本发明专利技术公开了一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，包括下底板、限位器，立柱、上底板、伺服电机减速机组件、主输出齿轮、大直径齿轮、主丝杠组件、辅丝杠组件、小直径齿轮、竖直锥齿轮组件、水平锥齿轮组件、配重组件、辅丝杠转接头组件、主丝杠转接头组件、拉杆、油杯、拉线传感器组件、密封板、管线组件、支臂、连杆、管接头组件、支撑段、天平模型支杆组件、直线导轨、滑块支座组件、假支杆。本专利结构合理简单，安装方便，精度高，阻塞度小，试验模型大，试验效率高，成本低，实现攻角范围大，能够满足风洞连续走90°甚至120°大范围攻角的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置
本专利技术是一种应用于亚跨超声速风洞的大攻角机械机构，属于实验空气动力学领域。主要是通过齿轮组差动带动拉杆实现支撑段绕支臂旋转，得到支架上模型不同的攻角，通过拉线传感器的电位器反馈攻角角度，此机构利用偏心曲柄滑块机构的逆运动能够精确实现-15°～90°甚至120°的大范围的攻角范围，控制精度3’。并能实时采集。
技术介绍
随着军事科学技术的高速发展，在新型导弹与飞机设计中对机动性的要求越来越高，现代飞机与导弹飞行边界得以扩大以适应机动性增大的要求。实现高机动性需要在大攻角下飞行。随着各种高机动性导弹与飞机设计任务的立项研制，进行大攻角风洞试验日渐重要，相应地亚跨超声速风洞装备大攻角机构已是非常必要。攻角也称迎角，是风洞试验中重要的气动参数。现在飞行器风洞特种试验中所需测量的攻角范围大至90°甚至180°，数据精确性要求高，目前，国内外亚跨超声速风洞攻角机构基本采取轨道弯刀结构，能够实现的攻角范围是-15°～30°，攻角范围较小，难以调节，精确度不高，越来越不能满足现代飞行器设计提出的大攻角要求。故一般采用多套模型多套支杆加拐接头组合实现大攻角实现90大攻角试验模拟，模型攻角越大，模型越小，支杆相应大小、长度、位置相应变化。因模型大小不一，支杆变化导致干扰等因素需对数据进行人为修正，造成数据失准，此外，因需要加工多套模型和多次更换模型和支杆，试验时间成本和财力成本大幅增加，吹风效率低下。国内1.2m量级风洞FL-24风洞的90°攻角机构采用单臂尾支结构，机构绕定点转动实现-5～60°攻角，更换55°接头实现50～115°攻角。模型攻角α≤60°时,模型长度LB≤0.6m，模型攻角α>60°，模型长度LB≤0.4m。实现90°攻角时需要更换55°接头，分段实现；效率低，且存在数据在衔接点60°攻角附近存在偏移现象。国内2.4m量级风洞FL-26风洞的90°攻角机构采用关节式尾支结构，攻角范围-6～96°。攻角α≤60°模型长度LB≤1m；攻角α>60°，模型LB≤0.6m。该结构虽可连续实现90°攻角，关节多结构复杂、关节及弧形弯刀尾支撑占用空间大，导致阻塞比大，试验模型长度相对试验段尺寸偏小。综上所述，迫切需要一种能实现能连续实现90°大范围攻角、模型尺寸大、阻塞度小的风洞试验机构。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题：本专利技术克服现有技术的缺点，提供了一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，利用偏心曲柄滑块机构的逆运动能够精确连续实现-15°～90°甚至120°的大范围的攻角范围。1.2m量级风洞模型长度可达800mm，阻塞度≤3％。可以扩大超音速和亚音速条件下的风洞大攻角试验能力。