CN105157949A - 一种模型迎角机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型迎角机构，包括下支座和设置在下支座上的上支座，所述上支座同一垂直面上并列设置有两根弧形导轨，两根弧形导轨之间设置有弧形齿条；连接机构在驱动机构的作用下沿着弧形导轨运动从而带动被测模型在风洞内转动实现迎角的连续变化。采用本发明的结构可以实现在风洞试验时整个支撑机构主体不需要设置在风洞试验区内，只需要将被测模型、尾支杆和部分预弯支杆留在风洞试验区内，减少支撑机构对风洞流场的影响，提高试验的精准度；且支撑装置与风洞壁不接触，减小支撑装置对风洞流场的影响。

Description

一种模型迎角机构

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体的说是涉及一种模型迎角机构。

背景技术

进行风洞模型试验，需要用支架***把模型支撑在风洞中，实现对模型姿态角的变换和控制，常用的模型支撑方式包括腹撑、尾撑、背撑以及适用于开口试验段的张线支撑等。无论采用何种支撑方式，其中模型迎角机构是模型支撑装置研制的重点和难点，在试验过程中，现有的支撑方式均需要将支撑机构设置在风洞试验区内，并固定在风洞内壁上。该支撑装置对试验区流场会产生影响，而且因为与洞壁直接连接，会因为振动使洞壁与装置之间相互影响。

在现有支撑方式的基础上，中国人民解放军空军工程大学公开了一种单回流闭口风洞迎角机构，公开号为CN201320445905.0的实用新型，该文件中采用了一种弯刀结构，在蜗轮内部设计滑轨，弯刀可沿滑轨移动，从而改变机构的初始迎角，该公开文件中的迎角机构可以保证实验的准确性和精确性要求，较灵活的实现了大迎角范围的实验任务。但该公开文件中的机构在实际的风洞试验过程中，整个支撑机构仍然需要置于风洞试验区内，从实质角度上来讲，并没有解决传统支撑方式上的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种模型迎角机构，采用全新的结构和支撑方式，使得在试验过程中，支撑机构不需要设置在风洞试验区内，仅仅是模型和支杆在风洞试验区内转动，实现被测模型迎角的连续变化，完成试验。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模型迎角机构，包括：

下支座和设置在下支座上的上支座，所述上支座同一垂直面上并列设置有两根弧形导轨，两根弧形导轨之间设置有弧形齿条；

连接板，所述连接板的一面上设置有驱动机构，连接板另一面上设置有齿轮和分别设置在齿轮上下方的导轨滑块，齿轮与上方导轨滑块之间设置有定位装置；

连接板上的两个导轨滑块与上支座上的两根弧形导轨位置一一对应、且导轨滑块卡在弧形导轨上，齿轮设置在弧形齿条与下方弧形导轨之间，且齿轮与弧形齿条的外齿啮合，定位装置上设置有两个卡紧片，弧形齿条的上沿卡在两个卡紧片之间，整个连接板在驱动机构的驱动下沿着弧形导轨运动；

连接板的顶端依次连接有过渡连接座、预弯支杆、尾支杆、内式天平和模型；

所述两根弧形导轨与弧形齿条同轴，轴线与尾支杆旋转中心重合。

在上述技术方案中，所述齿轮下方的导轨滑块分为两段，齿轮下方两段导轨滑块的中心与齿轮上方导轨滑块的中心在同一平面上成构成等腰三角形。

在上述技术方案中，所述预弯支杆分为三段，在同一平面上，预弯支杆的第一段与第三段反向折弯。

在上述技术方案中，所述预弯支杆其中一个折弯端连接固定到过渡连接座，另一个折弯段与尾支杆连接，与尾支杆连接的折弯段的折弯角度可变。

在上述技术方案中，所述尾支杆与模型直接连接，所述过渡连接座由外式天平代替。

一种模型迎角机构的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：将整个迎角机构安装设置在地面转盘上，将地面转盘设置在风洞试验段下方；

