CN110108440A - 一种风洞天平姿态控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风洞天平校准技术领域，具体公开了一种风洞天平姿态控制装置。一种风洞天平姿态控制装置，该装置包括底座、俯仰机构以及滚转机构，其中，在俯仰机构中间一体化设置有滚转机构，俯仰机构两端通过旋转轴设置在底座上，使俯仰机构及滚转机构同步沿着旋转轴运动一定角度；所述的滚转机构可以在垂直于俯仰机构旋转轴线的方向上旋转一定角度。该装置采用双扇叶结构俯仰机构，以及滚转机构位于俯仰机构内部的一体式布局，极大的增强了风洞天平姿态控制装置的法向刚度，使其不仅能够应用于箔式应变计风洞天平，半导体应变计风洞天平，也能应用于压电风洞天平；同时，俯仰机构重心始终靠近驱动端，保证俯仰运动平稳均匀。
Description
技术领域
本发明属于风洞天平校准技术领域，具体涉及一种风洞天平姿态控制装置。
背景技术
风洞天平校准是风洞天平应用的主要环节之一，其目的是通过风洞天平校准得到风洞天平输入输出之间的关系矩阵。在风洞天平实际使用时，通过校准得到的风洞天平输入输出之间的关系矩阵、风洞天平输出，才能反算得到风洞天平的输入，即有效的气动力载荷。风洞天平的校准过程是一个模拟风洞天平使用状态的过程，风洞天平校准时，校准设备给风洞天平施加精确的设计载荷，通过数据采集仪器采集得到风洞天平的输出，从而进行风洞天平输入输出关系矩阵的计算。风洞天平的校准设备有诸多种类，不同的种类各具优势，其中单矢量多元校准设备由于具有设备结构及控制简单、可靠性高、研制成本低等特点，被我部采用。单矢量多元校准设备通过改变风洞天平与砝码载荷的相对位置，实现设计载荷在风洞天平上的加载。由于砝码载荷是砝码质量所产生的重力，其方向始终保持铅垂不变，单矢量多元校准设备通过改变风洞天平俯仰角度、滚转角度，从而实现砝码载荷向风洞天平轴向力、法向力、侧向力的分解，同时，通过改变砝码载荷作用点与风洞天平校准中心的相对距离，实现风洞天平俯仰力矩、偏航力矩、滚转力矩的施加。改变风洞天平姿态是单矢量多元校准设备的主要功能，其结构形式主要包括多轴联动型、转台型等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风洞天平姿态控制装置，解决在较大刚度条件下，改变并控制风洞天平俯仰角度、滚转角度，使得砝码载荷在风洞天平轴向力、法向力和侧向力方向上精确分解，实现风洞天平的校准。
本发明的技术方案如下：一种风洞天平姿态控制装置，该装置包括底座、俯仰机构以及滚转机构，其中，在俯仰机构中间一体化设置有滚转机构，俯仰机构两端通过旋转轴设置在底座上，使俯仰机构及滚转机构同步沿着旋转轴运动一定角度；所述的滚转机构可以在垂直于俯仰机构旋转轴线的方向上旋转一定角度。
所述的俯仰机构为双扇叶结构，并在所述的双扇叶之间设置有滚转机构并形成整体结构；所述的俯仰机构中双扇叶的中心端通过旋转轴承固定在底座上端面的两个支撑臂上，使仰机构和滚转机构沿着双扇叶的中心轴转动。
所述的扇叶圆弧端面上设有高精度的弧形齿条，其与设在底座上的驱动齿轮匹配啮合；所述的驱动齿轮通过联轴器与伺服电机A相连接，通过联轴器及驱动齿轮同步驱动俯仰机构中的双扇叶同步运动。
所述的底座上设有俯仰锁紧机构，所述的俯仰锁紧机构设置在俯仰机构双扇叶的两侧，所述的俯仰锁紧机构通过液压和弹簧，实现对双扇叶结构的均匀夹紧。
所述的滚转机构包括中空蜗杆及伺服电机B，其中，中空蜗杆设置在双扇叶结构之间的滚转机构壳体上，并利用伺服电机B驱动中空蜗杆旋转；所述的伺服电机B中设有编码器，可以测量获得中空蜗杆的旋转角度。
所述的滚转机构还包括滚转锁紧机构，所述的滚转锁紧机构设置在底座上，其为环形结构，并套在中空蜗杆上，并利用液压和弹簧，实现对中空蜗杆的抱闸及松开；所述的滚转锁紧机构的轴线与中空蜗杆的轴线重合。
所述的滚转机构中的中空蜗杆前端或后端均可设置风洞天平，所述的风洞天平通过风洞天平安装座安装在中空蜗杆的前端或后端，其中，较短的风洞天平可设置在中空蜗杆的前端，长度较长的风洞天平穿过中空蜗杆后安装在其后端。