本专利技术的技术解决方案：一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，包括下底板、限位器，立柱、上底板、伺服电机减速机组件、主输出齿轮、大直径齿轮、主丝杠组件、辅丝杠组件、小直径齿轮、竖直锥齿轮组件、水平锥齿轮组件、配重组件、辅丝杠转接头组件、主丝杠转接头组件、拉杆、油杯、拉线传感器组件、密封板、管线组件、支臂、连杆、管接头组件、支撑段、天平模型支杆组件、直线导轨、滑块支座组件、假支杆；下底板通过立柱和上底板连接；在立柱的上、下行程极限处安装限位器限制配重组件上下运动；伺服电机减速机组件、主输出齿轮、大直径齿轮、主丝杠螺母组件、辅丝杠螺母组件、小直径齿轮、竖直锥齿轮组件、水平锥齿轮组件、配重组件均安装在上底板上；所述竖直锥齿轮组件、水平锥齿轮组件互相垂直组成手摇机构；伺服电机减速机组件的输出轴与主输出齿轮固定连接；大直径齿轮与主丝杠螺母组件的螺母座固定连接；主丝杠螺母组件通过主丝杠转接头组件与支臂固定连接；小直径齿轮与辅丝杠组件的螺母座固定连接；辅丝杠组件通过辅丝杠转接头组件与拉杆固定连接；拉杆和支杆、支杆和支撑段、支臂和支撑段通过滚针轴承相连形成相对转动，使得拉杆、支臂、支杆、支撑段组成偏心曲柄滑块机构；油杯固定安装在支臂的挡板上；拉线传感器组件拉线一端固连在支臂，一端固定于下底板；密封板固定在下底板上；管线组件一端连接在支撑段尾端，一端固定在下底板上固定在支臂的直线导轨和固定于下底板上的滑块组件实现竖直相对运动；运动流程如下：该机构动力采用伺服电机减速机组件作为驱动，经过由一个主输出齿轮、一个大直径齿轮和小直径齿轮组成的减速齿轮组传动；大直径齿轮通过主丝杠螺母组件带动支臂，小直径齿轮通过副丝杠组件带动拉杆；拉杆、支臂、支杆、支撑段组成偏心曲柄滑块机构；通过拉杆与支臂之间差动实现相对运动，其相对运动距离的不同，使安装在支撑段的模型支杆天平组件抬头、低头，形成正、负攻角，并保持各个攻角下模型在试验段上、下壁板间均匀分布；该机构攻角变化范围-15°～90°，通过更换主输出齿轮、大直径齿轮小直径齿轮实现改变齿数比，并且改变机构斜拉杆长度和支撑段偏转角度，可将攻角角度扩大到120°；可以扩大超音速和亚音速条件下的风洞大攻角试验能力。风洞测控系统的攻角反馈系统通过用外部的象限仪测量安装在支撑段上的假支杆实际转动的角度，同时测量出并用安装在支臂上的拉线传感器的电位器，得到攻角度数和电位器反馈电压对应关系，得到-15°～90°甚至120°攻角和电位的拟合关系式进行反馈控制。支臂通过直线导轨和安装于底板上的滑块组件实现竖直运动；支臂材质为30CrMnSiA，分为上、中、下三部分，上部分横截面为带矩形凹槽的结构，凹槽安装固定直线导轨；中间部分横截面为为夹角为45°的尖楔形结构，下部分纵截面为前端为15°，后端为60°尖角型结构。支撑段为带预偏30°的拐接头；支撑段预偏角度由0°到60°，整个机构实现60°到120°的攻角；支撑段材质为30CrMnSiA。与支撑段连接的外部支杆周向上加工0°-360°键槽和楔子孔。在支撑段前端加装0°-X°的侧滑角β接头。在支撑段前端加装侧滑角β接头与支撑段上均加装0°-360°键槽和楔子孔。外部天平、与支撑段连接的外部支杆或侧滑角β接头、支撑段、风洞中心轴线在同一轴线上。其大直径齿轮与小直径齿轮减速比i的为：((LZ+LM)sinαmax+Lx)/((LZ+LM)sinαmax)；式中：LZ为支杆长度，LM为外部试验模型长度，αmax为攻角最大角度，Lx为连杆长度。配重组件包括导向轮、导向轮支撑组件、钢丝绳、钢丝绳夹、配重块、连接销；导向轮安装在导向轮支撑组件，钢丝绳缠绕在导向轮的凹槽里，一端通过连接销与主丝杠转接头组件连接，另一端与配重块连接；钢丝绳夹用于固定钢丝绳。所述竖直锥齿轮组件包括直齿轮、支座、轴、成对圆锥滚子轴承、锥齿轮；直齿轮安装在轴的一端，锥齿轮安装在轴的另一端，轴与支座通过成对圆锥滚子轴承连接；所述水平锥齿轮组件包括锥齿轮、轴、支座、成对圆锥滚子轴承、摇把；锥齿轮安装在轴的一端，摇把安装在轴的另一端，轴与支座通过成对圆锥滚子轴承连接。所述天平模型支杆组件和假支杆通过1∶10的锥配合安装在支撑段上。