一种转轴式模型铰接固定结构及转轴支撑方法技术

一种转轴式模型铰接固定结构及转轴支撑方法，所述的结构包括：支杆、转轴杆件、两片卡件、两个端部固定螺母；所述的支杆沿径向对称设置两个圆台孔，圆台的上底位于支杆的轴线上；模型径向设置安装通孔，支杆位于模型内部且支杆上的圆台孔与上述安装通孔同轴，转轴杆件位于上述同轴的孔内，两个带有中心圆孔的卡件套在转轴杆件上且置于上述圆台孔和安装通孔内，转轴杆件两端设置螺纹与端部固定螺母配合保证两个卡件顶紧并使得模型只有绕转轴杆件转动的自由度。本发明专利技术可以更准确地进行模型振动模态的模拟，从而实现提高试验精度、增加风洞试验模拟的准确性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种转轴式模型铰接固定结构及转轴支撑方法
本专利技术一种转轴式弹性模型铰接固定结构，属于航天航空工程领域。
技术介绍
在进行一些动态风洞试验时，需要设计模型并对模型进行弹性铰接固定支撑，支撑的位置通常为模型振动的振型节点位置，在节点位置上模型可以发生旋转而不能发生平动。通常情况下，模型弹性支撑的设计方法是：使用细长的薄壁梁结构来实现对弹性铰接点的模拟。现有的模型铰接固定结构存在以下问题：(1)节点位置控制不准确，设计过程中希望做到模型固定套不能平动，而仅仅发生转动。但是在实际模型连接过程中，通过模型固定的是支杆固定套，即仅能保证支杆固定套不发生平动，而无法保证模型固定套不发生平动。(2)节点的扭转中心不准确，设计过程中希望做到模型可以绕着模型固定套发生转动，但是在实际模型连接过程中，转动的中心是节点固定套的根部。(3)在安装静止时刻，由于薄壁量通常比较薄，会在模型重力条件下产生一定弹性变形，这也将影响对模型实际飞行状态的模拟。(4)试验对薄壁梁的厚度设计要求较高，薄壁梁厚度过大，则无法实现对弹性扭转的模拟；薄壁梁厚度过小，则无法达到支撑模型的目的。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种新型的转轴式模型铰接固定结构及转轴支撑方法，可以更准确地进行模型振动模态的模拟，从而实现提高试验精度、增加风洞试验模拟的准确性的目的。本专利技术的技术解决方案是：一种转轴式模型铰接固定结构，包括：支杆、转轴杆件、两片卡件、两个端部固定螺母；所述的支杆沿径向对称设置两个圆台孔，圆台的上底位于支杆的轴线上；模型径向设置安装通孔，支杆位于模型内部且支杆上的圆台孔与上述安装通孔同轴，转轴杆件位于上述同轴的孔内，两个带有中心圆孔的卡件套在转轴杆件上且置于上述圆台孔和安装通孔内，转轴杆件两端设置螺纹与端部固定螺母配合保证两个卡件顶紧并使得模型只有绕转轴杆件转动的自由度。优选的，所述模型上的安装通孔在模型壁上的形状为阶梯孔，该阶梯孔由外至内依次为圆柱孔和圆台孔，圆台孔的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致。优选的，所述的卡件带翻边结构的圆台且圆台中心设置中心圆孔；所述圆台的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致。优选的，假设所述的圆锥角为2α，则α取值范围6°±2°。优选的，卡件与模型上圆台孔之间留有间隙；卡件与支杆圆台孔之间过盈配合。优选的，端部固定螺母安装完成后，置于模型圆柱孔内的卡件翻边结构与圆柱孔的底面不接触。优选的，所述的转轴杆件的直径比支杆圆台上底直径小0.1mm±0.05mm。优选的，所述卡件的圆台上底的圆环宽度不低于2mm。优选的，所述的转轴杆件、卡件、端部固定螺母采用弹性模量不低于210GPa的金属加工制作。优选的，所述的转轴两端螺纹长度不低于6mm。一种模型转轴支撑方法，通过下述方式实现：在支杆上满足结构强度要求的前提下沿轴线尽可能多的设置所述的对称圆台孔；模型上设置对应的安装通孔；在地面动力学试验中测定模型的振动节点，取与振动节点最接近的模型安装通孔，转轴杆件沿径向插上述安装通孔以及支杆的对应圆台孔；安装卡件并用端部固定螺母固定。本专利技术与现有技术相比有益效果为：(1)模型扭转中心模拟准确，模型的转动中心即为转轴杆件的轴心，相对于传统的薄壁梁设计，该专利技术设计的轴心位置固定而且稳定，振型模拟的真实性和准确程度大幅度提高，实验数据更加准确有效。(2)模型的重力对模型的动力学特征影响较小，相对于传统的悬臂梁支撑结构，由于使用的转轴杆件较原薄壁梁刚度大得多，可以减小模型在重力条件下的变形，减少支撑条件对模型动力学特征的影响。对于传统支撑结构，结构若较薄，则无法提供支撑刚度，容易在模型的重力条件下变形或者破坏，若支撑结构较厚，则无法模拟弹性支撑的条件；该专利技术由于转轴杆件的设计，大大提高了对模型的支撑刚度，又使较重模型的全弹性试验成为可能，解决了全弹性大型模型的支撑问题。(3)使用卡件，对模型横向平动固定更加牢固，使模型各个方向的平动都得到有效限制。相对于传统的固定形式，使用转轴对转动的模拟比使用弯曲梁进行的转动模拟更加准确。又可以在有效限制模型的平动自由度，放松模型的扭转自由度，更加准确而且有效地实现对模型运动状态的真实模拟。