所述的俯仰机构中的双扇叶及滚转机构之间采用加强筋的连接方式，以增强俯仰机构与滚转机构整体的连接刚度。
所述的伺服电机A内部的编码器能够精确测量获得俯仰机构的运动角度。
所述的底座为刚性框架结构，其能够保证在风洞天平校准过程中不出现风洞天平校准精度允许范围外的变形。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种风洞天平姿态控制装置具有以下优点：1、通过双扇叶结构俯仰机构，以及滚转机构位于俯仰机构内部的一体式布局，极大的增强了风洞天平姿态控制装置的法向刚度，使其不仅能够应用于箔式应变计风洞天平，半导体应变计风洞天平，也能应用于压电风洞天平；2、通过双扇叶结构俯仰机构，联轴器以及弧形齿条齿轮副驱动设计，使得俯仰机构重心始终靠近驱动端，保证俯仰运动平稳均匀；3、通过滚转机构蜗杆中空设计，与风洞天平安装座模块化设计，满足不同长度、不同种类风洞天平的校准需求。
附图说明
图1为本发明所述的一种风洞天平姿态控制装置结构示意图；
图2为本发明所述的一种风洞天平姿态控制装置后视示意图；
图3为本发明所述的一种风洞天平姿态控制装置前视示意图；
图中：1、底座；2、俯仰锁紧机构；3、俯仰机构；4、滚转锁紧机构；5、滚转机构；6、安装座；7、驱动齿轮；8、弧形齿条；9、联轴器；10、伺服电机A、11、加强筋；12、中空蜗杆；13、风洞天平；14、加载套；15、伺服电机B。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1～3所示，一种风洞天平姿态控制装置，包括底座1、俯仰机构3以及滚转机构5，其中，底座1为刚性框架结构，其能够保证在风洞天平校准过程中不出现风洞天平校准精度允许范围外的变形；俯仰机构3为双扇叶结构，并在双扇叶之间固定安装有滚转机构5形成整体结构，在俯仰机构3中的双扇叶及滚转机构5之间采用加强筋的连接方式，以增强俯仰机构3与滚转机构5整体的连接刚度；俯仰机构3双扇叶的中心端通过轴承固定在底座1上端面的两个支撑臂上，使俯仰机构3和滚转机构5沿着双扇叶的中心轴转动；在俯仰机构3的两个扇叶结构的圆弧端面上安装有高精度的弧形齿条8，其与安装在底座1上的两个高精度驱动齿轮7相啮合匹配，且两个驱动齿轮7通过联轴器9与伺服电机A10相连接，通过联轴器9及驱动齿轮7，驱动俯仰机构3的两个扇叶结构同步转动；伺服电机A10内部的编码器能够精确测量获得俯仰机构的运动角度；在位于俯仰机构3双扇叶两侧的底座1上端面上安装有俯仰锁紧机构2，其通过液压和弹簧，实现对双扇叶机构的均匀夹紧，实现对俯仰机构3的锁紧；滚转机构5包括中空蜗杆12、滚转锁紧机构4以及伺服电机B15，其中，中空蜗杆12穿过滚转机构5壳体的通孔并垂直安装在俯仰机构3之间，使中空蜗杆12的轴线与俯仰机构3中双扇叶之间的轴线相垂直，并通过安装在双扇叶之间的伺服电机B15驱动中空蜗杆12转动，利用伺服电机B15中的编码器测量获得滚转机构5中中空蜗杆12的运动角度；在位于俯仰机构3双扇叶弧面端部的中空蜗杆12的后端上套有滚转锁紧机构4，其中，滚转锁紧机构4安装在底座1上，其为轴线与中空蜗杆12轴线重合的环形结构，其通过环形结构中的液压和弹簧实现以中空蜗杆12的轴线为基准的均匀抱闸，实现对滚转机构5的锁紧；风洞天平13通过风洞天平安装座6安装在中空蜗杆12的前端或后端，其中，较短的风洞天平13可安装在中空蜗杆12的前端，长度较长的风洞天平13穿过中空蜗杆12后安装在其后端；
本发明所述的一种风洞天平姿态控制装置具体使用过程为：风洞天平13通过风洞天平安装座6安装在滚转机构5中空蜗杆12前端，风洞天平上安装用于施加砝码载荷的加载套14。假设加载砝码质量为10kg，俯仰机构驱动伺服电机10通过联轴器9驱动俯仰机构3运动30°，俯仰锁紧机构2锁紧俯仰机构，滚转机构驱动伺服电机15驱动滚转机构5运动30°，滚转锁紧机构4锁紧滚转机构。砝码载荷将按照角度关系在风洞天平13上进行分解，此时，风洞天平13上被施加轴向力50N，法向力75N，侧向力43.3N。