步骤二：在风洞试验段下洞壁转盘上开设一个窗口，将迎角机构中的尾支杆和部分预弯支杆通过窗口伸入到风洞试验区内连接并支撑试验模型；

步骤三：通过迎角机构上的驱动机构控制连接板在两根弧形导轨上滑动，并带动预弯支杆、尾支杆及模型整体运动，从而实现模型迎角的连续变化。

在上述技术方案中，所述尾支杆旋转中心始终与风洞的轴线重合。

在本发明中，驱动机构采用成熟技术，主要包括伺服驱动电机、减速机，驱动输出到齿轮上，通过控制***控制驱动机构驱动齿轮转动，齿轮与弧形齿条啮合，从而控制连接板沿弧形导轨移动以实现对支杆旋转角度的变化控制。

本发明与现有技术具有以下优点：

1）本发明采用的弧形导轨的结构可以实现被测模型的迎角在一定角度的范围内可连续的变化，实现现有支撑方式的功能；

2）本发明中的预弯支杆的其中一个角度可以进行改变，通过改变该角度可以实现对模型初始迎角的改变，通过改变初始迎角可以实现对模型在风洞试验过程中进行更大范围内姿态变化的控制；

3）本发明采用的结构可以实现在风洞试验时整个支撑机构主体不需要设置在风洞试验区内，只需要将被测模型、尾支杆和部分预弯支杆留在风洞试验区内，减少支撑机构对风洞流场的影响，提高试验的精准度；

4）本发明整个机构均不与风洞洞壁相接触，因此在试验过程中不会产生振动干涉的问题，对风洞洞体不会产生影响；

5)本发明结构简单紧凑，操作维护方便，在不改变本身结构的前提下可以与其他角度机构进行组合控制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明活动部分结构示意图；

图3是本发明固定部分结构示意图；

图4是本发明在地面转盘上安装的结构示意图；

其中：1尾支杆，2预弯支杆，3过渡连接座，4连接板，5驱动机构，6下弧形导轨，7弧形齿，8上弧形导轨，9下支座，10上支座，11下导轨滑块，12上导轨滑块，13是定位装置，14是齿轮，15是地面转盘，16是模型，17是迎角机构。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的迎角机构主要包括两部分，一个是固定结构部分，一个是在固定结构上的活动结构部分，通过活动结构的运动实现最终效果。

如图2所示，是本发明的活动结构主要包括两个部分，一部分是驱动连接部分，由连接板、驱动机构、齿轮、上滑块、下滑块和定位装置组成，驱动机构由伺服驱动电机和减速机组成。驱动机构安装设置在连接板的一面上，在连接板的另一面上设置有齿轮，齿轮的动力输入由伺服驱动电机和减速机提供；在齿轮的上方设置有上导轨滑块，齿轮的下方设置有下导轨滑块，在上导轨滑块与齿轮之间设置有定位装置；下导轨滑块分为两段，设置在齿轮垂直轴线的两侧，两个下导轨滑块与上导轨滑块形成等腰三角形的布局。本发明中伺服驱动电机、减速机、弧形导轨均选用标准成熟品牌产品，其余部件为非标设计。

一部分是支杆连接部分，包括过渡连接座、预弯支杆、尾支杆。过渡连接座设置在连接板的顶端，过渡连接座上依次连接有预弯支杆、尾支杆，尾支杆的末端连接模型。预弯支杆根据试验需要可以设计为不同的预弯角度，为了满足需要，预弯支杆分为三段，在同一水平面上，第一段和第三段向相反方向折弯，一端与过渡连接座连接，另一端与尾支杆连接，与尾支杆连接的一段其折弯角度根据实际需要可以进行改变。

在实际试验中，可以采用内式天平也可以采用外式天平。当采用内式天平时，将内式天平连接到尾支杆的末端后设置在模型内；当采用外式天平时，尾支杆与模型直接连接，将过渡连接座用外式天平替代，预弯支杆连接到外式天平上。

如图3所示，是本发明的固定结构部分，包括上支座和下支座两部分，下支座立柱采用方形管，上支座背面中空焊接井字肋，在保证刚度要求下，可减轻装置重量。上支座的一个面上固定设置有相互平行的两条弧形导轨，在两条弧形导轨之间设置有一根弧形齿条，两条弧形导轨与弧形齿条均平行设置且具有相同弧度。

