專利名稱：用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)飛行器俯仰與沉浮兩個(gè)剛體自由度的模擬，從而以真實(shí)飛行器為對(duì)象完成風(fēng)洞試驗(yàn)研究。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞試驗(yàn)是研究飛行器特性的重要技術(shù)方法。飛機(jī)在空中飛行，處于自由——自由狀態(tài)，不僅具有彈性模態(tài)，還具有六個(gè)剛體模態(tài)。傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)，主要是針對(duì)飛行器部件(如機(jī)翼)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ投嗖捎酶抗讨О惭b，這樣只能考慮飛行器的彈性模態(tài)，而忽略了飛行器的剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)。另外單純部件的風(fēng)洞試驗(yàn)忽略了飛機(jī)部件間的影響，試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果精度高。而常規(guī)的全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)也有諸多問(wèn)題，如全機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭圃鞆?fù)雜、縮比誤差大、造價(jià)大、懸掛系統(tǒng)會(huì)影響飛機(jī)的繞流流場(chǎng)等。因?yàn)轱w機(jī)是面對(duì)稱的， 半模型可以反映全機(jī)的特性，并且相比全機(jī)模型縮比誤差減少、模型加工工作量減少、造價(jià)低，于是采用全機(jī)半模型的風(fēng)洞試驗(yàn)是未來(lái)全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的一個(gè)趨勢(shì)。而能夠模擬飛機(jī)剛體俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)，用于飛機(jī)半模型風(fēng)洞試驗(yàn)的支持系統(tǒng)將是開(kāi)展全機(jī)半模型風(fēng)洞試驗(yàn)的前提保障。因此，研究和開(kāi)發(fā)用于全機(jī)半模型風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)具有十分重要的工程價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)制作了一種用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)俯仰與沉浮運(yùn)動(dòng)的模擬，從而更加接近飛機(jī)在空中飛行的真實(shí)狀態(tài)，更加有利于通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)飛機(jī)特性的研究。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，用于模擬飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)；平動(dòng)模塊，用于模擬飛機(jī)的沉浮運(yùn)動(dòng)；測(cè)量模塊，用于測(cè)量飛機(jī)模型的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)量；保護(hù)模塊，用于限制飛機(jī)模型的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)范圍以防止飛機(jī)模型轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大和動(dòng)載荷過(guò)大。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)模塊(轉(zhuǎn)臺(tái)軸承模擬飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng))、滑動(dòng)模塊(直線導(dǎo)軌模擬飛機(jī)沉浮運(yùn)動(dòng))、 測(cè)量模塊(角位移計(jì)、線位移計(jì)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可測(cè)量角位移和線位移)、保護(hù)模塊(碟剎和避震器保護(hù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、接口模塊(連接軸連接試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。以上各模塊通過(guò)裝配、 連接組成二自由度支持系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過(guò)連接模塊與飛機(jī)模型連接，共同組成陣風(fēng)減緩風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。本發(fā)明的有益效果包括1.本發(fā)明可以提供俯仰和沉浮兩個(gè)自由度，并且摩擦阻尼小，可以模擬飛行器俯仰和沉浮兩個(gè)自由度放松的邊界狀態(tài)，在一定程度上解決了陣風(fēng)減緩試驗(yàn)中目前無(wú)法考慮剛體運(yùn)動(dòng)影響的難題，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值；2.支持系統(tǒng)可以采集到沉浮和俯仰運(yùn)動(dòng)量，數(shù)據(jù)可以作為試驗(yàn)結(jié)果觀察減緩效果，如果控制需要，可以作為實(shí)時(shí)控制量輸入控制系統(tǒng)。3.本發(fā)明專利中的保護(hù)模塊，可以有效保護(hù)試驗(yàn)飛機(jī)模型的安全。4.本發(fā)明專利可以實(shí)現(xiàn)多種支承狀態(tài)的變化?？