本发明专利技术公开了一种风洞模型支撑装置，包括动平台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动平台上，并用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度。根据本发明专利技术的风洞模型支撑装置，可实现风洞试验中模型的六自由度，且通过并联的第一驱动单元和第二驱动单元可以有效地扩大所能实现模型的俯仰和滚转振幅，降低了驱动单元的加速度和运动速度并减少了运动行程，结构简单且可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种风洞实验装置，尤其是涉及一种用于风洞实验中模型的支撑装置。
技术介绍
风洞实验是空气动力学研究三个基本手段之一，风洞实验成果最强有力地推动了 航空航天事业的发展。在风洞实验中，需用支架系统把模型支撑在风洞之中，这个支架就是 风洞模型支撑，它是实现风洞模型姿态控制的机构。常用的模型支撑方式包括腹撑、尾撑、 背撑和张线支撑等。在不同种类的风洞试验中，不同支撑方式有各自的特点和优势。在实 验中要求飞机模型的俯仰、偏航、滚转、升沉、横向平移和纵向平移。 随着并联机构的出现及相关理论的逐渐成熟，并联机构以其高刚度、高响应速度 和误差不累积等优点，很快应用到风洞模型支撑系统中。目前大多采用的风洞模型支撑系 统有Stewart平台的并联机构风洞模型系统和Hexaglide (6-PSS)并联机构风洞模型支撑 系统。虽然这两类风洞模型支撑系统具有较高的动态响应特性，但是很难满足风洞模型试 验中对飞机模型做高频率、大振幅运动的实验要求。因为在风洞试验中，飞机模型是由一根 杆件与动平台固连，在试验过程中动平台不能进入风区，这就要求动平台和飞机模型之间 的杆件长度至少大于风洞的半径。由于风洞半径的限制，当模型做大振幅、高频率运动时， 会使风洞模型支撑系统所需要的输入加速度相当大，这是一般的驱动单元无法实现的，而 且结构复杂，且制造、装配成本较高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于 提出一种可扩大模型的俯仰和滚转振幅、结构简单且可靠的用于风洞中的风洞模型支撑装置。 根据本专利技术的一个实施例的风洞模型支撑装置，包括动平台，所述动平台具有三 个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用 于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动 平台上，并用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度。 根据本专利技术的风洞模型支撑装置，可实现风洞试验中模型的六自由度，且通过并 联的第一驱动单元和第二驱动单元可以有效地扩大所能实现模型的俯仰和滚转振幅，降低 了驱动单元的加速度和运动速度并减少了运动行程，降低了控制系统的复杂程度，结构简 单并且可靠性强。 另外，根据本专利技术的风洞模型支撑装置还具有如下附加技术特征 所述第一驱动单元和所述第二驱动单元垂直布置。 第一驱动单元包括第一驱动电机；以及第一曲柄连杆机构，所述第一驱动电机 驱动所述第一曲柄连杆机构以实现所述夹持装置的纵向和横向转动自由度中的一个。 所述第一曲柄连杆机构包括第一曲柄摇杆机构，所述第一曲柄摇杆机构的从动 件为第一摇杆，且第一摇杆末端铰接有第一刚性杆，所述第一刚性杆的另一端与所述夹持 装置可转动地连接且可上下运动，以使第一曲柄带动第一摇杆做摆动使第一刚性杆带动所 述夹持装置运动；和第一齿轮齿条机构，所述第一齿轮齿条机构与所述第一驱动电机相连 接，用以驱动第一曲柄摇杆机构，其中所述第一齿轮齿条机构中第一齿条的一端与第一曲 柄相铰接。 第二驱动单元包括第二驱动电机；以及第二曲柄连杆机构，所述第二驱动电机 驱动所述第二曲柄连杆机构以实现所述夹持装置的纵向和横向转动自由度中的另一个。 