CN107860550A - 一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法 - Google Patents

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孟宝清
姜宗林
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Abstract

本发明公开了一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法，包括如下步骤：1)通过空间杆系将风洞与所述风洞内的飞行器模型连接固定，且所述风洞与所述飞行器模型不直接接触；2)根据实验测量以及支撑***设计的要求，调节所述空间杆系中支撑杆的直径、长度、数量、材质和空间分布形式，从而实现飞行器模型支撑***的刚度的优化。采用本发明的支撑方法，可以使得支撑***进一步适应、满足风洞实验内容和测量的要求，达到提高气动实验数据精确度和可信度的目的，有效解决了传统支撑方法中支撑***的刚度不足、流场干扰大和***内力复杂等问题，在风洞实验方面具有明显的优势和创新发展的潜力，尤其在针对全尺度、大模型气动实验方面。

Description

一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法
技术领域
本发明涉及风洞实验技术领域，具体地涉及一种用于一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法。
背景技术
在实际飞行过程中，飞行器经常需要做出俯仰、偏航、滚转、升沉、横向平移和纵向平移等动作，因此在地面风洞实验中需要对飞行器的各方面数据进行测量。在地面风洞实验中，一般利用相对运动原理，即飞行器模型固定或者相对固定，风洞产生高速气流作用在飞行器模型上模拟飞行情况。因此，风洞实验飞行器模型须采用特定的方式进行支撑和固定，这就是通常所称的模型支撑***。
目前常用的传统支撑***可分为三类：第一类是尾部支撑***，在飞行器模型尾部通过悬臂结构实现支撑，该类***设计简便，但悬臂结构往往比较粗笨，而且结构刚度不足，实验能力和范围有很大的局限性，如要求模型尺度小、重量小等；第二类是腹部/背部支撑***，在飞行器的腹部或者背部通过悬臂结构实现支撑，该类***尺度庞大，与飞行器模型尺度科比，往往会严重破坏模型表面的流场，其干扰区域甚至可以覆盖整个飞行器模型，极大地影响了实验数据的精度和可信度；第三类是张线支撑***，采用张线(细线或钢丝等)连接在模型表面多个位置，通过预紧力将张线***绷紧，达到支撑的目的，该类***设计和安装较为复杂，而且在实验过程中受气流作用时张线的预紧力(内力)存在着复杂的变化，难以预先设计和测算，从而限制了张线***的应用范围，一般用于飞行器作低速机动动作时的支撑。
针对传统的风洞实验模型支撑方式中出现的问题，本发明提出一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法。采用空间杆系对飞行器模型实现多点支撑，解决了传统的支撑刚度不足、流场干扰过大、支撑***内力复杂等问题。该支撑方法在风洞实验方面具有明显的优势和创新发展的潜力，尤其在针对全尺度、大模型气动实验方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法。采用该支撑方法使得支撑***在风洞气动实验中具有比刚度高、流场干扰小、内力简单和灵活调节等特点。提高了飞行器模型气动实验数据的准确性和可靠性。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法，包括如下步骤：
1)通过空间杆系将风洞与所述风洞内的飞行器模型连接固定，且所述风洞与所述飞行器模型不直接接触；
2)根据实验测量以及支撑***设计的要求，调节所述空间杆系中支撑杆的直径、长度、数量、材质和空间分布形式，从而实现飞行器模型支撑***的刚度的优化。
进一步，所述支撑杆的直径0.5-10cm，长度为所述直径的50-200倍。
进一步，所述支撑杆在所述飞行器模型安装过程中通过所述球铰处于预拉状态，并在整个实验过程中保持受拉状态。
进一步，所述的支撑杆为金属或者非金属固体材质。
进一步，所述飞行器模型通过所述空间杆系在所述风洞内形成多点支撑。
进一步，所述空间杆系中支撑杆的一端与所述风洞连接，另一端与所述飞行器模型连接。
进一步，所述支撑杆与所述飞行器模型通过所述球铰连接，并充分润滑球铰，降低摩擦力影响。
进一步，所述支撑杆与所述风洞设备通过所述球铰连接，并充分润滑球铰，降低摩擦力影响。
优选地，所述支撑杆的数量、分布形式应确保所述飞行器模型和所述支撑***为静定或超静定***。
优选地，所述飞行器模型应处于所述风洞设备的有效实验区域内。
采用本发明的支撑方法，将对飞行器模型实行空间多点支撑，显著提高支撑***的刚度和比刚度，从而克服传统的尾部支撑方法刚度不足的缺点；可以大幅降低支撑***的尺寸和重量，避免传统的腹部/背部支撑对流场造成的严重干扰；支撑杆本身可以产生弯矩内力，抵抗其表面承受的气流形成的载荷，降低了支撑杆内力分析的难度，克服传统张线支撑方法内力解算极其复杂的问题。该支撑方法在风洞实验方面具有明显的优势和创新发展的潜力，尤其在针对全尺度、大模型开展气动力特性测量方面。
