一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构，包括作动机构底座、作动机构挡盘、天平支杆，作动机构底座和作动机构挡盘通过双头螺栓连接在一起，作动机构底座和作动机构挡盘之间安装压电堆作动器，天平支杆的尾部锥面与作动机构挡盘底座的锥孔配合，并通过压盖固定在作动机构挡盘底座上。本发明专利技术将压电堆作动器的轴向振动放大转化为天平支杆自由端的俯仰振动和偏航振动，或者二者的耦合振动，采用主动控制策略，能够有效地减少模型端由于风载激励产生的振动响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种振动主动控制机构。
技术介绍
风洞试验一般采用尾撑方式，试验模型通过内置式天平、天平支杆固定安装于中间支架，中间支架安装在风洞试验段的后部，构成的试验模型系统是一个典型的悬臂式结构。在风洞试验过程中，受非定常气动力的作用，悬臂式的试验模型系统会产生低阶的模态振动，而试验模型由于位于悬臂结构的自由端，其振动的幅值最大。大幅的低频振动除了会危害气动试验数据的精准度，还会导致试验模型系统的疲劳破坏。因此，如何有效地控制试验模型由于风载激励产生的低频振动是工程技术人员十分关注的问题。风洞模型振动控制分为主动和被动两种方式，但被动的方法只能针对特定的工况进行控制、减振效果不理想。因此，采用适应性较强的振动主动控制技术是目前比较具有工程实用价值的技术途径。现有用于风洞模型主动抑振的作动机构主要采用惯性式电磁作动器或压电陶瓷作动器。如陈卫东，邵敏强，杨兴华等，跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究，振动工程学报，2007，20(1)：91-96描述了基于惯性式电磁激振器的风洞模型主动减振系统，取得了70％以上的主动减振效果，但是这种作动方式将作动机构直接装载于试验模型的内结构空腔，因此不同的试验模型需要分别考虑作动机构设计和安装问题。同时由于受安装空间的限制，惯性式电磁激振器的作动能力受限，无法满足有些场合大幅值振动控制的要求；而FehrenH,GnauertU,WimmelR,ValidationtestingwiththeactivedampingsystemintheEuropeanTransonicWindTunnel,AIAA2001-0610(FehrenH等，欧洲跨声速风洞主动阻尼系统的有效性验证试验，AIAA2001-0610)、BalakrishnaS,HouldenH,ButlerDH,andWhiteR,Developmentofawindtunnelactivevibrationreductionsystem,AIAA2007-961(BalakrishnaS等，风洞主动抑振系统的进展，AIAA2007-961)和BalakrishnaS&ButlerDH,AchesonMJ,WhiteR,DesignandperformanceofanactivestingdamperfortheNASAcommonresearchmodel,AIAA2011-953(BalakrishnaS等，NASA常用研究模型的主动支杆阻尼的设计及性能，AIAA2011-953)中描述的主动抑振系统，都采用压电陶瓷作动器，通过作动机构的结构设计将压电堆作动器的轴向运动放大并转变成试验模型的俯仰和偏航运动，这样主动地调节压电陶瓷组件的驱动电压可以控制试验模型的俯仰/偏航振动响应。这种作动机构结构紧凑，可以安装在天平支杆的首端或尾部，无需针对不同的试验模型进行专门地结构设计，但缺点是无法对试验模型的俯仰和偏航振动进行解耦控制，不同压电陶瓷组件之间工作时会互相影响，控制系统复杂、稳定性和可靠性受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供使试验模型分别产生俯仰振动和偏航振动，或者二者的耦合振动，与风载激励作用在试验模型上引起的振动响应相抵消，达到主动抑振目的的一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构，其特征是：包括作动机构底座、作动机构挡盘、天平支杆，作动机构底座和作动机构挡盘通过双头螺栓连接在一起，作动机构底座和作动机构挡盘之间安装压电堆作动器，压电堆作动器通过双头螺栓产生的预紧力被预压，天平支杆的尾部锥面与作动机构挡盘底座的锥孔配合，并通过压盖固定在作动机构挡盘底座上，两个半球形罩壳覆盖在作动机构底座外部，两个半圆锥形压盖罩壳与两个半圆柱形挡盘罩壳覆盖在作动机构挡盘底座与压盖连接位置，两个半圆柱形底座罩壳覆盖于作动机构底座表面并搭接在作动机构挡盘上。本专利技术还可以包括：1、两个限位块通过内六角螺钉固定在作动机构挡盘斜对称的两个扇形质量块背面，所述压电堆作动器有八个，八个压电堆作动器作为驱动力源两两一组对称布置在作动机构底座与作动机构挡盘之间形成的四个方形槽内，分别形成俯仰压电陶瓷组件和偏航压电陶瓷组件。