一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，包括动态天平、支撑机构、侧滑角机构和滚转角机构。动态天平通过支撑机构连接到侧滑角机构上，滚转角机构也连接到侧滑角机构上，且通过侧滑角机构和滚转角机构之间的配合调整侧滑角机构和滚转角机构之间的相对位置和角度，满足不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试需求。本发明专利技术可以在定频或扫频模式下，由伺服电机输出扭矩带动传动轴进行连续旋转运动，通过偏心凸轮与动态天平的凹槽配合，完成运动形式转换，实现简谐强迫振动。本发明专利技术结构合理紧凑，具有法向承载大、精度高等优点，在航天航空领域有重大应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置
本专利技术涉及一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，属于风洞测试
技术介绍
在进行飞行控制系统设计与飞行器动态品质分析时，气动力和力矩以气动导数形式出现，即静、动稳定导数，由于产生机理复杂，通常利用强迫振动风洞试验获取上述参数。动导数风洞试验利用模型振荡来模拟飞行器的刚体运动模态来得到动导数。随着高速飞机、导弹、火箭和再入飞行器的发展，飞行品质和动稳定性问题越来越被重视，动导数试验也变得越来越重要。特别是超音速、高超音速范围以及大幅度扰动和大范围机动条件下的试验和测量技术，故此整个强迫振动试验装置有必要进行优化设计。根据新型面对称飞行器的风洞试验任务要求，一方面飞行器法向载荷大，要解决载荷与刚度匹配问题，研制新型强迫振动试验技术以形成面对称飞行器的动态试验能力。另一方面，要求同时精确测量飞行器的静导数与动导数。目前的强迫振动试验装置法向载荷承载能力不高，扭矩输出部件安装和固定不理想，在试验精度上有所不足，同时也缺少实现试验攻角、侧滑角和滚转角叠加的能力。新型面对称飞行器的特点主要是法向载荷远大于横向载荷，为此，需要一种新型强迫振动试验装置来解决上述问题，能够进行这一类飞行器的动态风洞试验。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置。采用独特的设计思路和结构形式来增加支撑机构的刚度和承载能力，确保试验振动频率和振幅可控精确，实现确定频率、振幅的高精度简谐强迫振动。本专利技术的技术解决方案是：一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，包括：动态天平、支撑机构、侧滑角机构和滚转角机构，动态天平通过支撑机构连接到侧滑角机构上，滚转角机构也连接到侧滑角机构上，且通过侧滑角机构和滚转角机构之间的配合调整侧滑角机构和滚转角机构之间的相对位置和角度，实现不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试。支撑机构包括：直支杆、偏心凸轮、传动轴、弹簧挡圈、弹性垫圈和角接触轴承；直支杆为筒状结构，前端与动态天平通过圆锥面配合，尾部与侧滑角机构通过圆锥面配合；传动轴设置在直支杆内部，传动轴两端各设置有安装槽，弹簧挡圈、弹性垫圈和角接触轴承设置在传动轴的安装槽上，用于调整传动轴的轴向位置和旋转；传动轴的头部通过偏心凸轮连接动态天平，传动轴的连续旋转运动转化为动态天平的往复摆动。侧滑角机构包括：弯支杆、联轴器、减速器安装座、减速器、伺服电机和电机盖板；弯支杆包括两个部分，分别为支撑壳体和角度板，角度板位于支撑壳体上，且角度板上分布有多个角度调节孔，支撑壳体为空心圆筒状，联轴器、减速器安装座、减速器和伺服电机依次连接在一起，设置在支撑壳体内部，支撑机构的传动轴通过联轴器连接减速器；支撑壳体上设置有观察窗，用于观察所述传动轴与减速器的连接。角度板的角度调节范围为0°～16°。滚转角机构一端为U形结构，上面分布有多个连接孔，滚转角机构装在侧滑角机构的角度板上，通过滚转角机构上的连接孔与角度板上的角度调节孔配合，进而调整滚转角机构相对于侧滑角机构的位置和角度；滚转角机构的另一端在径向上以30°、45°、60°和90°的角度设置键槽，与风洞弯刀配合后，实现不同的滚转角。动态天平、支撑机构与侧滑角机构处于同一轴线上。动态天平包括：俯仰天平内芯、俯仰天平外壁、转轴、应变梁、压紧螺钉、滑动轴承；俯仰天平内芯包括头部圆锥面段、变截面梁、配合段和驱动梁，变截面梁用于测量五分量气动载荷，配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔，俯仰天平外壁为筒状结构，包括空心配合段和尾部圆锥面段，空心配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔；俯仰天平内芯设置在俯仰天平外壁内部，滑动轴承套在转轴外部，且穿过俯仰天平外壁和俯仰天平内芯上的圆形通孔，将俯仰天平外壁和俯仰天平内芯配合在一起，应变梁穿过俯仰天平外壁和俯仰天平内芯上的矩形通孔，用于测量俯仰天平内芯的转角；压紧螺钉将应变梁和转轴固定在俯仰天平外壁上。俯仰天平内芯的驱动梁位于俯仰天平外壁的空心配合段内部，且空心配合段的内径大于驱动梁的最大径向尺寸，空心配合段的内径比驱动梁的最大径向尺寸大至少10mm，俯仰天平内芯绕转轴转动，旋转幅度不小于1°，俯仰天平内芯的头部圆锥面段为1:10圆锥面，俯仰天平外壁的尾部圆锥面段为1:10圆锥面。俯仰天平内芯的驱动梁尾部端面上设置有凹槽，用于驱动俯仰天平内芯绕转轴旋转，实现俯仰简谐运动；俯仰天平内芯变截面梁的校准中心与转轴的中心重合，作为测量基准。俯仰天平内芯的变截面梁为弹性段，最大分别承受10000N法向力和120Nm俯仰力矩载荷，俯仰天平外壁的最大直径小于51mm，滑动轴承采用高铜合金镶嵌固体润滑轴承。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术提高了强迫振动装置的载荷承受能力，可以承受较大法向载荷；(2)本专利技术技术方案中，可以有效固定减速器、伺服电机等扭矩输出装置，避免装置的振动影响输出效果，提高试验精度；(3)可以实现风洞弯刀调节攻角，侧滑角机构改变侧滑角以及滚转角机构给定滚转角，满足不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试需求。