所述第二曲柄连杆机构包括第二曲柄摇杆机构，所述第二曲柄摇杆机构的从动 件为第二摇杆，且第二摇杆末端铰接有第二刚性杆，所述第二刚性杆的另一端与所述夹持 装置可转动地连接且可上下运动，以使第二曲柄带动第二摇杆做摆动使第二刚性杆带动所 述夹持装置运动；和第二齿轮齿条机构，所述第二齿轮齿条机构与所述第二驱动电机相连 接，用以驱动第二曲柄摇杆机构，其中所述第二齿轮齿条机构中第二齿条的一端与第二曲 柄相铰接。 所述夹持装置为虎克铰，其包括上铰链架，所述上铰链架的顶端与所述动平台底部通过动平台连接件进行连接，所述上铰链架成拱形且两端分别形成有在同一轴线上的第一圆孔；下铰链架，所述下铰链架的底端通过模型连接件与所述模型进行连接，所述下铰链架形成为半球壳形，且在边缘处形成在同一轴线上的两个凸缘，所述两个凸缘上分别形成有第二圆孔，所述两个第二圆孔的轴线与所述第一圆孔的轴线相垂直；以及十字轴，所述十字轴的四个轴端分别可转动地设在所述两个第一圆孔和两个第二圆孔中。 根据本专利技术的风洞模型支撑装置，在虎克铰上形成了两组轴线相互垂直的转动副，并且相交于十字轴的中心点。由此，两个上铰链架和下铰链架可以分别绕十字轴做独立转动。由于驱动单元的运动副都是低副，且组成运动副的原件表面全是圆柱面或平面，因而加工、安装和调整都比较方便，可以获得较高的精度；组成运动副的原件间的接触都是面接触，它所承受的单位压力较小，故磨损较小，可靠性较高。 所述第一和第二刚性杆的下端分别通过第一球铰和第二球铰与所述虎克铰相铰 接。 所述刚性杆的下端与下铰链架的边缘铰接，且铰接点分别在十字轴的两条轴线所 在的竖直面上。 所述动平台具有三个平动自由度和一个转动自由度，即沿Z轴的升降、沿Y轴的横 向平动、沿X轴的纵向平动和绕Z轴的偏航。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 图1是根据本专利技术的风洞模型支撑装置的在Y0Z平面上的结构示意图； 图2是图1中所示的风洞模型支撑装置的虎克铰的示意图；以及 图3是图1中所示的风洞模型支撑装置的第一驱动单元在X0Z平面上的示意图。 附图标记 1.模型；2.动平台； 3.第一驱动单元； 4.第二驱动单元； 5.虎克铰具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 在本专利技术的描述中，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"顶"、"底"及O-XYZ坐标系等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。 下面参考图1-3描述根据本专利技术的一个实施例的风洞模型支撑装置。 如图1-图3所示，根据本专利技术实施例的风洞模型支撑装置包括动平台2、夹持装置5、第一驱动单元3和第二驱动单元4。其中，动平台2具有三个平动自由度和至少一个转动自由度。可选地，动平台2具有四个自由度，即三个平动自由度和至少一个转动自由度，即沿Z轴的升降、沿Y轴的横向平动、沿X轴的纵向平动和绕Z轴的偏航。当然，在本专利技术的另一个示例中，动平台2也可以具有六个自由度，即沿Z轴的升降、沿Y轴的横向平动、沿X轴的纵向平动、绕Z轴的偏航、绕Y轴的俯仰及绕X轴的滚转。 夹持装置5与动平台2相连接并用于固定支撑模型1。可选地，夹持装置5为虎 克铰。如图2所示，虎克铰5包括上铰链架51、下铰链架52和十字轴53。其中，在上铰链 架51的顶端与动平台2底部通过动平台连接件21进行固定连接。而下铰链架52的底端 通过模型连接件11与模型1进行连接。 具体地，上铰链架51成拱形，其两端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风洞模型支撑装置，包括：动平台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动平台上，并用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：关立文，王立平，汪劲松，张浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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