连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置。本发明专利技术用于实现连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的平面三自由度运动，本发明专利技术导向元件导轨滑块及驱动元件伺服电机采用竖直布置，采用一体式滑台在机械层面上强制性保证同组驱动的同步性，整个连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电机驱动装置在纵向平面内的机构原理为平面三自由度机构。本发明专利技术具有整体刚度好、结构简单、空间复用、可消除侧向力、同步精度高、驱动负载大、稳定性高、抗冲击能力强、安全可靠性高等特点。

【技术实现步骤摘要】
连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置
本专利技术属于连续式跨声速风洞试验
，涉及一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，该装置用于实现连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的平面三自由度运动。
技术介绍
风洞是用于验证各型航空航天飞行器、高速动车组等气动外形是否合理的重要试验装置，其主要原理是通过在风洞中模拟出对象运行时的外部气体流场特性(马赫数、雷诺数、普朗特数等)，并对被试验对象在模拟流场中的测量参数做出一系列的评估，从而实现对其真实工作情况下特性的预知。根据流场产生的方式，风洞可分为暂冲式和连续式。暂冲式风洞气体流场产生的原理是：在风洞两端分别预先产生一定的高压气体与负压气体，然后同时打开两端的气阀沟通高压与负压，即可产生流场；而连续式风洞一般是依靠大型的轴流风机作为驱动来产生流场。根据风洞可模拟的气体流流场流速范围不同，可分为亚声速、跨声速、超声速、高超声速风洞；跨声速是指马赫数在0.8～1.2之间的流速，1马赫的速度换算大约相当于声速(340m/s)。为了精确控制风洞中流场的参数，需利用相关的风洞试验特种装置对流场进行调节，而其中喷管段是整个风洞中调节气体流场最为关键、直接的部分。喷管段一般是通过一定的型面来改变流场的参数，对于暂冲式风洞，由于其流场作用时间短，流场马赫数高，一般采用具有固定型面喷管段进行调节；而对于连续式风洞，由于其要求具有连续的马赫数调节能力，一般是采用可调型面的喷管段。根据连续式风洞喷管段可调型面中柔性壁(或称柔板)所占的比例不同，进一步又可分为半柔壁与全柔壁。全柔壁喷管的可调型面全部由柔性壁组成；半柔壁喷管的可调型面一般是由可调收缩段、喉块、柔板组成(布置顺序为气流方向)。对于连续式跨声速风洞喷管段半柔壁，能否保证其整个型面成形的精度就是能否保证风洞试验结果可靠性最关键的问题，因此喷管段对气体流场相关参数控制的精度，是评价其工作能力的关键指标。由于喉块分别连接可调收缩段与柔板，因此保证连续式跨声速风洞喷管段半柔壁的喉块实现预定空间位姿的精度，对保证整个半柔壁成形的精度具有决定性的作用。喉块传统的工作方式为“框架摆动式”，其缺点是整体摆动质量大、控制精度低、空间运动范围大，且不能提供横向连接的高刚度性，一般只适用于中小型风洞。本专利技术针对所有(特别是大型)的连续式跨声速风洞喷管段半柔壁的喉块，喉块的质量可达50～60吨，创新性地提出一种竖直强制同步式电动驱动装置，以满足风洞试验的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，可强制性实现组内的精确同步，能消除导轨(8)上的侧向力，完成重型负载的驱动，通过多个电机(9)抱闸和梯形丝杠(7)自锁可保证设备的安全性与可靠性。本专利技术的技术方案如下：一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，其特征在于：包括两个单元C，每一个单元共有两块竖直布置的安装座(10)，每块安装座(10)上固定有前后对称布置的两组并联驱动装置；在每组驱动装置中，共有两套左右竖直平行对称布置的导轨(8)，所述导轨(8)固定在安装座上(10)；每套导轨(8)包含两组竖直平行布置的导轨(8)，在每组导轨上布置有两个保持有一定安装距离的滑块(6)；滑台(5)竖直平行安装在滑块(6)上；电机(9)经过减速器(11)和梯形丝杠(7)通过联轴器(12)连接，梯形丝杠(7)上有丝杠螺母(13)，滑台(5)在梯形丝杠(7)上进行运动；在滑台(5)的左部、中部和右部各布置有一个上圆柱副(4)；在所述安装座(10)的正下方设有喉块(1)，在所述喉块(1)上布置有四组下圆柱副(2)；左部、中部和右部对应的上圆柱副(4)和下圆柱副(2)通过驱动连杆(3)相连接。喉块在四组电机的驱动下，可以进行平面三自由度的运动，形成需要的型面，成型精度高，可靠性好。每组有一个滑台(6)进行强制同步。滑台使每组的各个电机(9)强制一起运动，减小了同一组电机(9)间的运动误差和侧向力。采用四组电机(9)进行驱动，组成平面机构，采用冗余驱动，其中三组是位置控制，一组是力控制。平面机构的设计，降低了运动学的控制难度，提高了控制的可靠性；在三组位置控制的电机(9)驱动下，喉块可以准确地形成所需要的型面，增加一组力控制的电机(9)，在不改变喉块的前提下，大大减小了其余三组位置控制电机所需要的驱动力。