2、作动机构挡盘与压电堆作动器接触的圆盘被分割成互相独立且对称的八个质量块，通过每个质量块后面的方台与作动机构挡盘底座连接。3、两个半圆柱形底座罩壳与作动机构挡盘之间留有间隙。本专利技术的优势在于：1.本专利技术通过结构设计，将压电堆作动器的轴向振动放大转化为天平支杆自由端的俯仰振动和偏航振动，或者二者的耦合振动，采用主动控制策略，能够有效地减少模型端由于风载激励产生的振动响应；2.本专利技术中挡盘结构与压电堆作动器接触的圆盘被分割成互相独立且对称的八个质量块，通过每个质量块后面的方台(铰链)与挡盘底座即天平支杆及试验模型连接。位于互相垂直的两条中心线上的四个质量块用来安装压电堆作动器，上下对称布置的压电陶瓷组件控制俯仰振动，左右对称布置的压电陶瓷组件控制偏航振动，从而可以使控制俯仰和偏航振动的两组压电陶瓷组件的运动解耦，实现俯仰和偏航振动的解耦控制；3.为了保证主动抑振功能的实现，本专利技术采用压电堆作动器作为主动抑振作动机构的驱动力源，其输出力大，位置控制精确，控制俯仰和偏航的压电陶瓷组件在挡盘处接触的四个质量块互相独立，所以两个组件之间的相互影响和制约完全消除，保证了系统的稳定性和可靠性；4.本专利技术将八个压电堆作动器布置在底座与挡盘形成的方形槽内，中间的空间用来走线，有效地利用了空间，整个结构更加紧凑；5.在挡盘斜对称的两个扇形质量块背面安装两个限位块，可以保证试验模型振动位移过大时压电堆作动器不会遭到破坏。附图说明图1为本专利技术的三维爆炸图；图2为本专利技术的作动机构底座结构示意图；图3为本专利技术的作动机构挡盘结构示意图；图4为本专利技术的作动机构挡盘铰链位置处径向截面图；图5为本专利技术工作原理示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-5，本专利技术的主动抑振作动机构的底座2通过加工形成四个对称布置的扇形支柱，扇形柱面与挡盘5左端的四个扇形质量块e一一对应，通过四个双头螺栓1连接，这样在底座2扇形支柱根部平面与挡盘5左端两条互相垂直中心线上的四个质量块a之间形成上下、左右分别对称的四个方形槽，八个压电堆作动器3两两一组，安装在方形槽内，通过四个双头螺栓1施加预紧力，使所有的压电堆作动器3处于受压状态。上下对称的压电陶瓷组件针对试验模型的俯仰振动进行控制，称为俯仰压电陶瓷组件；左右对称的压电陶瓷组件针对试验模型的偏航振动进行控制，称为偏航压电陶瓷组件。挡盘5上与压电堆作动器3接触的四个质量块a与挡盘5底座d之间的连接加工成四个小的长方柱体c见图4，压电陶瓷组件工作时，传递压电陶瓷轴向作动力的同时，会使挡盘5底座d分别绕这个四个长方柱体c的长边旋转，使固定安装在挡盘5底座d上的天平支杆7产生俯仰和偏航振动；挡盘5与执行机构底座2四个扇形支柱连接的四个扇形质量块e与挡盘5底座d的连接加工成四个正方柱体b见图4。天平支杆7尾部锥面与挡盘5底座d的锥孔进行研配，并用压盖6通过八个内六角螺钉与挡盘5压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构，其特征是：包括作动机构底座、作动机构挡盘、天平支杆，作动机构底座和作动机构挡盘通过双头螺栓连接在一起，作动机构底座和作动机构挡盘之间安装压电堆作动器，压电堆作动器通过双头螺栓产生的预紧力被预压，天平支杆的尾部锥面与作动机构挡盘底座的锥孔配合，并通过压盖固定在作动机构挡盘底座上，两个半球形罩壳覆盖在作动机构底座外部，两个半圆锥形压盖罩壳与两个半圆柱形挡盘罩壳覆盖在作动机构挡盘底座与压盖连接位置，两个半圆柱形底座罩壳覆盖于作动机构底座表面并搭接在作动机构挡盘上。

【技术特征摘要】
1.一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构，其特征是：包括作动机构底座、作动机构挡盘、天平支杆，作动机构底座和作动机构挡盘通过双头螺栓连接在一起，作动机构底座和作动机构挡盘之间安装压电堆作动器，压电堆作动器通过双头螺栓产生的预紧力被预压，天平支杆的尾部锥面与作动机构挡盘底座的锥孔配合，并通过压盖固定在作动机构挡盘底座上，两个半球形罩壳覆盖在作动机构底座外部，两个半圆锥形压盖罩壳与两个半圆柱形挡盘罩壳覆盖在作动机构挡盘底座与压盖连接位置，两个半圆柱形底座罩壳覆盖于作动机构底座表面并搭接在作动机构挡盘上。2.根据权利要求1所述的一种应用于风洞模型振动解耦控制的主动抑振作动机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铁军，黄迪，李新辉，朱明刚，刘志刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23