[發(fā)明專利]一種含柔性鉸鏈可實現(xiàn)振動主動控制的風(fēng)洞用尾支桿

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710569890.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107356402B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫逸宇;沈星;李杰鋒;張磊;陳明絢;黎明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種含柔性鉸鏈可實現(xiàn)振動主動控制的風(fēng)洞用尾支桿，包括測力天平、支桿、柔性鉸鏈、后接頭、地面支臂、拉緊螺栓和壓電疊堆，所述測力天平連接在支桿上，支桿與柔性鉸鏈固定連接，后接頭與柔性鉸鏈固定連接，地面支臂套設(shè)于拉緊螺栓上，拉緊螺栓螺紋連接在后接頭上并將地面支臂抵接于后接頭上，壓電疊堆的一端固定連接在后接頭上，另一端抵接于柔性鉸鏈上。將柔性鉸鏈位移放大機構(gòu)融入到減振結(jié)構(gòu)中，保證壓電疊堆輸出更有效，減振結(jié)構(gòu)不需要對實驗中的測量天平與模型進行更改，具有較強的工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種含柔性鉸鏈可實現(xiàn)振動主動控制的風(fēng)洞用尾支桿。

背景技術(shù)：

在目前的風(fēng)洞測力試驗中，多采用模型、支桿以及尾部支撐架的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式的缺點在于整體結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)懸臂式，在進行風(fēng)洞實驗時，容易激發(fā)在俯仰方向的大幅度低頻振動，一方面對測力天平所獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了較大的誤差，另一方面加劇了風(fēng)洞實驗的危險性。如何保證風(fēng)洞實驗安全有效的進行，成為了在目前風(fēng)洞測力實驗的當(dāng)務(wù)之急。由于風(fēng)洞實驗對于流場穩(wěn)定性的需求，整體結(jié)構(gòu)的外形尺寸不能有較大改變，因此難以從減振支桿其自身的質(zhì)量剛度改變來達到振動抑制的目的。

智能材料中的壓電材料廣泛應(yīng)用為風(fēng)洞支撐系統(tǒng)的振動控制帶來新的思路。壓電材料是指在在受到壓力作用時在兩端面可以產(chǎn)生電壓的一種晶體材料，同時壓電材料多具有逆壓電效應(yīng)，逆壓電效應(yīng)是指當(dāng)在材料的電介質(zhì)極化方向施加電場時，會在電介質(zhì)一定方向上產(chǎn)生一定的機械變形或機械壓力。利用壓電材料可以實現(xiàn)電能與機械能互相轉(zhuǎn)換。其中，壓電陶瓷是壓電材料中應(yīng)用最為廣泛的材料之一，壓電陶瓷具有靈敏度高、響應(yīng)頻率高等特點，可以將微小的機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，利用這一特性，壓電陶瓷廣泛應(yīng)用于聲吶系統(tǒng)、氣象探測等領(lǐng)域。壓電疊堆是指將若干片壓電陶瓷片使用物理串聯(lián)、電學(xué)并聯(lián)或者串聯(lián)，相較單一的壓電片，其效率更高，受到壓力時所有壓電片都會產(chǎn)生電壓。同時，壓電疊堆不僅繼承了壓電陶瓷片高靈敏度與響應(yīng)頻率的優(yōu)點，還可以輸出更大力與位移，具有更好的驅(qū)動能力。

在振動主動控制中，需要對模型端的振動信號進行采集，并經(jīng)過一系列信號處理轉(zhuǎn)換為對壓電疊堆輸入的電壓信號。對壓電疊堆通入一定的電壓，壓電疊堆的輸出力與輸出位移呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，如果支桿剛度過大，壓電疊堆的輸出位移會降低，難以達到對振動有效控制的目的，因此有必要引入柔性機構(gòu)將支桿剛度降低，達到放大壓電疊堆輸出位移的目的。

柔性機構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)中柔性的彈性變形來實現(xiàn)運動、位移以及力的互相轉(zhuǎn)化，柔性機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、無間隙、無摩擦、易于控制以及運動精度高等優(yōu)點。目前的研究中，多以缺口型柔性鉸鏈作為研究對象，缺口型柔性鉸鏈運動范圍有限，不可用于大變形的場合，但是運動精度比其他柔性機構(gòu)更高，廣泛應(yīng)用于于陀螺儀、加速度計、精密天平、導(dǎo)彈控制等儀器儀表中，并獲得了前所未有的高精度和穩(wěn)定性。柔性鉸鏈主要可分為直梁型柔性鉸鏈和圓弧型柔性鉸鏈。直梁型柔性鉸鏈有較大的轉(zhuǎn)動范圍,但其運動精度較差,轉(zhuǎn)動中心在轉(zhuǎn)動過程中有明顯的偏轉(zhuǎn)。圓弧型柔性鉸鏈的運動精度較高,但運動行程受到很大的限制,只能實現(xiàn)微小幅度的轉(zhuǎn)動。

目前已有的用于主動減振的風(fēng)洞模型支撐結(jié)構(gòu)也是利用壓電疊堆作為振動抑制器件，如李杰峰等人設(shè)計的主動減振的風(fēng)洞模型尾支桿結(jié)構(gòu)(中華人民共和國，專利公開號：CN?103278305?A)，其設(shè)計利用四周布置四個相互夾角為90°的壓電疊堆，當(dāng)模型端部發(fā)生振動時，壓電疊堆輸出反向作用力，對端部振動起抑制作用，但是其結(jié)構(gòu)形式相對簡單并具有一定的局限性，不適用于復(fù)雜工況，并且其并未利用柔性鉸鏈作為壓電疊堆位移放大機構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種含柔性鉸鏈可實現(xiàn)振動主動控制的風(fēng)洞用尾支桿。