适用于低温和低气压风洞风场的品质测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置，主要包括安装支架、测量架、转动机构和保温罩，安装支架固定在风洞试验段的一截面上，其中若干风场参数测量传感器按照一定的排列方式和位置要求布置在测量架上，测量架设置在转动机构上，保温罩设置在测量架与转动机构之间，用来对转动机构进行控温，使其保持在合适的工作温度，在转动机构的驱动下，若干风场参数测量传感器随测量架的转动而转动，测量同一截面各处的风场参数。该装置转动角度控制精度优于0.5°，转动角度范围0°～360°，具有对风场均匀性影响小，占用的测量通道资源少，角度控制精度高的特点，解决了在低温、低气压下对试验风洞风场品质的评估和调试，使风场环境真实模拟试验要求，满足了相关航天航空型号的需求。

A Quality Testing Device for Wind Field in Low Temperature and Low Pressure Wind Tunnels

The invention discloses a wind field quality testing device suitable for low-temperature and low-pressure wind tunnels, which mainly comprises a mounting bracket, a measuring bracket, a rotating mechanism and a heat preservation cover. The mounting bracket is fixed on a section of the wind tunnel test section. Several wind field parameter measuring sensors are arranged on the measuring bracket according to certain arrangement and position requirements, and the measuring bracket is arranged on the rotating mechanism. The thermal insulation cover is set between the measuring frame and the rotating mechanism to control the temperature of the rotating mechanism so as to keep it at an appropriate working temperature. Driven by the rotating mechanism, some wind field parameters measuring sensors rotate with the rotating of the measuring frame to measure the wind field parameters at different parts of the same cross-section. The rotating angle control accuracy of the device is better than 0.5 and the rotating angle range is 0 ~360. It has the characteristics of little influence on the uniformity of wind field, less resources of measuring channels and high accuracy of angle control. It solves the evaluation and debugging of the wind field quality of the test wind tunnel under low temperature and low pressure, makes the wind field environment real simulation test requirements, and meets the requirements of relevant aerospace models.