本发明的有益效果如下：
1、采用本发明的支撑方法对风洞实验中飞行器模型进行多点支撑，使得支撑***具有比刚度高、流场干扰小、支撑***内力简单、结构简单和易调节优化等特点。
2、采用本发明的支撑方法，可以使得支撑***进一步适应、满足风洞实验内容和测量的要求，达到提高气动实验数据精确度和可信度的目的，有效解决了传统支撑方法中支撑***的刚度不足、流场干扰大和***内力复杂等问题，在风洞实验方面具有明显的优势和创新发展的潜力，尤其在针对全尺度、大模型气动实验方面。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出了本发明支撑***的主视图。
图2示出了本发明支撑***的左视图。
图3示出了本发明支撑***中球铰的结构示意图。
其中，1.风洞，2.飞行器模型，3.支撑杆，4、固定端，31.第一球铰，32.第一球铰套，33.第一螺栓，34.第二球铰，35.第二球铰套，36.第二螺栓。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在本发明的实施方式中，如图1和图2所示，用于风洞实验中飞行器模型的支撑***，包括：空间杆系和球铰；空间杆系分布在风洞1内；风洞1与飞行器模型2通过空间杆系连接，且风洞1与飞行器模型2不直接接触；空间杆系包括多个支撑杆3；风洞1内设有固定端4；支撑杆3的一端与风洞1的固定端4通过球铰连接固定，另一端与飞行器模型2通过球铰连接。
如图3所示，本发明提供一种具体的球铰连接形式，球铰包括第一球铰31、第一球铰套32、第一螺栓33、第二球铰34、第二球铰套35和第二螺栓36。具体地，支撑杆的一端与第一球铰31连接，可采用焊接、螺纹连接、螺栓连接等形式；第一球铰套32套设在第一球铰31的外表面，两者之间充分润滑；第一球铰套32通过第一螺栓33与飞行器模型2连接；支撑杆3的另一端与第二球铰34连接，可采用焊接、螺纹连接、螺栓连接等形式；第二球铰套35套设在第二球铰34外表面，两者之间充分润滑；第二球铰套35通过通过第二螺栓36与风洞1的固定端4连接。
一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法，包括如下步骤：
1)通过空间杆系将风洞1与风洞1内的飞行器模型2连接固定，且风洞1与飞行器模型2不直接接触；飞行器模型2通过空间杆系在风洞1内形成多点支撑；
2)在风洞实验准备阶段，可以根据不同的实验内容和测量要求，设计空间杆系的各支撑杆3的长度、直径、数量、材质、空间分布形式，从而实现支撑***的刚度的优化；具体如下：将700kg的飞行器模型通过空间杆系固定在直径为3.5m的风洞内形成多点支撑，第i根支撑杆(1≤i≤N，N表示支撑杆数量)对于支撑***总体的刚度贡献为该支撑杆在空间某指定方向上(如x轴)上的刚度贡献量为，因此空间杆系在某指定方向(如x轴)上的刚度为可以通过分别调节支撑杆的长度、直径、数量、材质、空间分布形式和方位进行灵活调节，进而设计出符合不同实验和测量对刚度分布的要求，进而获得空间杆系的最佳形式。其中，Ei表示支撑杆的弹性模量(取决材质)，di表示支撑杆的直径，li表示支撑杆的长度；αi表示支撑杆与某指定方向(如x轴)的夹角，可以通过调节空间分布形式进行调整。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种用于风洞实验中飞行器模型的支撑方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过空间杆系将风洞与所述风洞内的飞行器模型连接固定，且所述风洞与所述飞行器模型不直接接触；
2)根据实验测量以及支撑***设计的要求，调节所述空间杆系中支撑杆的直径、长度、数量、材质和空间分布形式，从而实现飞行器模型支撑***的刚度的优化。
2.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征在于，所述支撑杆的直径0.5-10cm，长度为所述直径的50-200倍。
3.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征在于，所述支撑杆在所述飞行器模型安装过程中通过所述球铰处于预拉状态，并在整个实验过程中保持受拉状态。
4.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征在于，所述的支撑杆为金属或者非金属固体材质。
5.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征在于，所述飞行器模型通过所述空间杆系在所述风洞内形成多点支撑。
6.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征在于，所述空间杆系中支撑杆的一端与所述风洞连接，另一端与所述飞行器模型连接。
7.根据权利要求6所述的支撑方法，其特征在于，所述支撑杆与所述风洞通过球铰连接。
8.根据权利要求6所述的风洞实验飞行器模型支撑方法，其特征在于，所述支撑杆与所述飞行器模型通过球铰连接。
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