[發(fā)明專利]大型跨聲速風(fēng)洞大載荷模型捕獲軌跡試驗的六自由度系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711257750.7
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107860545A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魯文博;張楠;王峰;王志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司23101
• 代理人: 吳振剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空氣動力風(fēng)洞領(lǐng)域，具體涉及一種大型跨聲速風(fēng)洞大載荷模型捕獲軌跡試驗的六自由度系統(tǒng)。

背景技術(shù)

捕獲軌跡試驗是一種研究外掛物與載機(jī)分離安全特性的特種風(fēng)洞試驗，具體來說在高速風(fēng)洞試驗中模擬外掛物與載機(jī)分離狀態(tài)的試驗裝置。其中六自由度機(jī)構(gòu)是捕獲軌跡試驗系統(tǒng)中外掛物的支撐裝置及其運(yùn)動執(zhí)行裝置，是整個系統(tǒng)的核心部分。六自由度機(jī)構(gòu)由計算機(jī)控制，為外掛物模型提供六個自由度(軸向X、側(cè)向Y、法向Z、俯仰α、偏航β、滾轉(zhuǎn)γ)的運(yùn)動。六自由度機(jī)構(gòu)各個方向的運(yùn)動行程和運(yùn)動精度直接影響捕獲軌跡試驗的精度和效果，同時六自由度機(jī)構(gòu)的外形結(jié)構(gòu)直接影響其系統(tǒng)剛度和其在風(fēng)洞流場中的堵塞度及支撐干擾大小。跨聲速風(fēng)洞對試驗段內(nèi)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)尺寸有明確要求，必須小于1％。在如此苛刻的尺寸約束條件下，一般跨聲速風(fēng)洞CTS試驗六自由度機(jī)構(gòu)對模型氣動載荷的限制都比較嚴(yán)格，經(jīng)查詢，目前2m量級跨聲速風(fēng)洞CTS六自由度機(jī)構(gòu)能夠承受的模型氣動載荷最多不超過120kg。現(xiàn)有六自由度機(jī)構(gòu)行程小、承載能力差及剛度差。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種大型跨聲速風(fēng)洞大載荷模型捕獲軌跡試驗的六自由度系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有六自由度機(jī)構(gòu)行程小、承載能力差及剛度差的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種大型跨聲速風(fēng)洞大載荷模型捕獲軌跡試驗的六自由度系統(tǒng)，包括橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)、法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)、軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)和三自由度姿態(tài)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述的橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝在試驗段上、下壁板背風(fēng)面上，法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝在橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝在法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，三自由度姿態(tài)運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝在軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)上；

所述的橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括第一絲杠、橫向直線導(dǎo)軌、第一減速器、第一伺服電機(jī)，橫向直線導(dǎo)軌安裝在上、下壁板背風(fēng)面基座上，第一絲杠、第一減速器和第一伺服電機(jī)安裝在下壁板背風(fēng)面基座上，第一伺服電機(jī)通過第一減速器與第一絲杠連接，第一絲杠與法向基座的下端面連接；法向基座的上、下端面與橫向直線導(dǎo)軌滑動連接，從而使法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)沿風(fēng)洞橫線運(yùn)動；

所述的法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括第二絲杠、第二直線導(dǎo)軌、第二減速器、第二伺服電機(jī)和法向基座，第二伺服電機(jī)、第二減速器、第二絲杠和第二直線導(dǎo)軌均安裝在法向基座上，第二絲杠和第二直線導(dǎo)軌平行，第二伺服電機(jī)通過第二減速器與第二絲杠連接，從而使軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)沿風(fēng)洞法向運(yùn)動；

所述的軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括第三絲杠、第三直線導(dǎo)軌、第三減速器、第三伺服電機(jī)、軸向基座、連接板和第一滑塊，第三絲杠、第三直線導(dǎo)軌、第三減速器和第三伺服電機(jī)安裝在軸向基座上，第三絲杠和第三直線導(dǎo)軌平行，第三直線導(dǎo)軌上安裝有第一滑塊，第一滑塊與連接板固定連接，連接板與第三絲杠的螺母連接，連接板與法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)連接，第三伺服電機(jī)通過第三減速器與第三絲杠連接，從而軸向基座實現(xiàn)軸向運(yùn)動；

所述的三自由度姿態(tài)運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括第一級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)和第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；

所述的第一級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括滾轉(zhuǎn)殼體、第一諧波減速器，第一軸承和第四伺服電機(jī)；俯仰基座與殼體之間安裝有第一軸承，滾轉(zhuǎn)殼體與軸向基座連接，第一諧波減速器的輸出端與俯仰基座連接，第四伺服電機(jī)驅(qū)動第一諧波減速器實現(xiàn)俯仰基座繞風(fēng)洞軸線±360°轉(zhuǎn)動；

所述的俯仰機(jī)構(gòu)包括電動缸、第四直線導(dǎo)軌、連桿、俯仰基座和第二滑塊，電動缸和第四直線導(dǎo)軌安裝在俯仰基座上，連桿一端與第二滑塊鉸接，連桿的另一端與第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鉸接，電動缸的伸縮桿與第二滑塊連接；

所述的第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸鉸接在俯仰基座上，電動缸伸縮桿運(yùn)動時，第二滑塊沿風(fēng)洞軸線運(yùn)動，通過連桿驅(qū)動第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞該轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的俯仰運(yùn)動；

所述的第二級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括外殼、第二諧波減速器、第五伺服電機(jī)、第二軸承，外掛物尾桿、內(nèi)軸和聯(lián)軸器，外殼通過轉(zhuǎn)軸鉸接在俯仰基座上，外殼內(nèi)裝有第二諧波減速器、第五伺服電機(jī)、第二軸承內(nèi)軸和聯(lián)軸器；第二諧波減速器通過齒輪與第五伺服電機(jī)連接，第二諧波減速器輸出端通過聯(lián)軸器與內(nèi)軸連接，內(nèi)軸和外殼之間安裝有第二軸承，內(nèi)軸與外掛物尾桿連接。

本發(fā)明的創(chuàng)新點和有益效果是：

(1)此六自由度機(jī)構(gòu)采用六臺伺服電機(jī)實現(xiàn)三個方向的直線運(yùn)動和姿態(tài)運(yùn)動。橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)、法向運(yùn)動機(jī)構(gòu)和軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)的串聯(lián)安裝，實現(xiàn)三個方向的直線運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的姿態(tài)運(yùn)動采用兩級滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)加俯仰機(jī)構(gòu)的方式實現(xiàn)俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)角的運(yùn)動。

(2)橫向機(jī)構(gòu)位于試驗段上下壁板的背風(fēng)面，減少了六自由度機(jī)構(gòu)的安裝空間。采用單側(cè)絲杠驅(qū)動和上下導(dǎo)軌支撐的方式，橫向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動行程可達(dá)1500mm。