如图1所示，是本发明整体机构示意图，活动结构部分安装设置在固定结构部分上，将连接板上的下导轨滑块卡住上支座面上的下弧形导轨上，上导轨滑块卡在上弧形导轨上，定位装置上有两个卡紧片，弧形齿条的上沿卡入两个卡紧片之间，齿轮与弧形齿条锯齿啮合；通过控制***控制驱动机构驱动齿轮转动，从而控制整个活动部分沿弧形导轨转动，并可以使活动部分精确地停留在弧形导轨上的任意位置。当在某位置停留时，控制机构控制定位装置上的两个卡紧片向内夹紧弧形齿条，使得活动部分固定在该位置不会滑动。

当活动部分在弧形导轨上滑动的同时，通过预弯支杆和尾支杆的作用，模型也跟随转动，因为在本发明中上、下弧形导轨(R1、R2)及弧形齿分度圆（R3）同轴，轴线与尾支杆旋转中心重合，尾支杆旋转中心（即模型参考几何中心）始终与风洞轴线重合，因此迎角相对变化范围如图1中所示的2α。

如图4所示，本发明的具体实施还需要配合其他装置，本发明中采用安装在地面的地面转盘，实际试验过程中，首先将本发明安装设置在地面转盘上，该地面转盘设置与风洞试验区的下方，在风洞试验段下洞壁转盘上开设一窗口，本发明中的部分预弯支杆、尾支杆穿过窗口伸入到风洞试验区内。在试验过程中，本发明通过电机控制模型在风洞内的迎角做连续变化，但是始终保持在风洞流场范围内只有模型、尾支杆和部分预弯支杆。

本例中，模型在风洞中的旋转中心在水平面的投影与地面地面转盘回转中心重合。地面地面转盘可实现±180°转动。迎角机构与地面地面转盘组合，就可实现对模型迎角和侧滑角姿态变化的控制。

Claims (7)

1.一种模型迎角机构，其特征在于包括：

下支座和设置在下支座上的上支座，所述上支座同一垂直面上并列设置有两根弧形导轨，两根弧形导轨之间设置有弧形齿条；

连接板，所述连接板的一面上设置有驱动机构，连接板另一面上设置有齿轮和分别设置在齿轮上下方的导轨滑块，齿轮与上方导轨滑块之间设置有定位装置；

连接板上的两个导轨滑块与上支座上的两根弧形导轨位置一一对应、且导轨滑块卡在弧形导轨上，齿轮设置在弧形齿条与下方弧形导轨之间，且齿轮与弧形齿条的外齿啮合，定位装置上设置有两个卡紧片，弧形齿条的上沿卡在两个卡紧片之间，整个连接板在驱动机构的驱动下沿着弧形导轨运动；

连接板的顶端依次连接有过渡连接座、预弯支杆、尾支杆、内式天平和模型；

所述两根弧形导轨与弧形齿条同轴，轴线与尾支杆旋转中心重合。

2.根据权利要求1所述的一种模型迎角机构，其特征在于所述齿轮下方的导轨滑块分为两段，齿轮下方两段导轨滑块的中心与齿轮上方导轨滑块的中心在同一平面上成构成等腰三角形。

3.根据权利要求1所述的一种模型迎角机构，其特征在于所述预弯支杆分为三段，在同一平面上，预弯支杆的第一段与第三段反向折弯。

4.根据权利要求3所述的一种模型迎角机构，其特征在于所述预弯支杆其中一个折弯端连接固定到过渡连接座，另一个折弯段与尾支杆连接，与尾支杆连接的折弯段的折弯角度可变。

5.根据权利要求1所述的一种模型迎角机构，其特征在于所述尾支杆与模型直接连接，所述过渡连接座由外式天平代替。

6.如权利要求1、2、3、4、5中任一种模型迎角机构的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将整个迎角机构安装设置在地面转盘上，将地面转盘设置在风洞试验段下方；

步骤二：在风洞试验段下洞壁转盘中开设一个窗口，将迎角机构中的尾支杆和部分预弯支杆通过窗口伸入到风洞试验区内连接并支撑试验模型；

步骤三：通过迎角机构上的驱动机构控制连接板在两根弧形导轨上滑动，并带动预弯支杆、尾支杆及模型整体运动，从而实现模型迎角的连续变化。

7.根据权利要求6的一种模型迎角机构的试验方法，其特征在于所述尾支杆旋转中心始终与风洞的轴线重合。