本专利技术相对于其他技术的优点：1、本专利技术专利一种大攻角机构，所实现的攻角范围大。本专利技术克服了现有亚跨超声速风洞攻角机构基本采取轨道弯刀结构只能够实现的攻角范围是-15°～30°，不能满足现代飞行器设计提出的大攻角要求的缺点提供了一种应用于亚跨超声速风洞的90°大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，其特征在于：包括下底板(1)、限位器(2)，立柱(3)、上底板(4)、伺服电机减速机组件(5)、主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、主丝杠组件(8)、辅丝杠组件(9)、小直径齿轮(10)、竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)、配重组件(13)、辅丝杠转接头组件(14)、主丝杠转接头组件(15)、拉杆(16)、油杯(17)、拉线传感器组件(18)、密封板(19)、管线组件(20)、支臂(21)、连杆(22)、管接头组件(23)、支撑段(24)、天平模型支杆组件(25)、直线导轨(26)、滑块支座组件(27)、假支杆(28)；下底板(1)通过立柱(3)和上底板(4)连接；在立柱(3)的上、下行程极限处安装限位器(2)限制配重组件(13)上下运动；伺服电机减速机组件(5)、主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、主丝杠螺母组件(8)、辅丝杠螺母组件(9)、小直径齿轮(10)、竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)、配重组件(13)均安装在上底板(4)上；所述竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)互相垂直组成手摇机构；伺服电机减速机组件(5)的输出轴与主输出齿轮(6)固定连接；大直径齿轮(7)与主丝杠螺母组件(8)的螺母座固定连接；主丝杠螺母组件(8)通过主丝杠转接头组件(15)与支臂(21)固定连接；小直径齿轮(10)与辅丝杠组件(9)的螺母座固定连接；辅丝杠组件(9)通过辅丝杠转接头组件(14)与拉杆(16)固定连接；拉杆(16)和支杆(22)、支杆(22)和支撑段(24)、支臂(21)和支撑段(24)通过滚针轴承相连形成相对转动，使得拉杆(16)、支臂(21)、支杆(22)、支撑段(24)组成偏心曲柄滑块机构；油杯(17)固定安装在支臂(21)的挡板上；拉线传感器组件(18)拉线一端固连在支臂(21)，一端固定于下底板(1)；密封板(19)固定在下底板(1)上；管线组件(20)一端连接在支撑段(24)尾端，一端固定在下底板(1)上固定在支臂(21)的直线导轨(26)和固定于下底板(1)上的滑块组件(27)实现竖直相对运动；运动流程如下：该机构动力采用伺服电机减速机组件(5)作为驱动，经过由一个主输出齿轮(6)、一个大直径齿轮(7)和小直径齿轮(10)组成的减速齿轮组传动；大直径齿轮(7)通过主丝杠螺母组件(8)带动支臂(21)，小直径齿轮(10)通过副丝杠组件(9)带动拉杆(16)；拉杆(16)、支臂(21)、支杆(22)、支撑段(24)组成偏心曲柄滑块机构；通过拉杆(16)与支臂(21)之间差动实现相对运动，其相对运动距离的不同，使安装在支撑段(24)的模型支杆天平组件(25)抬头、低头，形成正、负攻角，并保持各个攻角下模型在试验段上、下壁板间均匀分布；该机构攻角变化范围‑15°～90°，通过更换主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、小直径齿轮(10)实现改变齿数比，并且改变机构斜拉杆(22)长度和支撑段(24)偏转角度，可将攻角角度扩大到120°；可以扩大超音速和亚音速条件下的风洞大攻角试验能力。...