梢詫?shí)現(xiàn)固支、單俯仰放松、單沉浮放松和俯仰沉浮都放松的支持狀態(tài)。5.本發(fā)明專利的接口模塊可以更換設(shè)計(jì)，這樣可以滿足不同的風(fēng)洞環(huán)境和試驗(yàn)飛機(jī)模型的需要，此二自由度支持系統(tǒng)重復(fù)利用性好。6.本發(fā)明專利的接口模塊設(shè)計(jì)考慮到試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖呔€問(wèn)題，采用空心軸，試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袀鞲衅骱碗姍C(jī)的連接線都可以從連接軸的中孔引出。7.本發(fā)明專利中的轉(zhuǎn)動(dòng)量，因?yàn)榭紤]了走線問(wèn)題，俯仰運(yùn)動(dòng)量不是直接從轉(zhuǎn)動(dòng)軸測(cè)出，而是通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，于另一轉(zhuǎn)輪測(cè)出，于是真正的俯仰運(yùn)動(dòng)量，需要通過(guò)傳感器測(cè)量值除去傳動(dòng)比得到。


圖1是二自由度支持系統(tǒng)模型圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)模塊3是平動(dòng)模塊4是測(cè)量模塊5A-5C是保護(hù)模塊6是接口模塊圖。附圖符號(hào)說(shuō)明1-線位移計(jì) 2-軸 3-傳動(dòng)帶4-小車平臺(tái)5-轉(zhuǎn)輪6-角度計(jì) 7-避震器基座 8-避震器9-滑塊10-轉(zhuǎn)臺(tái)軸承 11-直線導(dǎo)軌12-基座13-剎車片14-碟剎
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，為一個(gè)二自由度支撐系統(tǒng)的軸測(cè)視圖，其中根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括轉(zhuǎn)動(dòng)模塊(圖2)、平動(dòng)模塊(如圖3示)、測(cè)量模塊(如圖4示)、保護(hù)模塊(如圖5 示)和接口模塊(如圖6示)。如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)動(dòng)模塊包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，該轉(zhuǎn)動(dòng)副包括轉(zhuǎn)臺(tái)軸承(10)和小車平臺(tái)G)，用于模擬飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)軸承摩擦阻尼力矩小，并能夠承受軸向和徑向載荷。如圖1和3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平動(dòng)模塊包括兩根直線導(dǎo)軌(11)和諸如四個(gè)滑塊(9)，它們構(gòu)成滑動(dòng)副，可實(shí)現(xiàn)小車平臺(tái)(4)的平動(dòng)，用于模擬飛機(jī)的沉浮運(yùn)動(dòng)。如圖1和圖4所示，測(cè)量模塊包括角位移計(jì)(6)和線位移計(jì)(1)，分別用來(lái)測(cè)量飛機(jī)模型的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)量。飛機(jī)模型的俯仰運(yùn)動(dòng)量與軸( 的轉(zhuǎn)動(dòng)量是相同的，但是，為了走線，軸(2)被設(shè)計(jì)成空心的，角位移計(jì)不易與軸同軸安裝，于是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用包括軸O)、傳動(dòng)帶(3)、轉(zhuǎn)輪(5)和角位移計(jì)(6)的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，間接地測(cè)量出俯仰運(yùn)動(dòng)量，其中俯仰運(yùn)動(dòng)量=測(cè)量值/傳動(dòng)比。飛機(jī)模型的沉浮運(yùn)動(dòng)量，通過(guò)線位移計(jì)(1) 的拉線長(zhǎng)短變化可以測(cè)出，其一個(gè)具體實(shí)施方式
是，線位移計(jì)(1)殼體固定在不動(dòng)的基座 (12)上，線位移計(jì)(1)的拉線連接在平動(dòng)的小車上，當(dāng)小車(4)平動(dòng)時(shí)，拉線長(zhǎng)短發(fā)生變化， 從而獲得沉浮運(yùn)動(dòng)量。如圖1和圖5A-5C所示，保護(hù)模塊包括碟剎裝置和避震器(8)。制動(dòng)時(shí)，碟剎(14) 抱合剎車片(13)，從而限制轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以防止飛機(jī)模型轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大，碰到風(fēng)洞壁。每根直線導(dǎo)軌(11)兩端都裝有避震器(8)，其可限制小車(4)平動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍，另外避震器(8)可有效減少?zèng)_擊載荷，從而保護(hù)飛機(jī)模型。圖1和圖6所示，軸⑵一端與轉(zhuǎn)臺(tái)軸承(10)連接，一端與飛機(jī)模型連接。接口模塊可以根據(jù)風(fēng)洞安裝條件和試驗(yàn)?zāi)Ｐ托枰M(jìn)行更換，其他模塊重復(fù)利用性好。
權(quán)利要求
