another three freedom of movement.

Inhalt der Erfindung Content of the invention

Die vorliegende Erfindung stellt ein Stützsystem mit fünf Bewegungsfreiheiten bereit. The present invention provides a support system with five freedom of movement.

Das erfindungsgemäße Stützsystem weist einen Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten und einen Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten auf. The support system according to the invention comprises a pivot mechanism with two freedoms and a sliding mechanism with three freedoms.

2 zeigt die Struktur des Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten, der folgende Teile umfasst: eine Fixierungsklammer 4, ein Schneckengetriebe 5, eine Schnecke 6, einen ersten Schrittmotor 7, eine C-förmige Stütze 8, eine Transmissionswelle 9, ein Axiallager 10, einen zweiten Schrittmotor 11, und einen Stützträger 12. Die Teile sind wie folgt verbunden:
Der erste Schrittmotor 7 ist mit dem Axiallager 10 und der C-förmige Stütze 8 verbunden und schwenkt die Messsonde im Schwenkwinkel α° 2;
das Axiallager 10 sitzt auf dem Stützträger 12;
der zweite Schrittmotor 11 befindet sich innerhalb der C-förmigen Stütze 8 und treibt über die Transmissionswelle 9, die Schnecke 6 und das Schneckengetriebe 5 die Schwenkbewegung der Messsonde 1 im Schwenkwinkel β° 3 an. 2 shows the structure of the pivot mechanism with two freedoms, comprising the following parts: a fixing bracket 4 , a worm gear 5 , a snail 6 , a first stepper motor 7 , a C-shaped column 8th , a transmission wave 9 , a thrust bearing 10 , a second stepper motor 11 , and a support beam 12 , The parts are connected as follows:
The first stepper motor 7 is with the thrust bearing 10 and the C-shaped support 8th connected and pivots the probe in the swivel angle α ° 2 ;
the thrust bearing 10 sits on the support beam 12 ;
the second stepper motor 11 is inside the C-shaped column 8th and drives over the transmission shaft 9 , the snail 6 and the worm gear 5 the pivoting movement of the measuring probe 1 in the swivel angle β ° 3 at.

Der Stützträger 12 ist seinerseits mit einem Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13 verbunden. The support beam 12 is in turn with a three-way shift mechanism 13 connected.

Der Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13 steuert die Bewegungen in drei Richtungen im Sinne des kartesischen Koordinatensystems. 3 zeigt die Struktur des Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13. Der Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13 kann also die Position der Messsonde 1 in drei Richtungen verschieben: nämlich in der Verschieberichtung x 14, in der Verschieberichtung y 15 und in der Verschieberichtung z 16. In jeder bestimmten Position kann die Messsonde 1 von dem Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten, wie in 1 und 2 gezeigt, im Schwenkwinkel α° 2 und im Schwenkwinkel β° 3 geschwenkt werden. The sliding mechanism with three freedoms 13 controls the movements in three directions in the sense of the Cartesian coordinate system. 3 shows the structure of the sliding mechanism with three freedoms 13 , The sliding mechanism with three freedoms 13 So can the position of the probe 1 Move in three directions: namely in the direction x 14 , in the direction of displacement y 15 and in the direction of displacement z 16 , In any particular position, the probe can 1 from the swing mechanism with two freedoms, as in 1 and 2 shown in the swivel angle α ° 2 and in the swivel angle β ° 3 be panned.

Erläuterung der Zeichnungen Explanation of the drawings

Darin zeigen: Show:

1 das Grundprinzip der fünf Freiheiten im Sinne des erfindungsgemäßen Stützsystems; 1 the basic principle of the five freedoms in the sense of the support system according to the invention;

2 die Struktur des Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten des erfindungsgemäßen Stützsystems; 2 the structure of the pivot mechanism with two freedoms of the support system according to the invention;

3 die Struktur des Verschiebemechanismus des erfindungsgemäßen Stützsystems. 3 the structure of the displacement mechanism of the support system according to the invention.