每组采用两个电机同步驱动，每组电机所需要的驱动力平分的每组的两个电机处，减小了驱动力。此喉块驱动装置运动可控性好，通过所需形成的型面，逆解出各组电机需要移动的行程。在伺服电机的带动下，通过丝杠带动滑台进行移动，连杆连接着滑台和喉块，喉块运动，形成精准的型面。本专利技术的有益效果是：1)由一种驱动装置实现了喉块的平面三自由度运动控制，该驱动装置刚度好、结构简单、驱动负载大、稳定性高、抗冲击能力强、安全又可靠。2)传统控制方式中，液压推杆末端会受到侧向力的作用，产生爬行、漏油等问题，本专利中侧向力由导轨滑块机构承受，避免了执行件受到侧向力的作用。3)采用了一体式滑台，制保障了组内驱动装置的同步性，提高了同步控制精度；强制限制了驱动件的运动范围，避免因机构失效而导致的侧壁板碰撞事故，保障了设备的安全性与可靠性。4)相较于传统“框架式”，本驱动装置的安装座(10)能够为喷管段外框架提供高刚度的横向连接。另外，滑台(6)与梯形丝杠(7)部分运动空间重叠，各驱动装置采用背靠背形式，空间复用性好附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为图1的旋转视图。图3为图1的右视图。图4为图3中P处结构的局部放大图。图5为图3中Q处结构的局部放大图。图6为图1的前视图。图7为图1的后视图。图8为图1的俯视图。图9为图1中仅半剖滑台(5)后的结构简图。图中喉块(1)，下圆柱副(2)，驱动连杆(3)，上圆柱副(4)，滑台(5)，滑块(6)，梯形丝杠(7)，导轨(8)，电机(9)，安装座(10)，减速器(11)，联轴器(12)，丝杠螺母(13)图10为图9的前视图。图11为本专利技术的工作状态图。图中喉块(1)，驱动连杆(3)，电机(9)，安装座(10)，可调收缩段(14)，柔板(15)，框架(16)。图12为图11的正视图。图13为传统“框架式”半柔壁结构简图。图14为滑台(5)结构示意图。图15为图13的旋转视图。图16为喉块(1)结构示意图。图17为本专利技术的原理简图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：实施例1：如图1所示，一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，其特征在于：包括两个单元C，每一个单元共有两块竖直布置的安装座(10)，每块安装座(10)上固定有前后对称布置的两组并联驱动装置；在每组驱动装置中，共有两套左右竖直平行对称布置的导轨(8)，所述导轨(8)固定在安装座上(10)；每套导轨(8)包含两组竖直平行布置的导轨(8)，在每组导轨上布置有两个保持有一定安装距离的滑块(6)；滑台(5)竖直平行安装在滑块(6)上；电机(9)经过减速器(11)和梯形丝杠(7)通过联轴器(12)连接，梯形丝杠(7)上有丝杠螺母(13)，滑台(5)在梯形丝杠(7)上进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，其特征在于:包括两个所述单元C，每一个单元共有两块竖直布置的安装座(10)，每块安装座10上固定有前后对称布置的两组并联驱动装置；在每组驱动装置中，共有两套左右竖直平行对称布置的导轨(8)，所述导轨(8)固定在安装座上(10)；每套导轨(8)包含两组竖直平行布置的导轨(8)，在每组导轨上布置有两个保持有一定安装距离的滑块(6)；滑台(5)竖直平行安装在滑块(6)上；电机(9)经过减速器(11)和梯形丝杠(7)通过联轴器(12)连接，梯形丝杠(7)上有丝杠螺母(13)，滑台(5)在梯形丝杠(7)上进行运动；在滑台(5)的左部、中部和右部各布置有一个上圆柱副(4)；在所述安装座(10)的正下方设有喉块(1)，在所述喉块(1)上布置有四组下圆柱副(2)；左部、中部和右部对应的上圆柱副(4)和下圆柱副(2)通过驱动连杆(3)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种连续式跨声速风洞喷管段半柔壁喉块的竖直强制同步式电动驱动装置，其特征在于:包括两个所述单元C，每一个单元共有两块竖直布置的安装座(10)，每块安装座10上固定有前后对称布置的两组并联驱动装置；在每组驱动装置中，共有两套左右竖直平行对称布置的导轨(8)，所述导轨(8)固定在安装座上(10)；每套导轨(8)包含两组竖直平行布置的导轨(8)，在每组导轨上布置有两个保持有一定安装距离的滑块(6)；滑台(5)竖直平行安装在滑块(6)上；电机(9)经过减速器(11)和梯形丝杠(7)通过联轴器(12)连接，梯形丝杠(7)上有丝杠螺母(13)，滑台(5)在梯形丝杠(7)上进行运动；在滑台(5)的左部、中部和右部各布置有一个上圆柱副(4)；在所述安装座(10)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志江，冯超，陈振华，尹永涛，张志秋，廖文林，张浩，刘飞，皮阳军，宋代平，
申请(专利权)人：重庆大学，中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50