Claims (10)
1.一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：该装置包括底座(1)、俯仰机构(3)以及滚转机构(5)，其中，在俯仰机构(3)中间一体化设置有滚转机构(5)，俯仰机构(3)两端通过旋转轴设置在底座(1)上，使俯仰机构(3)及滚转机构同步沿着旋转轴运动一定角度；所述的滚转机构(5)可以在垂直于俯仰机构旋转轴线的方向上旋转一定角度。
2.根据权利要求1所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的俯仰机构(3)为双扇叶结构，并在所述的双扇叶之间设置有滚转机构(5)并形成整体结构；所述的俯仰机构(3)中双扇叶的中心端通过旋转轴承固定在底座(1)上端面的两个支撑臂上，使仰机构(3)和滚转机构(5)沿着双扇叶的中心轴转动。
3.根据权利要求2所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的扇叶圆弧端面上设有高精度的弧形齿条(8)，其与设在底座(1)上的驱动齿轮(7)匹配啮合；所述的驱动齿轮(7)通过联轴器(9)与伺服电机A(10)相连接，通过联轴器(9)及驱动齿轮(7)同步驱动俯仰机构(3)中的双扇叶同步运动。
4.根据权利要求2所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的底座(1)上设有俯仰锁紧机构(2)，所述的俯仰锁紧机构(2)设置在俯仰机构(3)双扇叶的两侧，所述的俯仰锁紧机构(2)通过液压和弹簧，实现对双扇叶结构的均匀夹紧。
5.根据权利1所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的滚转机构(5)包括中空蜗杆(12)及伺服电机B(15)，其中，中空蜗杆(12)设置在双扇叶结构之间的滚转机构(5)壳体上，并利用伺服电机B(15)驱动中空蜗杆(12)旋转；所述的伺服电机B(15)中设有编码器，可以测量获得中空蜗杆(12)的旋转角度。
6.根据权利要求5所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的滚转机构(5)还包括滚转锁紧机构(4)，所述的滚转锁紧机构(4)设置在底座(1)上，其为环形结构，并套在中空蜗杆(12)上，并利用液压和弹簧，实现对中空蜗杆(12)的抱闸及松开；所述的滚转锁紧机构(4)的轴线与中空蜗杆(12)的轴线重合。
7.根据权利要求5所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的滚转机构(5)中的中空蜗杆(12)前端或后端均可设置风洞天平(13)，所述的风洞天平(13)通过风洞天平安装座(6)安装在中空蜗杆(12)的前端或后端，其中，较短的风洞天平(13)可设置在中空蜗杆(12)的前端，长度较长的风洞天平(13)穿过中空蜗杆(12)后安装在其后端。
8.根据权利要求2所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的俯仰机构(3)中的双扇叶及滚转机构(5)之间采用加强筋的连接方式，以增强俯仰机构(3)与滚转机构(5)整体的连接刚度。
9.根据权利要求3所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的伺服电机A(10)内部的编码器能够精确测量获得俯仰机构的运动角度。
10.根据权利要求1所述的一种风洞天平姿态控制装置，其特征在于：所述的底座(1)为刚性框架结构，其能够保证在风洞天平校准过程中不出现风洞天平校准精度允许范围外的变形。
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