【技术特征摘要】
1.一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，其特征在于：包括下底板(1)、限位器(2)，立柱(3)、上底板(4)、伺服电机减速机组件(5)、主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、主丝杠组件(8)、辅丝杠组件(9)、小直径齿轮(10)、竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)、配重组件(13)、辅丝杠转接头组件(14)、主丝杠转接头组件(15)、拉杆(16)、油杯(17)、拉线传感器组件(18)、密封板(19)、管线组件(20)、支臂(21)、连杆(22)、管接头组件(23)、支撑段(24)、天平模型支杆组件(25)、直线导轨(26)、滑块支座组件(27)、假支杆(28)；下底板(1)通过立柱(3)和上底板(4)连接；在立柱(3)的上、下行程极限处安装限位器(2)限制配重组件(13)上下运动；伺服电机减速机组件(5)、主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、主丝杠螺母组件(8)、辅丝杠螺母组件(9)、小直径齿轮(10)、竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)、配重组件(13)均安装在上底板(4)上；所述竖直锥齿轮组件(11)、水平锥齿轮组件(12)互相垂直组成手摇机构；伺服电机减速机组件(5)的输出轴与主输出齿轮(6)固定连接；大直径齿轮(7)与主丝杠螺母组件(8)的螺母座固定连接；主丝杠螺母组件(8)通过主丝杠转接头组件(15)与支臂(21)固定连接；小直径齿轮(10)与辅丝杠组件(9)的螺母座固定连接；辅丝杠组件(9)通过辅丝杠转接头组件(14)与拉杆(16)固定连接；拉杆(16)和支杆(22)、支杆(22)和支撑段(24)、支臂(21)和支撑段(24)通过滚针轴承相连形成相对转动，使得拉杆(16)、支臂(21)、支杆(22)、支撑段(24)组成偏心曲柄滑块机构；油杯(17)固定安装在支臂(21)的挡板上；拉线传感器组件(18)拉线一端固连在支臂(21)，一端固定于下底板(1)；密封板(19)固定在下底板(1)上；管线组件(20)一端连接在支撑段(24)尾端，一端固定在下底板(1)上固定在支臂(21)的直线导轨(26)和固定于下底板(1)上的滑块组件(27)实现竖直相对运动；运动流程如下：该机构动力采用伺服电机减速机组件(5)作为驱动，经过由一个主输出齿轮(6)、一个大直径齿轮(7)和小直径齿轮(10)组成的减速齿轮组传动；大直径齿轮(7)通过主丝杠螺母组件(8)带动支臂(21)，小直径齿轮(10)通过副丝杠组件(9)带动拉杆(16)；拉杆(16)、支臂(21)、支杆(22)、支撑段(24)组成偏心曲柄滑块机构；通过拉杆(16)与支臂(21)之间差动实现相对运动，其相对运动距离的不同，使安装在支撑段(24)的模型支杆天平组件(25)抬头、低头，形成正、负攻角，并保持各个攻角下模型在试验段上、下壁板间均匀分布；该机构攻角变化范围-15°～90°，通过更换主输出齿轮(6)、大直径齿轮(7)、小直径齿轮(10)实现改变齿数比，并且改变机构斜拉杆(22)长度和支撑段(24)偏转角度，可将攻角角度扩大到120°；可以扩大超音速和亚音速条件下的风洞大攻角试验能力。2.根据权利要求1所述的一种亚跨超声速风洞90°大攻角装置，其特征在于：风洞测控系统的攻角反馈系统通过用外部的象限仪测量安装在支撑段(24)上的假支杆(28)实际转动的角度，同时测量出并用安装在支臂(21)上的拉线传感器(18)的电位器，得到攻...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫欢欢，袁雄，秦永明，张江，宋法振，
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
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