一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，包括回转驱动单元以及直线运动单元；回转驱动单元包括安装基座和驱动组件；直线运动单元包括安装架、天平以及运动组件。直线运动单元安装于内环形支座Ⅰ的内腔中，伺服电机带动减速机驱动蜗轮蜗杆副运动，从而驱动直线运动单元沿模型旋转轴作

【技术实现步骤摘要】
一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构


[0001]本专利技术属于空气动力学风洞试验
，涉及一种模型支撑机构，具体涉及一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构。

技术介绍

[0002]风洞，是在一个按一定要求设计的管道内，用动力装置驱动一股可控制的模拟真实大气情况，以供进行各种气动试验用的设备。风洞在航天航空飞行器研制中起着至关重要的作用，是模拟航空航天飞行环境的基础性关键性设备。模型支撑系统是风洞的关键件和重要件，其设计的好坏直接关系到风洞数据的真实性和准确度。
[0003]根据试验项目/模型类型和技术要求，可以采取不同的支撑形式。目前风洞采用的模型支撑方式包括：尾支撑、双转轴支撑、腹支撑、侧支撑(半模支撑)、张线支撑等。现代运输机进行风洞试验时，由于翼展长，模型的缩比大，这带来了严重的尺度效应，现有风洞只能进行1：50左右的全模试验，这致使模型试验的雷诺数(Reynolds number)一般要比飞行时雷诺数低一个数量级或更多，而现代运输机、客机大多数采用先进的超临界机翼，超临界机翼在设计点附近激波附面层干扰情况对雷诺数非常敏感。且模型缩比大也很难实现飞行器外形细节模拟。因此为尽量提高试验雷诺数，通常采用在常规试验段上安装半模支撑机构，再将较大的半模型安装在该试验段的半模支撑机构上进行气动力试验。半模支撑机构是半模试验的核心，将半模型安装在支撑机构上，进行测力、测压、流态观察、变Re数试验、铰链力矩试验、半模喷流试验、颤振、抖振试验等。半模支撑机构设计的优劣将直接影响半模试验段的主要试验结果，特别是对Re数较为敏感的参数测量以及部分气动力增量测量试验，如带动力装置模拟器(TPS)进排气影响试验、增升装置试验以及Re数影响试验等。
[0004]半模支撑机构实际上就是半模迎角机构。通常，半模支撑机构设置在试验段左右侧壁上。但对于大型风洞，由于半模型尺寸和质量大，有时也将半模支撑机构放置在试验段下壁板上。半模支撑机构的传动链通常为：电机－减速器－联轴器－蜗轮蜗杆副或齿轮副－转盘。现有机构采用蜗轮蜗杆副的传动方式以及安装环境导致不能整体吊装，安装、拆卸不便，费时费力，准备时间长，试验效率低；而采用大小齿轮啮合传动精度较低，承载能力弱，存在不能自锁、工作不平稳、噪音大等问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中半模支撑机构存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，该半模支撑机构整体采用模块化设计，利用双导程蜗杆副驱动旋转，同时天平可直线运动，结构紧凑，精度高，便于吊装更换。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，包括回转驱动单元以及直线运动单元；
[0008]所述回转驱动单元包括安装基座和驱动组件；
[0009]所述安装基座包括底座、外环形支座Ⅰ以及内环形支座Ⅰ；外环形支座Ⅰ与底座相连接，外环形支座Ⅰ上开设有一缺口，内环形支座Ⅰ的外周面与外环形支座Ⅰ的内周面通过若干肋板连接，底座上于外环体支座Ⅰ内侧开设有旋转孔；
