本发明专利技术公开一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，支撑装置包括底座、翼型支座、预弯支杆和三自由度关节；所述底座固定安装在风洞试验段基础平台的中心位置；所述翼型支座的底端竖直且固定安装所述底座上，翼型支座的剖面与风洞来流方向平行；所述预弯支杆一端与所述翼型支座顶端相连接，所述预弯支杆的另一端与所述三自由度关节相连接，预弯支杆的剖面与风洞来流方向平行；所述三自由度关节的转动中心位于风洞中轴线上且与飞机模型相铰接，铰接处设置有微调装置使飞机模型的质心与三自由度关节的转动中心重合。本发明专利技术能够实现虚拟飞行实验中飞机模型大范围三轴姿态自由支撑，结构简单，干扰小且精度高，安装和调整方法简单。
【技术实现步骤摘要】
一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置及其使用方法
本专利技术属于风洞实验装置
，特别是涉及一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置及其使用方法。
技术介绍
在低速风洞虚拟飞行实验中，支撑装置用于支撑飞机模型、约束三轴位移运动自由度以及提供三轴姿态运动自由度，支撑装置必须满足转角范围大、支架干扰和摩擦力等不可忽略的要求。现有的虚拟飞行实验支撑装置从设计原理上分为张线式和运动关节串联叠加式两种支撑装置。张线式支撑装置采用8根张线将一个套环固定于风洞试验段，套环与飞机模型通过两自由度运动环连接。尽管张线式支撑装置的支架的对于飞行实验的干扰较小，但仍然具有以下缺点：一是无法实现偏航角自由度；二是可实现的俯仰、滚转自由度运动范围不大；三是结构复杂，安装和调试困难。运动关节串联叠加式支撑装置是在支杆上串联布置三个转动关节，三个关节相互正交，交点位于飞机模型的连接位置。虽然这种支撑装置结构简单，但却具有以下缺点：一是关节转轴间的正交对准存在误差，飞机模型质心与转轴交点的对准误差较大，从而造成支撑装置对飞机模型的动力学特性影响较大；二是该种支撑装置中的部分机构会随飞机模型一起运动，造成支撑装置对飞行实验的干扰影响较大；三是关节的摩擦力较大，对虚拟飞行实验的影响较大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，能够实现虚拟飞行实验中飞机模型的大范围三轴姿态自由支撑，结构简单，干扰小且精度高，安装和调整方法简单。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，包括风洞试验段基础平台、飞机模型和支撑装置，所述支撑装置包括底座、翼型支座、预弯支杆和三自由度关节；所述底座固定安装在风洞试验段中基础平台的中心位置；所述翼型支座的底端竖直且固定安装于所述底座上，翼型支座的剖面与风洞来流方向平行；所述预弯支杆一端与所述翼型支座顶端相连接，所述预弯支杆的另一端与所述三自由度关节相连接，预弯支杆的剖面与风洞来流方向平行；所述三自由度关节的转动中心位于风洞中轴线上，三自由度关节与飞机模型相铰接，铰接处设置有微调装置使飞机模型的质心与三自由度关节的转动中心重合。所述底座起定位和固定作用，安装于风洞试验段基础平台中心附近；所述翼型支座起承力和导流作用，承受飞机模型的重力、气动力和冲击载荷的作用，保持飞机模型支撑点的位置始终不变，引导气流平滑通过降低支架干扰影响；所述预弯支杆起模型角度预置作用，为所述三自由度关节提供一定的安装角，获得实验需要飞机模型的角度范围；所述三自由度关节起自由度约束与释放作用，限制三轴线位移自由度，释放偏航自由度，能够实现较大范围释放俯仰和滚转自由度。进一步的是，所述底座中设置有水平调节装置，使底座调至水平位置，通过控制风洞实验段基础平台转动调节底座的方向至与风洞来流方向一致。进一步的是，所述翼型支座包括立柱和翼型罩，所述立柱位于翼型罩的内部，且立柱和翼型罩固定连接。进一步的是，所述立柱采用薄壁钢管，在满足结构强度和刚度要求的前提下能够减轻装置重量；所述翼型罩采用NACA0009对称翼型结构。进一步的是，所述预弯支杆穿过所述飞机模型底部表面进入飞机模型内部，所述预弯支杆的外径取值在5-10mm，使预弯支杆在满足支撑强度和刚度的同时减小飞机模型底部表面的开口面积，从而减小支撑装置对实验的干扰。进一步的是，在所述预弯支杆表面包裹塑胶垫，以减缓干涉碰撞带来的冲击，当飞机模型姿态角超过允许范围时飞机模型与所述预弯支杆间干涉碰撞。进一步的是，所述三自由度关节采用滚动接触型旋转球铰，所述滚动接触型旋转球铰的偏航角范围±180°，所述滚动接触型旋转球铰的俯仰和滚转角范围±45°。进一步的是，所述滚动接触型旋转球铰包括基座、保持架、行星球、太阳球和螺纹杆，其中所述基座与飞机模型连接，所述螺纹杆与所述预弯支杆连接，所述保持架位于基座内部支撑所述行星球，所述行星球包裹在所述太阳球周围与太阳球滚动连接。进一步的是，所述太阳球与基座之间具有三轴转动自由度，太阳球与基座之间相对运动通过行星球间接传递，从而大幅度减小了接触面积且降低了摩擦阻力。基于同样的专利技术原理，本专利技术还提供了一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置的使用方法，包括步骤：a.安装所述底座于风洞试验段基础平台的中心位置，并调节底座的水平度；b.将所述翼型支座安装在底座上，并调节所述翼型支座的竖直度和方向；c.将所述预弯支杆安装在翼型支座上，并调节预弯支杆的方向；d.将所述三自由度关节安装在所述预弯支杆上；e.将所述飞机模型安装在三自由度关节上，调节飞机模型的质心与所述三自由度关节转动中心的重合度。本专利技术所提出一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，采用本技术方案的有益效果：本专利技术采用三自由度关节实现低速风洞虚拟飞行试验模型支撑，具有以下优点：结构简单、安装方便且经济性好，不需要对风洞试验段进行适应性结构改造，也不需要进行运动关节之间的相对位置精密校准；对飞机模型运动学模拟精度高，直接由一个关节实现模型三轴姿态自由度模拟，飞机模型运动学方程不需要作任何关于支撑装置的修正；对飞机模型动力学特性影响小。