一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置

摘要

本发明涉及一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，属于风洞特种试验技术领域。解决的是风洞试验时模型易受到紊流干扰，导致试验失败的问题。包括连接板、“T”型转轴、超薄制动器、电磁制动器、第一轴承、整流罩和第二轴承，“T”型转轴的横梁通过第一轴承与连接板连接，“T”型转轴的横梁与超薄制动器连接，“T”型转轴的竖梁穿过连接板上的通孔，“T”型转轴的竖梁通过第二轴承与整流罩连接，“T”型转轴的竖梁与电磁制动器连接。本发明在瞬间来流产生不均匀的冲击载荷时，将自由度锁定，保持模型处于初始状态，在气流稳定后，释放自由度，为试验的进行提供保障。

权利要求

1.一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：包括连接板（1）、“T”型转轴（2）、超薄制动器（3）、电磁制动器（4）、第一轴承（7）、整流罩（16）和第二轴承（19），“T”型转轴（2）的横梁通过第一轴承（7）与连接板（1）连接，“T”型转轴（2）的横梁与超薄制动器（3）连接，“T”型转轴（2）的竖梁穿过连接板（1）上的通孔，“T”型转轴（2）的竖梁通过第二轴承（19）与整流罩（16）连接，“T”型转轴（2）的竖梁与电磁制动器（4）连接；

第一电位计（8）与超薄制动器（3）通过“D”型轴/孔配合连接，用于监测试验过程中模型滚转方向（21）的滚转角度的数值；第二电位计（18）与“T”型转轴（2）竖梁采用“D”型轴/孔配合连接，用于监测试验过程中模型偏航方向（22）的偏航角度的数值。

2.根据权利要求1所述的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：

一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括转子轮毂（5）、谐波减速器（6）、电位计底座（9）、电位计保护罩（10）和固定座（17），“T”型转轴（2）的横梁两侧设置有对称布置的第一轴承（7），“T”型转轴（2）的横梁两端设置有谐波减速器（6），谐波减速器（6）通过转子轮毂（5）与超薄制动器（3）连接，第一电位计（8）设置在连接板（1）的背风面，整流罩（16）的下部通过电位计底座（9）与第二电位计（18）连接，第二电位计（18）外部设置有电位计保护罩（10），且电位计保护罩（10）与电位计底座（9）连接，整流罩（16）的背风面与固定座（17）连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：

一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括偏航限位块（15），“T”型转轴（2）的竖梁上设置有挡块（20），偏航限位块（15）与连接板（1）固定连接，偏航限位块（15）与挡块（20）对应设置，用于限制“T”型转轴（2）的偏航角度为±20°；连接板（1）的通孔为椭圆形，用于限制“T”型转轴（2）的滚转角度为±30°。

4.根据权利要求3所述的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：

转轴（2）内部具有空腔，固定座（17）上具有成40°角的空腔，转轴（2）内部具有空腔与固定座（17）的40°角的空腔连通。

5.根据权利要求3所述的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：

一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括限位套筒（12）、圆螺母（13）和止动垫圈（14），“T”型转轴（2）的竖梁上设置有两个第二轴承（19），两个第二轴承（19）之间设置有限位套筒（12），将止动垫圈（14）通过圆螺母（13）设置在第二轴承（19）的侧面。

6.根据权利要求1所述的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，其特征在于：

整流罩（16）的迎风面具有尖角。

说明书

一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于风洞运动的试验装置，属于风洞特种试验技术领域。

背景技术

[0002] 一些先进布局飞行器在跨声速中小迎角条件下，左右机翼的非对称分离易出现横向动态失稳运动，引发非指令性滚转，同时航向稳定性的不足会导致横航向运动耦合，为了研究这类现象并评估动态失稳运动严重程度，常采用自由运动类试验进行验证。例如公开号为CN107449581A，发明创造名称为风洞自由飞实验的自由度释放装置，其可以用于风洞试验中释放模型的自由度，但是其需要在风洞试验前就设置在风洞中，试验时，刚进入的气流紊乱，需要一段时间才能形成稳定的气流，因此，刚开始时，瞬间来流产生的冲击载荷较大，且不均匀，经常出现模型的一个部位受到的气动力大，另一部分受到的气动力小，结合模型自身结构，存在较多不确定性，很容易使模型发生过度的转动，即使气流稳定，仍然无法将模型的姿态纠正，导致试验失败。