Ausführungsbeispiel embodiment

Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. In the following an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Im Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Stützsystem für die Messungsarbeit im Strömungsfeld hinter einem großen Gebäude eingesetzt. Das zu verwendende Messgerät ist ein dreidimensionaler Hitzdrahtanemometer oder eine so genannte Mehr-Löcher-Drucksonde. Bei der Messung wird der erste Schrittmotor 7 von einem Computer gesteuert. Der erste Schrittmotor 7 schwenkt die Messsonde 1 im Schwenkwinkel α° 2. Der zweite Schrittmotor 11 wird ebenfalls vom Computer gesteuert. Der zweite Schrittmotor 11 befindet sich innerhalb der C-förmigen Stütze 8 und treibt über die Transmissionswelle 9, die Schnecke 6 und das Schneckengetriebe 5 die Schwenkbewegung der Messsonde 1 im Schwenkwinkel β° 3 an. In the exemplary embodiment, the support system according to the invention is used for the measurement work in the flow field behind a large building. The measuring instrument to be used is a three-dimensional hot wire anemometer or a so-called multi-hole pressure probe. When measuring becomes the first stepper motor 7 controlled by a computer. The first stepper motor 7 pivots the probe 1 in the swivel angle α ° 2 , The second stepper motor 11 is also controlled by the computer. The second stepper motor 11 is inside the C-shaped column 8th and drives over the transmission shaft 9 , the snail 6 and the worm gear 5 the pivoting movement of the measuring probe 1 in the swivel angle β ° 3 at.

Der Stützträger 12 ist mit dem Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13 verbunden. Vor dem Messvorgang werden die beiden Schwenkwinkel α° 2 und β° 3 jedoch zunächst auf null eingestellt. Danach kann der Verschiebemechanismus mit drei Freiheiten 13 den Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten samt der Messsonde 1 im Strömungsfeld entsprechend den drei Verschieberichtungen, nämlich der Verschieberichtung x 14, der Verschieberichtung y 15 und der Verschieberichtung z 16, in jede beliebige Position verschieben. In der jeweiligen Position kann der Schwenkmechanismus mit zwei Freiheiten die Messsonde 1 je nach Bedarf sowohl im Schwenkwinkel α° 2 als auch im Schwenkwinkel β° 3 schwenken. Die Messergebnisse an jeder Position werden aufgezeichnet und je nach Bedarf verarbeitet. The support beam 12 is with the sliding mechanism with three freedoms 13 connected. Before the measurement process, the two swivel angles α ° 2 and β ° 3 but initially set to zero. After that, the sliding mechanism with three freedoms 13 the swing mechanism with two freedoms including the probe 1 in the flow field corresponding to the three displacement directions, namely the displacement direction x 14 , the shift direction y 15 and the displacement direction z 16 , move to any position. In the respective position, the two-freedom swivel mechanism can be the measuring probe 1 depending on requirements both in the swivel angle α ° 2 as well as in the swivel angle β ° 3 swing. The measurement results at each position are recorded and processed as needed.

Das Ausführungsbeispiel stellt nur eine vorzugsweise Ausführungsmöglichkeit dar und hat keine einschränkende Wirkung. Alle anderen Ausführungsmöglichkeiten, die nicht über den Geist und das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung hinausgehen, werden von den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung gedeckt. The embodiment represents only a preferred embodiment and has no limiting effect. All other possible embodiments, which do not go beyond the spirit and the basic principle of the present invention, are covered by the claims of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Messsonde probe
2 2: Schwenkwinkel α°Swing angle α °
3 3: Schwenkwinkel β°Swivel angle β °
4 4: Fixierungsklammer fixing clasp
5 5: Schneckengetriebe worm gear
6 6: Schnecke slug
7 7: der erste Schrittmotor the first stepper motor
8 8th: C-förmige Stütze C-shaped support
9 9: Transmissionswelle transmission shaft
10 10: Axiallager thrust
11 11: der zweite Schrittmotor the second stepper motor
12 12: Stützträger support beam
13 13: Verschiebemechanismus displacement mechanism
14 14: Verschieberichtung x Shifting direction x
15 15: Verschieberichtung y Displacement direction y
16 16: Verschieberichtung z Shift direction z

Claims

A five-dimensional flow field measurement support system comprising a two-freedom pivot mechanism comprising: a fixing bracket ( 4 ), a worm gear ( 5 ), a snail ( 6 ), a first stepping motor ( 7 ), a C-shaped support ( 8th ), a transmission wave ( 9 ), a thrust bearing ( 10 ), a second stepper motor ( 11 ), and a support beam ( 12 ), these parts being connected together as follows: the first stepping motor ( 7 ) is with the thrust bearing ( 10 ) and the C-shaped support ( 8th ) and pivots the probe ( 1 ) in the swivel angle α ° ( 2 ); the thrust bearing ( 10 ) sits on the support ( 12 ); the second stepper motor ( 11 ) is located within the C-shaped support ( 8th ) and drives via the transmission shaft ( 9 ), the snail ( 6 ) and the worm gear ( 5 ) the pivoting movement of the measuring probe ( 1 ) in the swivel angle β ° ( 3 ) at.

A five-freed flow field measurement support system according to claim 1, wherein said two-freedom pivot mechanism is disposed above said support beam (10). 12 ) with a three-freedom displacement mechanism ( 13 ) connected is.