[0010]所述驱动组件包括伺服电机、减速机、双导程蜗杆副、编码器、转盘轴承Ⅰ以及转盘轴承Ⅱ，所述双导程蜗杆副包括双导程蜗杆和蜗轮，所述伺服电机、减速机、双导程蜗杆、编码器依次连接并安装于底座上且位于外环形支座外侧；
[0011]所述直线运动单元包括安装架、天平以及运动组件；
[0012]所述安装架包括转盘、圆形底板、外环形支座Ⅱ和内环形支座Ⅱ，所述转盘中间开设有与圆形底板尺寸相适配的通孔，圆形底板安装于转盘的通孔中并与转盘可拆卸连接，外环形支座Ⅱ和内环形支座Ⅱ由外至内设置在转盘上；所述天平位于内环形支座Ⅱ的内腔中并与圆形底板固定连接；
[0013]所述运动组件包括伺服减速电机、丝杠螺母副、滑块支座以及直线导轨副；丝杠螺母副包括丝杆和与丝杆螺纹连接的螺母；直线导轨副包括竖直对称安装于内环形支座Ⅱ的内周面上的直线导轨副Ⅰ、直线导轨副Ⅱ；丝杆螺母副竖直安装在内环形支座Ⅱ的内周面上并位于直线导轨副Ⅰ或直线导轨副Ⅱ的一侧，伺服减速电机安装于内环形支座Ⅱ的上端面，伺服减速电机的输出轴与丝杆螺母副的丝杆相连接；滑块支座包括中心筒体和通过连接板与中心筒体连接的支板Ⅰ、支板Ⅱ，所述中心筒体固定套设在天平的上部，支板Ⅰ、支板Ⅱ分别与直线导轨副Ⅰ、直线导轨副Ⅱ相连接，丝杆螺母副的螺母与支板Ⅰ或支板Ⅱ相连接；
[0014]所述直线运动单元安装于内环形支座Ⅰ的内腔中，安装架的转盘位于底座的旋转孔中，且转盘的外周面与旋转孔孔壁相接触，转盘轴承Ⅰ的内座圈、外座圈分别与内环形支座Ⅱ外周面的上部、内环形支座Ⅰ的上端面相连接，转盘轴承Ⅱ的内座圈、外座圈分别与内环形支座Ⅰ的下端面、外环形支座Ⅱ的上端面相连接；蜗轮固定套设在转盘轴承Ⅱ的外座圈上并与外环形支座Ⅱ固定连接；所述双导程蜗杆于外环形支座Ⅰ上的缺口处与蜗轮相啮合；伺服电机带动减速机驱动双导程蜗杆副运动，从而驱动直线运动单元沿模型旋转轴作
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的旋转运动；伺服减速电机驱动丝杆螺母副运动从而驱动滑块支座及天平沿轴向直线运动。
[0015]上述应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，回转驱动单元采用双导程蜗杆副作为传动机构，双导程蜗杆副具有结构紧凑、运行精度高、承载能力强、侧向间隙可调、可自锁等优点。双导程蜗杆通过轴承座安装在底座上，蜗轮与转盘轴承Ⅱ外座圈以及安装架外环形支座Ⅱ之间通过高强度螺栓和销固定连接。双导程蜗杆副侧隙的调整是通过调整蜗杆的轴向设置来实现的，若支撑机构长时间使用后出现双导程蜗杆副磨损，导致侧隙增大，从而影响整个支撑机构的运行精度，这是可调整蜗杆的轴向位置，使双导程蜗杆副的啮合精度达到初始精度要求，而不必更换新的蜗轮蜗杆，可极大节省成本和维修时间。
[0016]上述应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，编码器用于测量双导程蜗杆的转动角度，所述编码器优选为多圈绝对值编码器。
[0017]上述应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，所述转盘轴承Ⅰ为四点接触球转盘轴承，所述转盘轴承Ⅱ为交叉圆柱滚子转盘轴承，四点接触球转盘轴承、交叉圆柱滚子转盘轴承可增加结构整体刚性，承受作用在机构上的力和力矩，旋转精度高。
[0018]上述应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，所述安装基座的底座优选呈
正方体结构，包括一体成型的底部和侧部，旋转孔开设于底部上；外环形支座Ⅰ的下端面与底板的底部连接，外环形支座Ⅰ的外周面还通过加强板与底板的侧部连接。
