一种应用于风洞试验的三转角头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于风洞试验的三转角头，由后端到前端依次包括侧滑机构、俯仰机构和滚转机构，所述侧滑机构和俯仰机构串联设置；本实用新型专利技术中的三转角头属于大扭矩机械臂，可以支撑机弹模型进行三个角度方向的变化，其中俯仰方向的运动范围为±45°，载荷能力为300Nm，侧滑方向的运动范围为±45°，载荷能力为300Nm，滚转方向的运动范围为±180°，载荷能力为23Nm；本实用新型专利技术创新了风洞三转角头的驱动方式，大幅提升了风洞捕获轨迹试验的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风洞试验领域，尤其是涉及应用于低速风洞捕获轨迹试验、流场校测试验以及尾流场测量试验的一种应用于风洞试验的三转角头。
技术介绍
捕获轨迹试验是一种常见的特种风洞试验，用于模拟飞机导弹等外挂物在投放后的飞行轨迹。FL-12风洞现有的捕获轨迹装置由于受80年代任务需求(以载机带弹为主，气动载荷小)影响和机电技术限制，设计载荷偏小，尤其表现在α机构承载能力不足，要求试验模型的重量不能超过2kg，俯仰力矩须小于lOONm。而随着Η6挂双三、无人机等载机带机试验任务的增多，其外挂物模型重量已达到或超过5kg，最大俯仰力矩承载能力要求达到250Nm。由于机构的承载能力不足，捕获轨迹试验中能够模拟的模型姿态角范围严重受限，只能在载荷容许的范围内实现投放分离轨迹的模拟，无法完成部分试验。
技术实现思路
本专利技术的目的是在现有CTS系统的X向、￥向、Z向线位移部件基础符合继续使用条件上，提供一种角位移部件，该部件可以支撑外挂物完成俯仰α、侧滑β、滚转γ三个方向的转动，在载荷提升的同时，同时解决现有三转角头线缆外露，外形整流性能较差以及风洞阻塞比较大等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:—种应用于风洞试验的三转角头，由后端到前端依次包括侧滑机构、俯仰机构和滚转机构，所述侧滑机构和俯仰机构串联设置，所述侧滑机构包括连接座，所述连接座上沿轴线对称设置有两个用于连接轴叉的侧边，轴叉与侧边通过纵向主轴承连接，所述连接座底面设置有通孔，侧滑电缸穿过连接座通过设置在侧滑电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推动杆与轴叉之间通过纵向连接轴连接；所述俯仰机构包括俯仰电缸，通过设置在俯仰电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推杆轴与轴叉之间通过横向连接轴连接；所述滚转机构包括电机、谐波齿轮减速器和与减速器连接的支杆，所述支杆为中空结构，用于布线；所述横向主轴承上均设置有角度传感器，所述纵向连接轴连接和横向连接轴连接上均设置有限位传感器；所述侧滑机构、俯仰机构和滚转机构为同轴圆柱结构，所述俯仰机构和滚转机构外设置有整流罩，整流罩通过横向主轴承连接到轴叉上，所述整流罩从俯仰机构到滚转机构的部分为圆锥外形。在上述技术方案中，所述角度传感器设置在横向主轴承的一个端面上，且角度传感器与横向主轴承同轴设置。在上述技术方案中，所述连接座连接到CTS系统的X直线位移杆上，所述X直线位移杆为中空结构，所述侧滑电缸及其安装组件均设置在X直线位移杆内。在上述技术方案中，所述所述横向轴承为金属基镶嵌式自润滑轴承，所述摩擦系数为0.05。在上述技术方案中，所述轴叉上横向主轴承和横向连接轴设置在同一竖直方向上，纵向主轴承和纵向连接轴设置同一水平方向上。在上述技术方案中，所述纵向主轴承和横向主轴承各自位于轴叉上的两个对立面上。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是:本专利技术通过自编软件对三转角头进行角度控制，结合位于主旋转轴上的角度编码器反馈的角度信号，可对三转角头的角度进行闭环控制。该种控制方式精度较高，重复性较好，在俯仰方向的控制精度可以达到0.016°，综合误差小于0.05°。该种控制方式自动化程度较高，操作人员只需在软件中输入三个控制角度，软件会通过反馈的角度信号不断的调整至系统角度符合输入值。期间无需人工干预。本专利技术的机械臂采用串联式的结构代替了并联式，保证了三转角头的三个旋转角度正交，故角度变化不会相互耦合，在控制过程中无需解耦，各角度均可单独变化，与并联式机械臂相比控制方程更简单，换算过程更少，可靠性更高。该种结构形式同时有利于减少系统径向尺寸，减少系统的阻塞面积。本专利技术大量选用高强度铝材代替钢材，减轻系统自身重量，间接提升了载荷能力，有利于安装维护。同时针对风洞试验装置的整流要求，选用了碳纤维蒙皮作为整流材料，选材新颖又便于安装。本专利技术可方便应用于风洞试验，与现有三转角头相比，载荷能力提升两倍，控制精度提升一倍，可满足新一代机弹的试验需求。