(4)本专利技术提出了独特的动态俯仰天平设计思想，突破了传统前后串联式天平的设计方法，使得动态天平整体体积小，减小了天平直径，内外组合式结构则缩短了天平长度，天平变形小，提高了天平的刚度和承载能力。(5)本专利技术技术方案中，动态天平校准中心与转轴重合，提高了动态天平测量的精度。动态天平的应变梁可独立拆装。在地面调试中仅需要更改应变梁的厚度来匹配模型载荷即可，无需重复拆卸，有效提升试验效率。(6)本专利技术采用模块化的形式进行组合，将风洞模型、动态天平和支撑机构等进行串联，根据不同需求更换模型和动态天平测量元件即可，使装置更具有通用性。相对于现有的技术，本专利技术的试验精度更高，装配难度更低。本专利技术可以广泛应用于大载荷风洞试验中，具有良好的实用性和推广价值。附图说明图1为本专利技术的用于风洞动导数强迫振动装置的结构示意图；图2为图1的支撑机构的结构示意图；图3为图1的侧滑角机构的零件组成示意图；图4为图1的滚转角机构结构示意图；图5为图1的动态天平的结构示意图；图6为图5的剖视图；图7为图5的零件组成示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。新型面对称飞行器的风洞试验任务一方面要求形成面对称飞行器的动态试验能力来解决载荷与刚度匹配问题，同时能够精确测量飞行器的静导数与动导数。本专利技术提出了一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，提升了法向载荷承受能力和试验测量精准度，同时可以满足不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试需求。如图1所示，本专利技术提出了一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，包括：动态天平1、支撑机构15、侧滑角机构16和滚转角机构17，动态天平1通过支撑机构15连接到侧滑角机构16上，滚转角机构17也连接到侧滑角机构16上，且通过侧滑角机构16和滚转角机构17之间的配合调整侧滑角机构16和滚转角机构17之间的相对位置和角度，实现不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试。如图2所示，支撑机构15包括：直支杆2、偏心凸轮6、传动轴7、弹簧挡圈12、弹性垫圈13和角接触轴承14；直支杆2为筒状结构，前端与动态天平1通过圆锥面配合，尾部与侧滑角机构16通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：包括动态天平(1)、支撑机构(15)、侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)，动态天平(1)通过支撑机构(15)连接到侧滑角机构(16)上，滚转角机构(17)也连接到侧滑角机构(16)上，且通过侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)之间的配合调整侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)之间的相对位置和角度，实现不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试。
【技术特征摘要】
1.一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：包括动态天平(1)、支撑机构(15)、侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)，动态天平(1)通过支撑机构(15)连接到侧滑角机构(16)上，滚转角机构(17)也连接到侧滑角机构(16)上，且通过侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)之间的配合调整侧滑角机构(16)和滚转角机构(17)之间的相对位置和角度，实现不同攻角、侧滑角和滚转角工况下的试验测试。2.根据权利要求1所述的一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：所述支撑机构(15)包括直支杆(2)、偏心凸轮(6)、传动轴(7)、弹簧挡圈(12)、弹性垫圈(13)和角接触轴承(14)；所述直支杆(2)为筒状结构，前端与动态天平(1)通过圆锥面配合，尾部与侧滑角机构(16)通过圆锥面配合，传动轴(7)设置在直支杆(2)内部，传动轴(7)两端各设置有安装槽，弹簧挡圈(12)、弹性垫圈(13)和角接触轴承(14)设置在所述传动轴(7)的安装槽上，用于调整传动轴(7)的轴向位置和旋转；传动轴(7)的头部通过偏心凸轮(6)连接动态天平(1)，传动轴(7)的连续旋转运动转化为动态天平(1)的往复摆动。3.根据权利要求2所述的一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：侧滑角机构(16)包括弯支杆(3)、联轴器(8)、减速器安装座(9)、减速器(10)、伺服电机(11)和电机盖板(4)；弯支杆(3)包括两个部分，分别为支撑壳体(18)和角度板(19)，角度板(19)位于支撑壳体(18)上，且角度板(19)上分布有多个角度调节孔，支撑壳体(18)为空心圆筒状，联轴器(8)、减速器安装座(9)、减速器(10)和伺服电机(11)依次连接在一起，设置在支撑壳体(18)内部，所述支撑机构(15)的传动轴(7)通过联轴器(8)连接减速器(10)；支撑壳体(18)上设置有观察窗，用于观察所述传动轴(7)与减速器(10)的连接。4.根据权利要求3所述的一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：角度板(19)的角度调节范围为0°～16°。5.根据权利要求3所述的一种用于风洞动导数强迫振动试验的装置，其特征在于：所述滚转角机构(17)一端为U形结构，上面分布有多个连接孔，滚转角机构(17)装在侧滑角机构(16)的角度板(19)上，通过滚转角机构(17)上的连接孔与角度板(19)上的角度调节孔配合，进而调整滚转角机构(17)相对于侧滑角机...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙竣利，陈农，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。