[0019]上述应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，所述天平的上部呈圆锥形结构，为便于天平和滑块支座的定位连接，优选地，所述滑块支座的环形筒体内腔呈与天平上部相适配的圆锥形结构，环形筒体与天平之间通过圆锥面定位，环形筒体的内侧面与天平的外侧面通过键连接，环形筒体的上端面与天平的上端面通过连接法兰连接。进一步优选地，连接环形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于大型连续式跨声速风洞的半模支撑机构，其特征在于，包括回转驱动单元以及直线运动单元；所述回转驱动单元包括安装基座(8)和驱动组件；所述安装基座(8)包括底座、外环形支座Ⅰ以及内环形支座Ⅰ；外环形支座Ⅰ与底座相连接，外环形支座Ⅰ上开设有一缺口，内环形支座Ⅰ的外周面与外环形支座Ⅰ的内周面通过若干肋板连接，底座上于外环体支座Ⅰ内侧开设有旋转孔；所述驱动组件包括伺服电机(1)、减速机(2)、双导程蜗杆副、编码器(7)、转盘轴承Ⅰ(12)以及转盘轴承Ⅱ(9)，所述双导程蜗杆副包括双导程蜗杆(4)和蜗轮(19)，所述伺服电机(1)、减速机(2)、双导程蜗杆(4)、编码器(7)依次连接并安装于底座上且位于外环形支座Ⅰ外侧；所述直线运动单元包括安装架(10)、天平(18)以及运动组件；所述安装架(10)包括转盘(20)、圆形底板、外环形支座Ⅱ和内环形支座Ⅱ，所述转盘(20)中间开设有与圆形底板尺寸相适配的通孔，圆形底板安装于转盘(20)的通孔中并与转盘(20)可拆卸连接，外环形支座Ⅱ和内环形支座Ⅱ由外至内设置在转盘(20)上；所述天平(18)位于内环形支座Ⅱ的内腔中并与圆形底板固定连接；所述运动组件包括伺服减速电机(15)、丝杠螺母副(17)、滑块支座(13)以及直线导轨副(11)；丝杠螺母副(17)包括丝杆和与丝杆螺纹连接的螺母；直线导轨副(11)包括竖直对称安装于内环形支座Ⅱ的内周面上的直线导轨副Ⅰ、直线导轨副Ⅱ；丝杆螺母副竖直安装在内环形支座Ⅱ的内周面上并位于直线导轨副Ⅰ或直线导轨副Ⅱ的一侧，伺服减速电机(15)安装于内环形支座Ⅱ的上端面，伺服减速电机(15)的输出轴与丝杆螺母副的丝杆相连接；滑块支座(13)包括中心筒体和通过连接板与中心筒体连接的支板Ⅰ、支板Ⅱ，所述中心筒体固定套设在天平(18)的上部，支板Ⅰ、支板Ⅱ分别与直线导轨副Ⅰ、直线导轨副Ⅱ相连接，丝杆螺母副的螺母与支板Ⅰ或支板Ⅱ相连接；所述直线运动单元安装于内环形支座Ⅰ的内腔中，安装架(10)的转盘(20)位于底座的旋转孔中，且转盘(20)的外周面与旋转孔孔壁相接触；转盘轴承Ⅰ(12)的内座圈、外座圈分别与内环形支座Ⅱ外周面的上部、内环形支座Ⅰ的上端面相连接，转盘轴承Ⅱ(9)的内座圈、外座圈分别与内环形支座Ⅰ的下端面、外环形支座Ⅱ的上端面相连接；蜗轮(19)固定套设在转盘轴承Ⅱ(9)的外座圈上并与外环形支座Ⅱ固定连接；所述双导程蜗杆(4)于外环形支座Ⅰ上的缺口处与蜗轮(19)相啮合；伺服电机(1)带动减速机(2)驱动双导程蜗杆副运动，从而驱动直线运动单元沿模型旋转轴作
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的旋转运动；伺服减速电机(15)驱动丝杆螺母副运动从...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，高鑫宇，蔡清青，尹永涛，闫喜强，邱荣凯，
申请(专利权)人：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：