一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，包括動態天平、支撐機構、側滑角機構和滾轉角機構。動態天平通過支撐機構連接到側滑角機構上，滾轉角機構也連接到側滑角機構上，且通過側滑角機構和滾轉角機構之間的配合調整側滑角機構和滾轉角機構之間的相對位置和角度，滿足不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試需求。本發明專利技術可以在定頻或掃頻模式下，由伺服電機輸出扭矩帶動傳動軸進行連續旋轉運動，通過偏心凸輪與動態天平的凹槽配合，完成運動形式轉換，實現簡諧強迫振動。本發明專利技術結構合理緊湊，具有法向承載大、精度高等優點，在航天航空領域有重大應用價值。
【技術實現步驟摘要】
一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置
本專利技術涉及一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，屬于風洞測試
技術介紹
在進行飛行控制系統設計與飛行器動態品質分析時，氣動力和力矩以氣動導數形式出現，即靜、動穩定導數，由于產生機理復雜，通常利用強迫振動風洞試驗獲取上述參數。動導數風洞試驗利用模型振蕩來模擬飛行器的剛體運動模態來得到動導數。隨著高速飛機、導彈、火箭和再入飛行器的發展，飛行品質和動穩定性問題越來越被重視，動導數試驗也變得越來越重要。特別是超音速、高超音速范圍以及大幅度擾動和大范圍機動條件下的試驗和測量技術，故此整個強迫振動試驗裝置有必要進行優化設計。根據新型面對稱飛行器的風洞試驗任務要求，一方面飛行器法向載荷大，要解決載荷與剛度匹配問題，研制新型強迫振動試驗技術以形成面對稱飛行器的動態試驗能力。另一方面，要求同時精確測量飛行器的靜導數與動導數。目前的強迫振動試驗裝置法向載荷承載能力不高，扭矩輸出部件安裝和固定不理想，在試驗精度上有所不足，同時也缺少實現試驗攻角、側滑角和滾轉角疊加的能力。新型面對稱飛行器的特點主要是法向載荷遠大于橫向載荷，為此，需要一種新型強迫振動試驗裝置來解決上述問題，能夠進行這一類飛行器的動態風洞試驗。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置。采用獨特的設計思路和結構形式來增加支撐機構的剛度和承載能力，確保試驗振動頻率和振幅可控精確，實現確定頻率、振幅的高精度簡諧強迫振動。本專利技術的技術解決方案是：一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，包括：動態天平、支撐機構、側滑角機構和滾轉角機構，動態天平通過支撐機構連接到側滑角機構上，滾轉角機構也連接到側滑角機構上，且通過側滑角機構和滾轉角機構之間的配合調整側滑角機構和滾轉角機構之間的相對位置和角度，實現不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試。支撐機構包括：直支桿、偏心凸輪、傳動軸、彈簧擋圈、彈性墊圈和角接觸軸承；直支桿為筒狀結構，前端與動態天平通過圓錐面配合，尾部與側滑角機構通過圓錐面配合；傳動軸設置在直支桿內部，傳動軸兩端各設置有安裝槽，彈簧擋圈、彈性墊圈和角接觸軸承設置在傳動軸的安裝槽上，用于調整傳動軸的軸向位置和旋轉；傳動軸的頭部通過偏心凸輪連接動態天平，傳動軸的連續旋轉運動轉化為動態天平的往復擺動。側滑角機構包括：彎支桿、聯軸器、減速器安裝座、減速器、伺服電機和電機蓋板；彎支桿包括兩個部分，分別為支撐殼體和角度板，角度板位于支撐殼體上，且角度板上分布有多個角度調節孔，支撐殼體為空心圓筒狀，聯軸器、減速器安裝座、減速器和伺服電機依次連接在一起，設置在支撐殼體內部，支撐機構的傳動軸通過聯軸器連接減速器；支撐殼體上設置有觀察窗，用于觀察所述傳動軸與減速器的連接。角度板的角度調節范圍為0°～16°。滾轉角機構一端為U形結構，上面分布有多個連接孔，滾轉角機構裝在側滑角機構的角度板上，通過滾轉角機構上的連接孔與角度板上的角度調節孔配合，進而調整滾轉角機構相對于側滑角機構的位置和角度；滾轉角機構的另一端在徑向上以30°、45°、60°和90°的角度設置鍵槽，與風洞彎刀配合后，實現不同的滾轉角。