[0003] 即结合常用的风洞尺寸及气流速度，存在以下技术难点：

[0004] 1、现有主力高速风洞口径在1.2米左右，风洞尺寸限制了试验模型的大小，整个试验装置的结构尺寸受模型内部空间、阻塞度、气动干扰等限制，因此，在试验装置满足模型运动所需锁紧扭矩及刚强度的情况下，其结构尺寸成为最关键的因素。

[0005] 2、针对马赫数为0.4 1.2的亚跨风洞试验，要求试验装置能够在试验中某特定时~间内进行锁紧‑释放操作，能够反馈模型在滚转和偏航方向上的模型姿态角，随着滚转、偏航方向角度的增大，试验装置承受的锁紧扭矩也成倍数增加，对于机械结构及设备尺寸均提出较高要求。

[0006]  3、两自由度运动不能互相干扰。

[0007] 基于上述问题，亟需提出一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，以解决上述技术问题。

发明内容

[0008] 本发明提供一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，解决的是风洞试验时模型易受到紊流干扰，导致试验失败的问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

[0009] 本发明的技术方案：

[0010] 一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，包括连接板、“T”型转轴、超薄制动器、电磁制动器、第一轴承、整流罩和第二轴承，“T”型转轴的横梁通过第一轴承与连接板连接，“T”型转轴的横梁与超薄制动器连接，“T”型转轴的竖梁穿过连接板上的通孔，“T”型转轴的竖梁通过第二轴承与整流罩连接，“T”型转轴的竖梁与电磁制动器连接。

[0011] 优选的：一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括转子轮毂、谐波减速器、第一电位计、电位计底座、电位计保护罩、固定座和第二电位计，“T”型转轴的横梁两侧设置有对称布置的第一轴承，“T”型转轴的横梁两端设置有谐波减速器，谐波减速器通过转子轮毂与超薄制动器连接，第一电位计设置在连接板的背风面，整流罩的下部通过电位计底座与第二电位计连接，第二电位计外部设置有电位计保护罩，且电位计保护罩与电位计底座连接，第二电位计与“T”型转轴竖梁连接，整流罩的背风面与固定座连接。

[0012] 优选的：一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括偏航限位块，“T”型转轴的竖梁上设置有挡块，偏航限位块与连接板固定连接，偏航限位块与挡块对应设置，用于限制“T”型转轴的偏航角度为±20°；连接板的通孔为椭圆形，用于限制“T”型转轴的滚转角度为±30°。

[0013] 优选的：转轴内部具有空腔，固定座上具有成40°角的空腔，转轴内部具有空腔与固定座的40°角的空腔连通。

[0014] 优选的：一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括限位套筒、圆螺母和止动垫圈，“T”型转轴的竖梁上设置有两个第二轴承，两个第二轴承之间设置有限位套筒，将止动垫圈通过圆螺母设置在第二轴承的侧面。

[0015] 优选的：整流罩的迎风面具有尖角。

[0016] 本发明具有以下有益效果：

[0017] 本发明在瞬间来流产生不均匀的冲击载荷时，将自由度锁定，保持模型处于初始状态，在气流稳定后，释放自由度，为试验的进行提供保障，如果出现过度偏转的情况，也可进行姿态纠正，无需重新进行组装、调整等工作，提高试验准确性和试验效率。

附图说明

[0018] 图1是一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置的立体图；

[0019] 图2是一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置的结构示意图；

[0020] 图3是一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置的俯视图；

[0021] 图4是一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置的剖视图；

[0022] 图5是一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置的使用状态图。

[0023] 图中：1‑连接板，2‑“T”型转轴，3‑超薄制动器，4‑电磁制动器，5‑转子轮毂，6‑谐波减速器，7‑第一轴承，8‑第一电位计，9‑电位计底座，10‑电位计保护罩，11‑横梁盖板，12‑限位套筒，13‑圆螺母，14‑止动垫圈，15‑偏航限位块，16‑整流罩，17‑固定座，18‑第二电位计，19‑第二轴承，20‑挡块，21‑滚转方向，22‑偏航方向。

具体实施方式

[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0025] 本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