【附图说明】本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中:图1是本专利技术的外形结构示意图；图2是本专利技术结构的剖视图；图3是本专利技术中轴叉的剖视图；其中:I是侧滑电缸，2是轴叉，3是纵向主动轴，4是横向主动轴，5纵向连接轴，6是横向连接轴，7是整流罩，8是支杆，9是电动推杆轴、10是俯仰电缸，11是电机，12是减速器，13是角度传感器，14、15是限位传感器。【具体实施方式】如图1、图2所示，本专利技术三转角头，由后端到前端依次包括侧滑机构、俯仰机构和滚转机构，所述侧滑机构和俯仰机构串联设置，所述侧滑机构包括连接座，所述连接座上沿轴线对称设置有两个用于连接轴叉的侧边，轴叉与侧边通过纵向主轴承连接，所述连接座底面设置有通孔，侧滑电缸穿过连接座通过设置在侧滑电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推动杆与轴叉之间通过纵向连接轴连接;所述俯仰机构包括俯仰电缸，通过设置在俯仰电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推杆轴与轴叉之间通过横向连接轴连接;所述滚转机构包括电机、谐波齿轮减速器和与减速器连接的支杆，所述支杆为中空结构，用于布线;所述横向主轴承上均设置有角度传感器，所述纵向连接轴连接和横向连接轴连接上均设置有限位传感器;所述侧滑机构、俯仰机构和滚转机构为同轴圆柱结构，所述俯仰机构和滚转机构外设置有整流罩，整流罩通过横向主轴承连接到轴叉上，所述整流罩从俯仰机构到滚转机构的部分为圆锥外形。本专利技术在驱动时由由侧滑电缸推动电缸推杆轴，带动轴叉沿纵向主旋转轴旋转，以实现角度的偏转，该角度为β;同时由俯仰电缸推动电缸推杆轴沿横向主旋转轴旋转，以实现角度的偏转，该角度为α。滚转γ方向由位于部件前端的直流伺服电机搭配谐波齿轮减速器驱动模型探测杆实现转动，环形角度传感器布置在探测杆外圈，采集的角度即为机构的滚转角。侧滑电缸连接到现有CTS系统的X直线位移杆，经过尺寸控制，串联式的侧滑β电缸及支撑部件刚好可以预埋在X直线位移杆中，有效的控制了径向尺寸，减小了机构阻塞度。该种布置方式下，装置总长度为830mm(不包括支杆及模型)，减少了 240mm，机构基座的直径为210mm，减少了 85mm。经投影后测得三转角头最大迎风面堵塞面积约为0.12m2，最大堵塞度:0.12/10.72(风洞试验段截面积)=1.12%(不包括7向立柱的堵塞度，立柱迎风面积约为0.21#1，11为立柱高度)。滚转γ方向，电机及减速器均由相应安装件安装在整流罩中，整流罩内部经过优化设计，T电机以及α电缸的电源线及控制线均由其内部走向后方，为方便天平安装，避免线缆外露，在支杆内部预埋了天平信号线，同样由整流罩内部走向后方。在这种布置下，所有线缆不外露于风洞流场中，既保证了信号传输的稳定，又保证了整流罩外形的流线性，减少不规则反射气流对外挂物模型的影响。轴叉如图3所示，角度传感器布置在横向主轴上，传感器直径为38mm，采集精度为0.0005°，高于机构的控制精度，安装于与主旋转轴同轴的位置，可以实时采集主旋转轴的角度信号，参与角度的闭环控制。轴承选用金属基镶嵌式(JDB)自润滑轴承，可以实现无油润滑，摩擦系数约为0.05，且保时性较好，可以长时间有效减少机构的启动力矩及工作力矩。光电式限位传感器将保证机构的安全，当机构超出角度范围后即可触发限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于风洞试验的三转角头，由后端到前端依次包括侧滑机构、俯仰机构和滚转机构，其特征在于所述侧滑机构和俯仰机构串联设置，所述侧滑机构包括连接座，所述连接座上沿轴线对称设置有两个用于连接轴叉的侧边，轴叉与侧边通过纵向主轴承连接，所述连接座底面设置有通孔，侧滑电缸穿过连接座通过设置在侧滑电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推动杆与轴叉之间通过纵向连接轴连接；所述俯仰机构包括俯仰电缸，通过设置在俯仰电缸上的电缸推杆轴连接到轴叉上，电缸推杆轴与轴叉之间通过横向连接轴连接；所述滚转机构包括电机、谐波齿轮减速器和与减速器连接的支杆，所述支杆为中空结构，用于布线；所述横向主轴承上均设置有角度传感器，所述纵向连接轴连接和横向连接轴连接上均设置有限位传感器；所述侧滑机构、俯仰机构和滚转机构为同轴圆柱结构，所述俯仰机构和滚转机构外设置有整流罩，整流罩通过横向主轴承连接到轴叉上，所述整流罩从俯仰机构到滚转机构的部分为圆锥外形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏然，孙传宝，车兵辉，倪章松，刘志涛，李睿，吴海瀛，张鹏，谢琦，冯国涛，金启刚，蒋科林，姜裕标，孙海生，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51