[發明專利]一種高速風洞平移振動動導數試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 202010929426.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112067245A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 李王斌;潘金柱;徐明;才義;張杰;劉斌
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明公開了一種高速風洞平移振動動導數試驗裝置及試驗方法，該裝置由平移支桿結構、滑軌和渦卷彈簧平衡結構組成，由平移支桿結構的驅動電機驅動其與模型一同上下平動。在平移支桿結構上下周期性平動時，渦卷彈簧平衡結構提供一平衡力以抵消模型本身所受法向力影響。

技術領域

本發明屬于航空氣動力風洞特種試驗技術領域，尤其涉及一種高速風洞平移振動動導數試驗裝置及試驗方法。

背景技術

如圖1，飛行器在飛行中遇到上下氣流干擾時，飛行迎角的突然變化，會導致作用于飛行器上的氣動力波動，此時飛行器由于氣動力波動會出現明顯的上下平移運動情況，這是一種典型的氣流迎角改變導致氣動力變化的例子。為了研究高速飛行時此種飛行迎角變化帶來的動態氣動性能變化，也即平移振動的動態穩定性導數(動導數)變化，需建立高速風洞平移振動動導數的測量機構。同時由于高速風洞試驗條件的限制，在模型本身有迎角時，需要較大的驅動力去克服升力，驅動結構的實現難度較大，目前在高速風洞試驗中還未能建立此種上下控制能力。因此，需要研究出體積小巧、構型簡潔的上下控制機構，在高速風洞中實現上下平移運動的模擬，最終獲得飛行器高速飛行時上下平移運動的動態氣動力，進而得到飛行器的高速平移振動動導數，補充完善飛行器的飛行控制及安全飛行參數。一般將馬赫數大于0.3小于4的風洞稱為高速風洞。

發明內容

發明目的

本發明為解決現有風洞試驗技術能力下，無法模擬測量高速風洞中的上下平移振動動導數問題提供一種高速風洞平移振動動導數試驗裝置，該裝置可以實現高速風洞中上下平移運動的控制。該控制裝置對風洞造成的阻塞度需較小，且對流場影響微弱。該裝置在運動過程中應當是往復運動的，運動軌跡需為精確的上下平移運動。為了實現模型迎角較大的變化范圍，控制機構需有快速上下平移運動的能力，這要求平移運動驅動電機在平衡位置需求的功率最小。運動過程中需實時測量模型上下運動位置和作用于模型上的非定常空氣動力。

發明技術解決方案

一種高速風洞平移振動動導數試驗裝置，該裝置由平移支桿結構、滑軌和渦卷彈簧平衡結構組成；渦卷彈簧平衡結構位于平移支桿結構下方；

平移支桿結構由支桿、支桿接頭、滑軌軌套、偏心凸輪、凸輪槽、軌套座、電機組成；滑軌軌套安裝于軌套座側面，軌套座前、后端分別安裝支桿接頭和凸輪槽；支桿固定在支桿接頭上，偏心凸輪能夠在電機的驅動下旋轉，凸輪槽在偏心凸輪帶動下上下運動；滑軌軌套與沿豎直方向固定在風洞基座上的滑軌配合；

渦卷彈簧平衡結構由張線、平面渦卷彈簧、驅動電機、螺桿、齒輪組成；平面渦卷彈簧和齒輪固定于風洞底板上，平面渦卷彈簧內端固連于齒輪中心；驅動電機的電機螺桿驅動齒輪旋轉；張線一端連接平面渦卷彈簧外端，另一端固連于凸輪槽上。

優選的，電機輸出軸與偏心凸輪轉動中心重合，凸輪槽與偏心凸輪外型面滑動接觸。

優選的，平面渦卷彈簧與齒輪中心重合。

優選的，平面渦卷彈簧與齒輪安裝于帶滾珠軸承的安裝軸上。

優選的，滑軌軌套固定在軌套座兩側面，滑軌軌套上有沿豎直方向的軌道槽。

優選的，每個平面渦卷彈簧上連接兩根張線。

平面渦卷彈簧為非接觸式，渦卷彈簧平衡結構包含兩個平面渦卷彈簧，平面渦卷彈簧的各參數為：變形角10rad，扭矩300Nm，簧片截面厚度4mm，簧片截面寬度80mm，內徑45mm，最大外徑500mm，圈數為10圈，節距約50mm。

優選的，張線沿豎直方向延伸。

優選的，平面渦卷彈簧在模型運動過程中，由于模型上下平移運動平面渦卷彈簧外端也同時做上下運動，導致的拉力變化量須不超過靜態拉力的10％。