[0026] 具体实施方式一：结合图1‑图5说明本实施方式，本实施方式的一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置，包括连接板1、“T”型转轴2、超薄制动器3、电磁制动器4、第一轴承7、整流罩16和第二轴承19，“T”型转轴2具有垂直设置的横梁和竖梁，竖梁与横梁的中部连接，“T”型转轴2的横梁通过第一轴承7与连接板1连接，“T”型转轴2的横梁与超薄制动器3连接，通过螺钉将超薄制动器3的外壳固定在连接板1两侧，“T”型转轴2的竖梁穿过连接板1上的通孔，“T”型转轴2的竖梁通过第二轴承19与整流罩16连接，“T”型转轴2的竖梁与电磁制动器4连接，电磁制动器4的外壳与整流罩16连接固定连接；基于风洞模型尺寸较小，且试验装置安装在模型腔体内部，在满足试验所需额定扭矩的前提下，本发明结构紧凑，体积小，滚转运动能够承受的最大设计锁紧扭矩为18Nm，偏航运动能够承受的最大设计锁紧扭矩为45Nm，“T”型转轴2轴线与模型重心重合，可使横梁尺寸限制在190mm(长)*50mm (宽)*48mm (高) 以内，为了提高锁紧扭矩，在模型重心前后均布置一组制动设备，因此用于控制滚转运动的单侧谐波减速器及制动器总的长度极限约为58mm，极限直径约为42mm，其强度、体积结构均满足结构设计的要求；在瞬间来流产生不均匀的冲击载荷时，将自由度锁定，保持模型处于初始状态，在气流稳定后，释放自由度，为试验的进行提供保障，如果出现过度偏转的情况，也可进行姿态纠正，无需重新进行组装、调整等工作。

[0027] 一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括转子轮毂5、谐波减速器6、第一电位计8、电位计底座9、电位计保护罩10、固定座17和第二电位计18，“T”型转轴2的横梁两侧设置有对称布置的第一轴承7，利用横梁阶梯实第一轴承7的限位，第一轴承7设置在连接板1卡槽内，实现第一轴承7外环的限位固定，“T”型转轴2的横梁两端设置有谐波减速器6，谐波减速器6与“T”型转轴2的横梁采用“D”型轴/孔配合连接，安装可靠的，无需单独配键，谐波减速器6通过转子轮毂5与超薄制动器3连接，用于实现试验装置的锁紧释放功能，第一电位计8设置在连接板1的背风面，第一电位计8与超薄制动器3通过“D”型轴/孔配合连接，用于监测试验过程中模型滚转方向21的滚转角度的数值，连接板1的上部具有可拆卸的横梁盖板11，手动实现试验装置的滚转运动，便于检查是否顺畅，连接板1嵌入到模型的安装槽内，且连接板1与模型连接，第一电位计8设置在安装槽内，整流罩16的下部通过电位计底座9与第二电位计18连接，第二电位计18外部设置有电位计保护罩10，且电位计保护罩10与电位计底座9连接，第二电位计18与“T”型转轴2竖梁采用“D”型轴/孔配合连接，用于监测试验过程中模型偏航方向22的偏航角度的数值，整流罩16的背风面与固定座17连接。

[0028] 一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括偏航限位块15，“T”型转轴2的竖梁上设置有挡块20，偏航限位块15与连接板1固定连接，偏航限位块15与挡块20对应设置，用于限制“T”型转轴2的偏航角度为±20°；连接板1的通孔为椭圆形，用于限制“T”型转轴2的滚转角度为±30°，预防过度偏转，提高试验效率。

[0029] 转轴2内部具有空腔，固定座17上具有成40°角的空腔，转轴2内部具有空腔与固定座17的40°角的空腔连通，将超薄制动器3及第一电位计8的线路，沿着横梁盖板11上面的走线槽进入到“T”型转轴2的空腔中，再通过固定座17的40°角的空腔引出，即完成了横梁组件的安装，将电磁制动器4和第二电位计18的线路通过固定座17的40°角的空腔引出，再通过腹撑机构引到风洞外部，在不影响自由度的情况下，将线路进行隐藏，防止影响气流，同时也避免剐蹭，提高试验的成功率和准确性。

[0030] 一种用于跨声速风洞双自由度运动的试验装置还包括限位套筒12、圆螺母13和止动垫圈14，“T”型转轴2的竖梁上设置有两个第二轴承19，两个第二轴承19之间设置有限位套筒12，将止动垫圈14通过圆螺母13设置在第二轴承19的侧面。

[0031] 整流罩16的迎风面具有尖角，减小对气流干扰；风洞试验准备阶段，将装置通过固定座固定在风洞内腹撑机构上，最后将飞行器模型与装置进行连接，使模型与水平基准处于0°状态，在实验过程中，即可完成最终安装，逐步释放滚转、偏航方向的控制，即可实现单自由度滚转/偏航运动或双自由度耦合运动。

[0032] 需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

[0033] 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。