動態天平、支撐機構與側滑角機構處于同一軸線上。動態天平包括：俯仰天平內芯、俯仰天平外壁、轉軸、應變梁、壓緊螺釘、滑動軸承；俯仰天平內芯包括頭部圓錐面段、變截面梁、配合段和驅動梁，變截面梁用于測量五分量氣動載荷，配合段上設置有圓形通孔和矩形通孔，俯仰天平外壁為筒狀結構，包括空心配合段和尾部圓錐面段，空心配合段上設置有圓形通孔和矩形通孔；俯仰天平內芯設置在俯仰天平外壁內部，滑動軸承套在轉軸外部，且穿過俯仰天平外壁和俯仰天平內芯上的圓形通孔，將俯仰天平外壁和俯仰天平內芯配合在一起，應變梁穿過俯仰天平外壁和俯仰天平內芯上的矩形通孔，用于測量俯仰天平內芯的轉角；壓緊螺釘將應變梁和轉軸固定在俯仰天平外壁上。俯仰天平內芯的驅動梁位于俯仰天平外壁的空心配合段內部，且空心配合段的內徑大于驅動梁的最大徑向尺寸，空心配合段的內徑比驅動梁的最大徑向尺寸大至少10mm，俯仰天平內芯繞轉軸轉動，旋轉幅度不小于1°，俯仰天平內芯的頭部圓錐面段為1:10圓錐面，俯仰天平外壁的尾部圓錐面段為1:10圓錐面。俯仰天平內芯的驅動梁尾部端面上設置有凹槽，用于驅動俯仰天平內芯繞轉軸旋轉，實現俯仰簡諧運動；俯仰天平內芯變截面梁的校準中心與轉軸的中心重合，作為測量基準。俯仰天平內芯的變截面梁為彈性段，最大分別承受10000N法向力和120Nm俯仰力矩載荷，俯仰天平外壁的最大直徑小于51mm，滑動軸承采用高銅合金鑲嵌固體潤滑軸承。本專利技術與現有技術相比的有益效果是：(1)本專利技術提高了強迫振動裝置的載荷承受能力，可以承受較大法向載荷；(2)本專利技術技術方案中，可以有效固定減速器、伺服電機等扭矩輸出裝置，避免裝置的振動影響輸出效果，提高試驗精度；(3)可以實現風洞彎刀調節攻角，側滑角機構改變側滑角以及滾轉角機構給定滾轉角，滿足不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試需求。(4)本專利技術提出了獨特的動態俯仰天平設計思想，突破了傳統前后串聯式天平的設計方法，使得動態天平整體體積小，減小了天平直徑，內外組合式結構則縮短了天平長度，天平變形小，提高了天平的剛度和承載能力。(5)本專利技術技術方案中，動態天平校準中心與轉軸重合，提高了動態天平測量的精度。動態天平的應變梁可獨立拆裝。在地面調試中僅需要更改應變梁的厚度來匹配模型載荷即可，無需重復拆卸，有效提升試驗效率。(6)本專利技術采用模塊化的形式進行組合，將風洞模型、動態天平和支撐機構等進行串聯，根據不同需求更換模型和動態天平測量元件即可，使裝置更具有通用性。相對于現有的技術，本專利技術的試驗精度更高，裝配難度更低。本專利技術可以廣泛應用于大載荷風洞試驗中，具有良好的實用性和推廣價值。附圖說明圖1為本專利技術的用于風洞動導數強迫振動裝置的結構示意圖；圖2為圖1的支撐機構的結構示意圖；圖3為圖1的側滑角機構的零件組成示意圖；圖4為圖1的滾轉角機構結構示意圖；圖5為圖1的動態天平的結構示意圖；圖6為圖5的剖視圖；圖7為圖5的零件組成示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行進一步的詳細描述。新型面對稱飛行器的風洞試驗任務一方面要求形成面對稱飛行器的動態試驗能力來解決載荷與剛度匹配問題，同時能夠精確測量飛行器的靜導數與動導數。本專利技術提出了一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，提升了法向載荷承受能力和試驗測量精準度，同時可以滿足不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試需求。如圖1所示，本專利技術提出了一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，包括：動態天平1、支撐機構15、側滑角機構16和滾轉角機構17，動態天平1通過支撐機構15連接到側滑角機構16上，滾轉角機構17也連接到側滑角機構16上，且通過側滑角機構16和滾轉角機構17之間的配合調整側滑角機構16和滾轉角機構17之間的相對位置和角度，實現不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試。