附图说明图1为本专利技术的转轴式模型铰接固定结构的等轴侧视图；图2为本专利技术的转轴式模型铰接固定结构的半剖等轴侧视图；图3为本专利技术的转轴式模型铰接固定结构的截面图；图4为本专利技术的支杆和对称“V”字形插孔等轴侧视图；图5为本专利技术的小角度卡环的等轴侧视图；图6为本专利技术的小角度卡环的正视图。具体实施方式下面结合附图及实例对本专利技术作详细说明。如图1、图2、图3所示，一种转轴式模型铰接固定结构，包括：支杆6、转轴杆件11、两片卡件8、两个端部固定螺母9；所述的支杆6沿径向对称设置两个圆台孔10(图4所示)，圆台的上底位于支杆的轴线上；模型7径向设置安装通孔，支杆6位于模型内部且支杆上的圆台孔与上述安装通孔同轴，转轴杆件11位于上述同轴的孔内，两个带有中心圆孔的卡件8套在转轴杆件11上且置于上述圆台孔和安装通孔内，转轴杆件两端设置螺纹与端部固定螺母9配合保证两个卡件8顶紧并使得模型只有绕转轴杆件11转动的自由度。所述的转轴杆件11、卡件8、端部固定螺母9尽量采用弹性模型较高的金属(一般弹性模量不低于210GPa的金属，如轴承钢、弹簧钢、45#钢等材料)加工制作。如图5所示，所述的卡件8为带翻边结构的圆台且圆台中心设置中心圆孔的结构。圆台的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致，假设所述的圆锥角为2α，则角度(图6中角α)以6°±2°为宜。所述的卡件端部应设计有平台(图6中角AB段)，平台宽度不低于2mm。模型上的安装通孔在模型壁上的形状为阶梯孔，该阶梯孔由外至内依次为圆柱孔和圆台孔，圆台孔的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致。卡件8与模型上圆台孔之间留有间隙；卡件与支杆圆台孔之间过盈配合。所述的支杆6节点位置对称“V”字形插孔即上述圆台孔，“V”字形插孔以中间面对称，对称面两侧均为圆台形状缺口，缺口角度与卡件对应角度相同。所述的转轴杆件11中间部分直径应比支杆圆台上底直径小0.1mm±0.05mm。所述的转轴两端螺纹长度不低于6mm。所述的转轴两端、端部固定螺母外表面需进行修形，使其与飞行器外表面形状相似。机构的具体加工和安装过程如下：在支杆6的特定位置加工对称圆台孔10，将实验模型7的节点位置与支杆6上的“圆台孔10对齐，将转轴杆件11穿过试验模型7与圆台孔10所形成的通孔。使用两片卡件8对转轴在试验模型7两侧进行固定，再使用端部固定螺母9对模型进行夹紧固定。端部固定螺母9安装完成后，置于模型圆柱孔内的卡件翻边结构与圆柱孔的底面不接触。试验过程中，试验模型在该轴位置仅能绕轴做旋转，而不能发生平移，可以有效满足其动力学特征的模拟。本专利技术结构可以适用于一种模型转轴支撑方法，通过下述方式实现：在支杆上满足结构强度要求的前提下沿轴线尽可能多的设置上述对称圆台孔；模型上设置对应的安装通孔；在地面动力学试验中测定模型的振动节点，取与振动节点最接近的模型安装通孔，转轴杆件沿径向插上述安装通孔以及支杆的对应圆台孔；安装卡件并用端部固定螺母固定。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转轴式模型铰接固定结构，其特征在于包括：支杆、转轴杆件、两片卡件、两个端部固定螺母；所述的支杆沿径向对称设置两个圆台孔，圆台的上底位于支杆的轴线上；模型径向设置安装通孔，支杆位于模型内部且支杆上的圆台孔与上述安装通孔同轴，转轴杆件位于上述同轴的孔内，两个带有中心圆孔的卡件套在转轴杆件上且置于上述圆台孔和安装通孔内，转轴杆件两端设置螺纹与端部固定螺母配合保证两个卡件顶紧并使得模型只有绕转轴杆件转动的自由度。

【技术特征摘要】
1.一种转轴式模型铰接固定结构，其特征在于包括：支杆、转轴杆件、两片卡件、两个端部固定螺母；所述的支杆沿径向对称设置两个圆台孔，圆台的上底位于支杆的轴线上；模型径向设置安装通孔，支杆位于模型内部且支杆上的圆台孔与上述安装通孔同轴，转轴杆件位于上述同轴的孔内，两个带有中心圆孔的卡件套在转轴杆件上且置于上述圆台孔和安装通孔内，转轴杆件两端设置螺纹与端部固定螺母配合保证两个卡件顶紧并使得模型只有绕转轴杆件转动的自由度。2.根据权利要求1所述的转轴式模型铰接固定结构，其特征在于：所述模型上的安装通孔在模型壁上的形状为阶梯孔，该阶梯孔由外至内依次为圆柱孔和圆台孔，圆台孔的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致。3.根据权利要求2所述的一种转轴式模型铰接固定结构，其特征在于：所述的卡件带翻边结构的圆台且圆台中心设置中心圆孔；所述圆台的圆锥角与支杆圆台孔的圆锥角一致。4.根据权利要求1或2或3所述的转轴式模型铰接固定结构，其特征在于：假设所述的圆锥角为2α，则α取值范围6°±2°。5.根据权利要求2所述的转轴式模型铰接固定结构，其特征在于：卡件与模型上圆台孔之间留有...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯英昱，季辰，刘子强，吕计男，
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