【技术实现步骤摘要】
适用于低温和低气压风洞风场的品质测试装置
本专利技术属于航天器、航空器地面试验
，具体涉及到一种在地面模拟低温和低气压的风速环境时，通过在该装置上布置风温、风速等传感器实现低温、低气压风洞风场品质的测试。
技术介绍
随着我国航天任务的发展，火星等其他地外行星的探测已经逐步开展，为了达到对着陆器、巡视器等星表航天器的全面验证及模型修正等目的，需要将航天器安装在能够提供低温、低气压环境的风洞进行充分的环境考核，即要求风洞对星表环境进行温度、压力、风速的复合模拟。为提高风洞模拟精度，在试验前，需要对风洞提供的风场品质进行综合测试和评估。风洞风场品质主要用来说明风洞试验段中模型区流场优劣的程度，即风洞试验段内的气流参数在时间和空间上的均匀程度。目前风场品质测试主要对风洞同一截面各点的温度、压力、风速等参数进行测量来评估该截面的均匀性。测试时需要在同一截面不同位置布置测量传感器进行气流参数测量，原理上来说，测点布置越多，均匀性测量的准确度越高，但传感器布置得越多，对流场的阻挡也越大，势必会对风洞截面的均匀性造成的影响越大。而且测量传感器布置的多，占用的测量通道资源也越多，使测试系统更加复杂。因此，为了实现低温、低气压风洞风场品质的测试，需要设计一套适应于低温、低气压环境的风场品质测试装置，能够对风洞试验段的气体参数均匀性进行有效地测量，该装置对风场影响小，占用的测量通道资源少，能够较真实的反应风洞在同一截面的风场均匀性。在火星等星表航天器型号正式试验前，通过该装置对试验风洞风场品质进行评估和调试，使风场环境真实模拟火星等星表状态，对提高试验精度和试验水平具有积极的现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在低气压、低温条件下提供一套风场品质测试装置，能够对风洞试验段的气体参数均匀性进行有效地测量，该装置对风场均匀性影响小，占用的测量通道资源少，能够较真实地反应风洞在同一截面的风场均匀性。本专利技术的风场品质测试装置能满足火星等其他地外行星探测器、平流层飞艇等测试、试验用试验风洞风场品质进行评估和调试，并兼具一定的扩展能力。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置，主要包括安装支架、测量架、转动机构和保温罩，安装支架固定在风洞试验段的一截面上，其中若干风场参数测量传感器按照一定的排列方式和位置要求布置在测量架上，测量架设置在转动机构上，保温罩设置在测量架与转动机构之间，用来对转动机构进行控温，使其保持在合适的工作温度，在转动机构的驱动下，若干风场参数测量传感器随测量架的转动而转动，测量同一截面各处的风场参数。其中，所述截面为进风口截面。其中，转动机构由步进电机、谐波减速机、传动轴、轴承、齿轮、旋转变压器、控制系统组成，提供转动力矩并能精确调节记录转动角度。其中，保温罩用来对转动机构的步进电机、传动部件、旋转变压器进行控温，使其保持在合适的工作温度。其中，安装支架与测量架在满足强度的基础上，选用直径小的圆管或迎风面小的流线型结构，减小对流场的阻挡。其中，测量架为“十字形”或“一字形”形状，中心位置与转动机构的转动轴连接。其中，通过若干风场参数传感器测得各位置状态下的温度、压力、风速参数，并通过分别与其电连接的控制系统记录位置信息及各路传感器测量数据。进一步地，转动机构的步进电机、传动轴、轴承等部件的润滑介质为无油固体润滑；进一步地，转动机构采用谐波减速机，且主要部分安装在背风面；进一步地，针对低温和低气压流场环境，采用薄膜加热器与多层隔热组件制作的保温罩进行温控；进一步地，通过转动机构的旋转变压器实时测得测量架的转动角度，旋转变压器安装在转轴上，用于低温、低气压流场环境中，转动机构的控制系统的解码器放置在风洞外，不受低温、低气压环境影响；进一步地，转动机构控制系统的控制箱位于风洞外，两者之间通过穿墙电缆连接，控制箱通过网络与上位机连接；进一步地，上位机设定旋转方向、转速和位置，PLC按照上位机的设定，输出高低电平信号和脉冲信号给驱动器。高低电平信号控制电机的正反转。脉冲频率对应转速，脉冲数对应位置。从而控制步进电机按照设定方向和速度进行旋转，最后停止在设定位置。旋转时，角度传感器实时监测转轴的实际位置，与设定位置进行比较，检测是否到达设定位置。本专利技术的适用于低温、低气压风洞风场品质测试装置通过测量架转动带动安装在其上的参数测量传感器测量同一截面各处的风场参数，该装置转动角度控制精度优于0.5°，转动角度范围0°～360°，能够实现单个传感器在同一圆周不同角度下的参数测量，具有对风场均匀性影响小，占用的测量通道资源少，角度控制精度高的特点，能够较真实的反应风洞在同一截面的风场均匀性。解决了在低温、低气压下对试验风洞风场品质的评估和调试，使风场环境真实模拟试验要求，满足了相关型号的需求。附图说明图1a是本专利技术的适用于低温、低气压风洞风场品质测试装置的正视图；图1b是本专利技术的适用于低温、低气压风洞风场品质测试装置的俯视图；图中，1、测量架；2、安装支架；3、转动机构；4、保温罩。图2是本专利技术的适用于低温、低气压风洞风场品质测试装置中转动机构主要部分结构示意图；图中，5、步进电机；6、谐波减速机；7、圆锥滚子轴承；8、轴承室；9、传动轴；10、齿轮1；11、齿轮2；12、旋转变压器；13、测量架安装法兰。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的适用于低温、低气压风洞风场品质测试装置进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本专利技术的保护范围进行任何限制。参见图1，图1a是本专利技术的适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置的正视图，图1b是是本专利技术的适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置的俯视图，其中，本专利技术的装置主要包括安装支架2、测量架1、转动机构3和保温罩4。该装置通过安装支架2固定在风洞试验段某截面上，一般安装在进风口截面，其中若干个风场参数测量传感器按照一定的排列方式如等间距排列的方式及位置要求布置在测量架1上，图中所示的测量架1为十字形，测量架1安装在转动机构3上，在转动机构3的驱动下，若干个测量传感器随测量架1转动而转动，测量同一截面中分布在不同圆周上的各处风场参数。安装支架2与测量架1在满足强度的基础上，尽选用直径5cm的圆管，减小对流场的阻挡。在测量架1与转动机构3之间设置保温罩4,保温罩4用来对转动机构3的步进电机、传动部件、旋转变压器进行控温，使其保持在合适的工作温度。参见图2，图2是本专利技术装置中转动机构主要部分的结构示意图，转动机构由步进电机5、谐波减速机6、传动轴9、轴承7、齿轮一10和齿轮二11、旋转变压器12、控制系统以及测量架安装法兰13等组成，转动机构为测量架提供转动力矩并能精确调节记录转动角度。其中，转动机构由步进电机5、谐波减速机6、传动轴9、轴承7、齿轮一10和齿轮二11、旋转变压器12、控制系统以及测量架安装法兰13等组成，转动机构为测量架提供转动力矩并能精确调节记录转动角度。其中，步进电机5通过谐波减速机6并经过设置在轴承室8内的圆锥滚子轴承7输出力矩到传动轴9上，传动轴9的顶部设置测量架安装法兰13用于与测量架连接。传动轴9转动过程中带动齿轮一10，齿轮一通过齿轮啮合将转动传递给齿轮二11，旋转变压器12将齿轮二转动角度转换为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置，主要包括安装支架、测量架、转动机构和保温罩，安装支架固定在风洞试验段的一截面上，其中若干风场参数测量传感器按照一定的排列方式和位置要求布置在测量架上，测量架设置在转动机构上，保温罩设置在测量架与转动机构之间，用来对转动机构进行控温，使其保持在合适的工作温度，在转动机构的驱动下，若干风场参数测量传感器随测量架的转动而转动，测量同一截面各处的风场参数。

【技术特征摘要】
1.适用于低温和低气压风洞的风场品质测试装置，主要包括安装支架、测量架、转动机构和保温罩，安装支架固定在风洞试验段的一截面上，其中若干风场参数测量传感器按照一定的排列方式和位置要求布置在测量架上，测量架设置在转动机构上，保温罩设置在测量架与转动机构之间，用来对转动机构进行控温，使其保持在合适的工作温度，在转动机构的驱动下，若干风场参数测量传感器随测量架的转动而转动，测量同一截面各处的风场参数。2.如权利要求1所述的风场品质测试装置，其中，所述截面为进风口截面。3.如权利要求1所述的风场品质测试装置，其中，转动机构由步进电机、谐波减速机、传动轴、轴承、齿轮、旋转变压器、控制系统组成，提供转动力矩并能精确调节记录转动角度。4.如权利要求1所述的风场品质测试装置，其中，保温罩用来对转动机构的步进电机、传动部件、旋转变压器进行控温，使其保持在合适的工作温度。5.如权利要求1-4任一项所述的风场品质测试装置，其中，安装支架与测量架在满足强度的基础上，选...

【专利技术属性】
技术研发人员：简亚彬，高庆华，王晶，李西园，王润泽，李天水，洪辰伟，张丽娜，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11