[發明專利]風洞模型多姿態耦合實時測力裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 202010350556.9
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111623951B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李廣良;董金剛;張江;魏忠武;秦永明
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：包括試驗模型主體、舵面自動偏轉機構、主動旋轉組件、測力天平和支撐件；所述的試驗模型主體包括前后兩個帶舵面的彈身以及兩個彈身之間的連接彈身；

所述舵面自動偏轉機構分別內置于所述試驗模型主體的不同舵面部位，分別驅動對應舵面單獨旋轉，所述主動旋轉組件通過定子與所述測力天平固連，通過轉子與連接彈身固定，通過電機組件Ⅰ與前彈身固連，在所述電機組件Ⅰ的驅動下前彈身的舵面相對后彈身的舵面旋轉，通過另一電機組件Ⅱ驅動整個試驗模型主體相對支撐件旋轉，支撐件與所述測力天平固連；

所述的主動旋轉組件包括轉子、定子、電機組件Ⅰ和電機組件Ⅱ，所述電機組件Ⅰ與所述轉子固連，其動力輸出軸與前彈身固連，所述電機組件Ⅱ與所述定子固連，其動力輸出軸與所述轉子固連，所述連接彈身與所述轉子固定或合為一體；所述的舵面自動偏轉機構包括電機驅動組件和舵軸傳動組件以及舵機主體；電機驅動組件固裝在所述的舵機主體上，用于提供正反旋轉的動力，其輸出動力軸與舵軸傳動組件固連，舵軸傳動組件將所述電機驅動組件的輸出動力轉化為偏轉的動力輸出至待測量舵軸，所述電機驅動組件的輸出動力軸軸線與舵軸傳動組件的旋轉軸線垂直交錯。

2.根據權利要求1所述的風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：還包括鉸鏈力矩天平，鉸鏈力矩天平一端與舵軸傳動組件固連，另一端與待測量舵軸固連，并隨舵軸傳動組件同步偏轉，能測量舵軸不同角度偏轉下的鉸鏈力矩。

3.根據權利要求2所述的風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：所述的舵軸傳動組件由具備自鎖特征的蝸輪蝸桿傳動，蝸桿與電機驅動組件的輸出動力軸連接，蝸輪與待測量舵軸或者鉸鏈力矩天平的一端固連。

4.根據權利要求3所述的風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：控制所述電機驅動組件的輸出動力軸軸線與所述舵軸傳動組件的旋轉軸線的最短距離偏離蝸輪蝸桿中心距±0.01mm以內，使其旋轉回程間隙在3′以內。

5.根據權利要求1所述的風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：舵面自動偏轉機構的布置方式和數量根據舵面的周向布局和數量而定。

6.根據權利要求1所述的風洞模型多姿態耦合實時測力裝置，其特征在于：支撐件能對所述試驗模型主體以某一俯仰、偏航或滾轉角速度單獨或耦合驅動下進行連續旋轉控制，旋轉回程間隙在3′以內。

7.風洞模型多姿態耦合實時測力試驗方法，其特征在于步驟如下：

（1）將權利要求1所述的測力裝置置于來流流場中，通過對支撐件的各運動自由度姿態調節，使其軸線與來流方向平行；

（2）預設速度來流的流場穩定后，通過支撐件結合所述電機組件Ⅱ控制試驗模型主體以某一俯仰、偏航或滾轉角速度單獨或耦合進行連續驅動旋轉，測力天平實時獲得連續角度變換下所述試驗模型主體所受來流氣動力或力矩的測力數據；

（3）實時采集和處理所述測力天平獲得的測力數據，當達到所述測力天平測量量程上限或系統設定的俯仰、偏航和滾轉角范圍邊界時，停止支撐件和所述電機組件Ⅱ的繼續旋轉，并驅動所述試驗模型主體返回初始狀態；

（4）舵面自動偏轉機構驅動各對應舵面分別或同時以某一角速度進行連續旋轉，實時重復步驟（2）和步驟（3）的操作，通過獲得的測力數據，評估和選擇各所述舵面的最大可用舵偏角范圍；

（5）所述電機組件Ⅰ驅動前彈身的舵面相對后彈身的舵面以某一角速度進行連續旋轉，實時重復步驟（2）、步驟（3）和步驟（4）的操作，通過獲得的測力數據，評估和選擇前彈身的舵面、后彈身的舵面沿軸向視角的交錯最佳位置。

8.風洞模型多姿態耦合實時測力試驗方法，其特征在于步驟如下：

（1）將權利要求1所述的測力裝置置于來流流場中，通過對支撐件的各運動自由度姿態調節，使其軸線與來流方向平行；

（2）預設速度來流的流場穩定后，設定所述試驗模型主體的俯仰、偏航和滾轉角度值；設定前彈身的舵面、后彈身的舵面沿軸向視角的交錯位置；設定所述試驗模型主體的氣動力矩受力設定值，將所述測力天平獲取的測力數據與上述設定值進行對比反饋，通過所述舵面自動偏轉機構驅動各所述舵面在其最大可用舵偏角范圍內分別進行連續偏轉，以滿足天平所測氣動力矩達到設定值；

（3）改變所述試驗模型主體的俯仰、偏航和滾轉角度值，重復步驟（2）的操作，直到各所述舵面在最大可用舵偏角范圍內偏轉均無法達到氣動力矩設定值，獲得在所述試驗模型主體俯仰、偏航和滾轉姿態連續變化下，前彈身的舵面、后彈身的舵面相對偏轉變化數據；

（4）改變前彈身的舵面、后彈身的舵面沿軸向視角的交錯位置，重復步驟（2）和步驟（3）的操作，獲得在所述試驗模型主體俯仰、偏航和滾轉姿態以及各所述舵面沿軸向視角交錯位置連續變化下所述舵面相對偏轉變化數據；

（5）改變流場的來流速度，重復步驟（2）、步驟（3）和步驟（4）的操作，獲得在所述試驗模型主體俯仰、偏航和滾轉姿態、流場的來流速度以及各所述舵面沿軸向視角交錯位置連續變化下，其各所述舵面相對偏轉變化數據。