1.一種用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，用于模擬飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)；平動(dòng)模塊，用于模擬飛機(jī)的沉浮運(yùn)動(dòng)；測(cè)量模塊，用于測(cè)量飛機(jī)模型的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)量；保護(hù)模塊，用于限制飛機(jī)模型的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)范圍以防止飛機(jī)模型轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大和動(dòng)載荷過(guò)大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)動(dòng)模塊包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述轉(zhuǎn)動(dòng)副包括轉(zhuǎn)臺(tái)軸承(10)和小車平臺(tái)G)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于平動(dòng)模塊包括一個(gè)滑動(dòng)副，所述滑動(dòng)副包括兩根直線導(dǎo)軌(11)和多個(gè)滑塊(9)，可實(shí)現(xiàn)所述小車平臺(tái)(4)的平動(dòng)，從而模擬飛機(jī)的沉浮運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于測(cè)量模塊包括角位移計(jì)(6)，用來(lái)測(cè)量飛機(jī)模型的俯仰運(yùn)動(dòng)量，線位移計(jì)(1)，用來(lái)測(cè)量飛機(jī)模型的沉浮運(yùn)動(dòng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于利用包括軸O)、傳動(dòng)帶(3)、轉(zhuǎn)輪( 和角位移計(jì)(6)的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，間接地測(cè)量出所述俯仰運(yùn)動(dòng)量，其中所述俯仰運(yùn)動(dòng)量=測(cè)量值/傳動(dòng)比。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)線位移計(jì)(1)的拉線長(zhǎng)短變化，測(cè)出飛機(jī)模型的沉浮運(yùn)動(dòng)量，其中線位移計(jì)(1)的殼體被固定在一個(gè)不動(dòng)的基座(12)上，線位移計(jì)(1)的拉線連接在平動(dòng)的所述小車平臺(tái)(4)上，當(dāng)小車平臺(tái)(4)平動(dòng)時(shí)，拉線長(zhǎng)短發(fā)生變化，從而獲得沉浮運(yùn)動(dòng)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于所述保護(hù)模塊包括碟剎裝置，避震器⑶；其中在制動(dòng)時(shí)，碟剎(14)抱合剎車片(13)，從而限制轉(zhuǎn)臺(tái)軸承(10)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以防止飛機(jī)模型轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于每根直線導(dǎo)軌(11)的兩端都裝有避震器(8)，用于限制小車平臺(tái)(4)平動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍，并且避震器(8)具有緩沖作用，能夠有效減小飛機(jī)模型的動(dòng)載荷，從而保護(hù)飛機(jī)模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于所述軸O)的一端與轉(zhuǎn)臺(tái)軸承(10)連接，另一端與飛機(jī)模型連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的二自由度支持系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)接口模塊，用于根據(jù)風(fēng)洞安裝條件和試驗(yàn)?zāi)Ｐ托枰M(jìn)行更換，以提高其他模塊的重復(fù)利用性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二自由度支持系統(tǒng)，用于飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)。整個(gè)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)模塊(轉(zhuǎn)臺(tái)軸承模擬飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng))、平動(dòng)模塊(直線導(dǎo)軌模擬飛機(jī)沉浮運(yùn)動(dòng))、測(cè)量模塊(角位移計(jì)和線位移計(jì)測(cè)量角位移和線位移)、保護(hù)模塊(碟剎和避震器限位保護(hù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、接口模塊(軸連接試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。此系統(tǒng)通過(guò)連接模塊與飛機(jī)模型連接，可以提供俯仰和沉浮兩個(gè)自由度，用于模擬飛機(jī)飛行的俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)；角位移計(jì)和線位移計(jì)能夠測(cè)量攻角和沉浮位移；碟剎制動(dòng)裝置可以限制飛機(jī)模型的俯仰運(yùn)動(dòng)，避震器用來(lái)限制飛機(jī)模型沉浮位移，并能夠減小沖擊載荷，從而保護(hù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 文檔編號(hào)G01M9/04GK102175420SQ20111002697
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者吳志剛, 楊超, 王立波, 韓鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)