一种水洞三自由度动态试验方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及水洞动态试验技术领域，公开了一种水洞三自由度动态试验方法及系统。该试验方法，采用电子凸轮替代水洞三自由度动态试验中所使用的机械凸轮，包括以下步骤：S1，利用PLC调用电子凸轮工艺对象，生成电子凸轮波形曲线，得到电子凸轮运动轨迹；S2，利用PLC建立虚拟主轴和同步轴，定义电子凸轮的插补关系，对电子凸轮进行插补；S3，利用PLC控制电机轴根据电子凸轮轨迹运动，实现电机轴的振荡。本发明专利技术解决了现有技术存在的不方便根据需求更改加工轨迹、加工成本高等问题。加工轨迹、加工成本高等问题。加工轨迹、加工成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水洞三自由度动态试验方法及系统


[0001]本专利技术涉及水洞动态试验
，具体是一种水洞三自由度动态试验方法及系统。

技术介绍

[0002]旋翼翼型动态失速是一种严重的非定常气动现象，其流动机理十分复杂，动态失速的发生通常被认为是直升机飞行的“硬”边界，深入地了解翼型动态失速特性和产生机理有利于研究如何提高旋翼性能，更精确地预测旋翼气动力，或进行旋翼初始设计和失速颤振计算。旋翼翼型试验技术是一项精细工程，翼型的设计优化及性能确定必须需要先进完整的试验技术体系作为支撑，水洞试验是认识旋翼翼型动态失速流动机理的重要手段，也可为发展并改进CFD模拟技术、转捩预测技术等提供理论指导，因此，建立直升机旋翼翼型动态复杂流动结构水洞精细测量技术，开展旋翼翼型动态失速流动机理研究，厘清翼型非定常气动特性背后的物理机制，将会对推动自主设计翼型的研发和提升我国直升机自主设计能力发挥重要的支撑作用。鉴于此，基于1米
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1米水洞（FL
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18B），建立了旋翼翼型三自由度动态试验装置，可实现俯仰、沉浮和摆振三自由度下，单一或耦合条件下的旋翼翼型运动，当前国内没有专门进行该类试验的装置，翼型三自由度耦合振荡水洞试验目前处于空白状态，该装置可配合高频PIV、激光诱导荧光显示、氢气泡、光纤天平、脉动压力传感器等测试手段，模拟旋翼多自由度耦合振荡过程，同步开展复杂动态分离特性和转捩特性的定性及定量研究。
[0003]利用机械凸轮进行水洞三自由度动态试验存在以下缺陷：a.不方便根据需求更改运动轨迹,需要繁琐的更改机械凸轮。
[0004]b.加工机械凸轮的成本较高、难度较大。
[0005]c.机械凸轮会磨损、通常是装置噪音的最主要来源。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种水洞三自由度动态试验方法及系统，解决现有技术存在的不方便、根据需求更改运动轨迹、试验成本高等问题。
[0007]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种水洞三自由度动态试验方法，采用电子凸轮替代水洞三自由度动态试验中所使用的机械凸轮，包括以下步骤：S1，利用PLC调用电子凸轮工艺对象，生成电子凸轮波形曲线，得到电子凸轮运动轨迹；S2，利用PLC建立虚拟主轴和同步轴，定义电子凸轮的插补关系，对电子凸轮进行插补；S3，利用PLC控制电机轴根据电子凸轮轨迹运动，实现电机轴的振荡。
[0008]作为一种优选的技术方案，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式包括
如下步骤：S31，电机轴启动过程中，逐渐增大电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳加速进入振荡过程。
[0009]作为一种优选的技术方案，步骤S31中，电机轴启动过程中，按照Nms的时间间隔、分M次对电机轴的振荡频率进行控制，使振荡频率逐次增加至目标启动频率；其中，400≤N≤600，3≤M≤6且M为整数。
[0010]作为一种优选的技术方案，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式还包括如下步骤：S32，电机轴停机过程中，逐渐减小电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳减速直至停止。
[0011]作为一种优选的技术方案，步骤S32中，电机轴停机过程中，按照Pms的时间间隔、分Q次对电机轴的振荡频率进行控制，使振荡频率逐次降低至电机停机；其中，400≤P≤600，3≤Q≤6且Q为整数。
[0012]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，采用以下方法建立虚拟主轴：利用PLC建立一个工艺对象，在工艺对象组态中，定义引导主轴的类型为虚拟轴，从而建立虚拟主轴。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，采用以下方法建立同步轴：利用PLC建立跟随同步轴工艺对象,实现对同步轴的建立。
[0014]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，利用PLC将电子凸轮的插补点定义在主值范围的第一个点与主值范围的最后一个点之间。