如圖2所示，支撐機構15包括：直支桿2、偏心凸輪6、傳動軸7、彈簧擋圈12、彈性墊圈13和角接觸軸承14；直支桿2為筒狀結構，前端與動態天平1通過圓錐面配合，尾部與側滑角機構16通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：包括動態天平(1)、支撐機構(15)、側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)，動態天平(1)通過支撐機構(15)連接到側滑角機構(16)上，滾轉角機構(17)也連接到側滑角機構(16)上，且通過側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)之間的配合調整側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)之間的相對位置和角度，實現不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試。
【技術特征摘要】
1.一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：包括動態天平(1)、支撐機構(15)、側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)，動態天平(1)通過支撐機構(15)連接到側滑角機構(16)上，滾轉角機構(17)也連接到側滑角機構(16)上，且通過側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)之間的配合調整側滑角機構(16)和滾轉角機構(17)之間的相對位置和角度，實現不同攻角、側滑角和滾轉角工況下的試驗測試。2.根據權利要求1所述的一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：所述支撐機構(15)包括直支桿(2)、偏心凸輪(6)、傳動軸(7)、彈簧擋圈(12)、彈性墊圈(13)和角接觸軸承(14)；所述直支桿(2)為筒狀結構，前端與動態天平(1)通過圓錐面配合，尾部與側滑角機構(16)通過圓錐面配合，傳動軸(7)設置在直支桿(2)內部，傳動軸(7)兩端各設置有安裝槽，彈簧擋圈(12)、彈性墊圈(13)和角接觸軸承(14)設置在所述傳動軸(7)的安裝槽上，用于調整傳動軸(7)的軸向位置和旋轉；傳動軸(7)的頭部通過偏心凸輪(6)連接動態天平(1)，傳動軸(7)的連續旋轉運動轉化為動態天平(1)的往復擺動。3.根據權利要求2所述的一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：側滑角機構(16)包括彎支桿(3)、聯軸器(8)、減速器安裝座(9)、減速器(10)、伺服電機(11)和電機蓋板(4)；彎支桿(3)包括兩個部分，分別為支撐殼體(18)和角度板(19)，角度板(19)位于支撐殼體(18)上，且角度板(19)上分布有多個角度調節孔，支撐殼體(18)為空心圓筒狀，聯軸器(8)、減速器安裝座(9)、減速器(10)和伺服電機(11)依次連接在一起，設置在支撐殼體(18)內部，所述支撐機構(15)的傳動軸(7)通過聯軸器(8)連接減速器(10)；支撐殼體(18)上設置有觀察窗，用于觀察所述傳動軸(7)與減速器(10)的連接。4.根據權利要求3所述的一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：角度板(19)的角度調節范圍為0°～16°。5.根據權利要求3所述的一種用于風洞動導數強迫振動試驗的裝置，其特征在于：所述滾轉角機構(17)一端為U形結構，上面分布有多個連接孔，滾轉角機構(17)裝在側滑角機構(16)的角度板(19)上，通過滾轉角機構(17)上的連接孔與角度板(19)上的角度調節孔配合，進而調整滾轉角機構(17)相對于側滑角機...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫竣利，陳農，
申請(專利權)人：中國航天空氣動力技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11
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