本专利技术中采用的翼型支座和预弯支杆，结构轻便、安装和调整方法简单且支架干扰小。本专利技术中采用的三自由度关节结构紧凑且转角范围大。本专利技术提出的支撑装置通用性好，可以用于开展不同型号飞行器的虚拟飞行实验研究；提出的使用方法流程简单规范，操作性强，可以推广到其他开口或闭口式低速风洞中，具有良好工程应用前景。附图说明图1为本专利技术的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置的结构简图；图2为本专利技术的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例中翼型支座的结构示意图；图4为本专利技术实施例中滚动接触型旋转球铰的结构示意图；图5为本专利技术的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置使用方法流程图；图6为本专利技术的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置使用方法的工作原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。在实施例一中，参见图1和图2所示，本专利技术提出了一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，包括风洞试验段基础平台、飞机模型1和支撑装置，所述支撑装置包括底座2、翼型支座3、预弯支杆4和三自由度关节5，所述底座2固定安装在风洞试验段中基础平台的中心位置，所述翼型支座3的底端竖直且固定安装于所述底座2上，所述预弯支杆4一端与所述翼型支座3顶端相连接，所述预弯支杆4的另一端与所述三自由度关节5相连接，所述三自由度关节5的转动中心位于风洞中轴线上，三自由度关节5与飞机模型1相铰接，铰接处设置有微调装置使飞机模型1的质心与三自由度关节5的转动中心重合。所述底座2起定位和固定作用，安装于风洞试验段基础平台中心附近；所述翼型支座3起承力和导流作用，承受飞机模型1的重力、气动力和冲击载荷的作用，保持飞机模型1支撑点的位置始终不变，引导气流平滑通过降低支架干扰影响；所述预弯支杆4起飞机模型1角度预置作用，为所述三自由度关节5提供一定的安装角，获得实验需要飞机模型1的角度范围；所述三自由度关节5起自由度约束与释放作用，限制三轴线位移自由度，释放偏航自由度，能够实现较大范围释放俯仰和滚转自由度。在实施例二中，在实施例一的基础上，所述底座2中设置有水平调本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，包括风洞试验段基础平台、飞机模型（1）和支撑装置，其特征在于，所述支撑装置包括底座（2）、翼型支座（3）、预弯支杆（4）和三自由度关节（5）；所述底座（2）固定安装在风洞试验段基础平台的中心位置；所述翼型支座（3）的底端竖直且固定安装于所述底座（2）上，翼型支座（3）的剖面与风洞来流方向平行；所述预弯支杆（4）一端与所述翼型支座（3）顶端相连接，所述预弯支杆（4）的另一端与所述三自由度关节（5）相连接，预弯支杆（4）的剖面与风洞来流方向平行；所述三自由度关节（5）的转动中心位于风洞中轴线上，三自由度关节（5）与飞机模型（1）相铰接，铰接处设置有微调装置使飞机模型（1）的质心与三自由度关节（5）的转动中心重合。
【技术特征摘要】
1.一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，包括风洞试验段基础平台、飞机模型（1）和支撑装置，其特征在于，所述支撑装置包括底座（2）、翼型支座（3）、预弯支杆（4）和三自由度关节（5）；所述底座（2）固定安装在风洞试验段基础平台的中心位置；所述翼型支座（3）的底端竖直且固定安装于所述底座（2）上，翼型支座（3）的剖面与风洞来流方向平行；所述预弯支杆（4）一端与所述翼型支座（3）顶端相连接，所述预弯支杆（4）的另一端与所述三自由度关节（5）相连接，预弯支杆（4）的剖面与风洞来流方向平行；所述三自由度关节（5）的转动中心位于风洞中轴线上，三自由度关节（5）与飞机模型（1）相铰接，铰接处设置有微调装置使飞机模型（1）的质心与三自由度关节（5）的转动中心重合。2.根据权利要求1所述的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，其特征在于，所述底座（2）中设置有水平调节装置，使底座（2）调至水平位置，通过控制风洞实验段基础平台转动调节底座（2）的方向至与风洞来流方向一致。3.根据权利要求1所述的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，其特征在于，所述翼型支座（3）包括立柱（31）和翼型罩（32），所述立柱（31）位于翼型罩（32）的内部，且立柱（31）和翼型罩（32）固定连接。4.根据权利要求3所述的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，其特征在于，所述立柱（31）采用薄壁钢管，在满足结构强度和刚度要求的前提下能够减轻装置重量；所述翼型罩（32）采用NACA0009对称翼型结构。5.根据权利要求1所述的一种低速风洞虚拟飞行实验支撑装置，其特征在于，所述预弯支杆（4）穿过所述飞机模型（1）底部表面进入飞机模型（1）内部，所述预弯支杆（4）的外径取值在5-10mm，使预弯支杆（4）在满足支撑强度和刚度的同时减小飞...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂博文，岑飞，刘志涛，郭林亮，孔鹏，祝明红，蒋敏，温渝昌，
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：发明
国别省市：四川;51
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