[0015]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，将主值范围的第一个点定义为电子凸轮的第一个插补点，将主值范围的最后一个点定义为电子凸轮的最后一个插补点。
[0016]一种水洞三自由度动态试验系统，采用所述的一种水洞三自由度动态试验方法，包括旋翼翼型、动态装置、连接于所述动态装置的驱动轴、连接于所述驱动轴的测力装置，所述测力装置与所述旋翼翼型连接，所述动态装置包括分别用以实现X轴、Y轴、Z轴方向运动的俯仰运动模组、浮沉运动模组、摆振运动模组。
[0017]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：（1）本专利技术电子凸轮直接将轨迹点输入到驱动器内,通过设定的解算方式进行伺服控制,达到和机械凸轮相同的试验目的。
[0018]（2）方便根据需求更改运动轨迹,而不需要繁琐的更改机械凸轮。
[0019]（3）加工成本较低、难度较小。
[0020]（4）避免了机械凸轮磨损产生的设备噪音。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述一种水洞三自由度动态试验方法的步骤图；图2为本专利技术所述一种水洞三自由度动态试验系统的结构示意图；图3为图2的另一个视图。
[0022]附图中标记及相应的零部件名称：1、旋翼翼型，7、驱动轴，8、测力装置，9、俯仰运动模组，10、浮沉运动模组，11、摆振运动模组。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0024]实施例1如图1至图3所示，一种水洞三自由度动态试验方法，采用电子凸轮替代水洞三自由度动态试验中所使用的机械凸轮，包括以下步骤：S1，利用PLC调用电子凸轮工艺对象，生成电子凸轮波形曲线，得到电子凸轮运动轨迹；S2，利用PLC建立虚拟主轴和同步轴，定义电子凸轮的插补关系，对电子凸轮进行插补；S3，利用PLC控制电机轴根据电子凸轮轨迹运动，实现电机轴的振荡。
[0025]作为一种优选的技术方案，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式包括如下步骤：S31，电机轴启动过程中，逐渐增大电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳加速进入振荡过程。
[0026]作为一种优选的技术方案，步骤S31中，电机轴启动过程中，按照Nms的时间间隔、分M次对电机轴的振荡频率进行控制，使振荡频率逐次增加至目标启动频率；其中，400≤N≤600，3≤M≤6且M为整数。
[0027]作为一种优选的技术方案，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式还包括如下步骤：S32，电机轴停机过程中，逐渐减小电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳减速直至停止。
[0028]作为一种优选的技术方案，步骤S32中，电机轴停机过程中，按照Pms的时间间隔、分Q次对电机轴的振荡频率进行控制，使振荡频率逐次降低至电机停机；其中，400≤P≤600，3≤Q≤6且Q为整数。
[0029]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，采用以下方法建立虚拟主轴：利用PLC建立一个工艺对象，在工艺对象组态中，定义引导主轴的类型为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水洞三自由度动态试验方法，其特征在于，采用电子凸轮替代水洞三自由度动态试验中所使用的机械凸轮，包括以下步骤：S1，利用PLC调用电子凸轮工艺对象，生成电子凸轮波形曲线，得到电子凸轮运动轨迹；S2，利用PLC建立虚拟主轴和同步轴，定义电子凸轮的插补关系，对电子凸轮进行插补；S3，利用PLC控制电机轴根据电子凸轮轨迹运动，实现电机轴的振荡。2.根据权利要求1所述的一种水洞三自由度动态试验方法，其特征在于，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式包括如下步骤：S31，电机轴启动过程中，逐渐增大电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳加速进入振荡过程。3.根据权利要求2所述的一种水洞三自由度动态试验方法，其特征在于，步骤S31中，电机轴启动过程中，按照Nms的时间间隔、分M次对电机轴的振荡频率进行控制，使振荡频率逐次增加至目标启动频率；其中，400≤N≤600，3≤M≤6且M为整数。4.根据权利要求3所述的一种水洞三自由度动态试验方法，其特征在于，步骤S3中，实现电机轴振荡运动的具体实现方式还包括如下步骤：S32，电机轴停机过程中，逐渐减小电机轴的振荡频率至目标频率,使电机轴平稳减速直至停止。5.根据权利要求4所述的一种水洞三自由度动态试验方法，其特征在于，步骤S32中，电机轴停机过程中，按照Pms的时间间隔、分Q次...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志银，吴霖鑫，张卫国，李国强，史喆羽，陈磊，车兵辉，于文涛，
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：