CN114034463B - 一种两级迎角机构的单点腹撑装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级迎角机构的单点腹撑装置及控制方法，包括底座、弯刀和支杆底座，所述弯刀的两个相对外侧面上分别设置有第一导轨、齿条和第二导轨，所述底座上设置有弯刀支撑座，所述弯刀支撑座上设置有第一滑块和第一齿轮，所述支杆底座上设置有第二滑块和第二齿轮，所述第二滑块连接到第二导轨上，所述第二齿轮与齿条相互啮合，所述第一齿轮和第二齿轮各自与弯刀上不同侧面上的齿条啮合，所述第一齿轮和第二齿轮各自独立与驱动电机连接。本发明采用两级迎角机构达到‑30°—30°的大迎角范围，体积小，适用于狭小的安装空间，采用双电机驱动消隙结构，对安装误差、结构变形、齿轮磨损等问题进行补偿，实现长期保持消隙的效果。

Description

一种两级迎角机构的单点腹撑装置及控制方法

技术领域

本发明涉及航空航天工业空气动力学风洞试验技术领域，具体涉及一种两级迎角机构的单点腹撑装置及控制方法。

背景技术

风洞试验常用腹撑装置分为单支杆腹撑、双支杆腹撑、多支杆腹撑装置等，而弯刀机构是一种弯刀状的单点腹撑装置，具有运行到任意角度对气流的影响基本相同，数据重复性好的特点。

弯刀机构的具有两种设置方式，第一种是设置在风洞外，不用考虑弯刀机构对风洞流场的影响，因此弯刀机构具有非常庞大的体积，可以进行较大迎角范围的调整。比如公开专利CN105157949A记载的方案。第二种是为了满足试验需要设置在风洞内，弯刀机构竖向安装在风洞内，对模型进行尾撑支撑。这种结构设置因为需要满足大迎角范围的调整，占用空间非常大，对模型有一定的干扰，达不到试验需求。比如公开专利CN110207939A或CN113029498A记载的方案。

发明内容

本发明的目的设计一种采用两级驱动的迎角机构，满足占用空间小、迎角范围大的应用场景，并消除两级驱动过程中的电机干扰，提高控制精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种两级迎角机构的单点腹撑装置，包括底座、弯刀和支杆底座，

所述弯刀的两个相对外侧面上分别设置有第一导轨、齿条和第二导轨，

所述底座上设置有弯刀支撑座，所述弯刀支撑座上设置有第一滑块和第一齿轮，所述第一滑块连接到第一导轨上，所述第一齿轮与齿条相互啮合，

所述支杆底座上设置有第二滑块和第二齿轮，所述第二滑块连接到第二导轨上，所述第二齿轮与齿条相互啮合，

所述第一齿轮和第二齿轮各自与弯刀上不同侧面上的齿条啮合，所述第一齿轮与第一驱动电机连接，第二齿轮与第二驱动电机连接。

在上述技术方案中，所述弯刀支撑座为U形结构，其中一个U形面上只设置有第一滑块，相对的另一个U形面上分别设置有第一滑块、第一驱动电机和第一齿轮。

在上述技术方案中，支杆底座为U形结构，其中一个U形面上只设置有第二滑块，相对的另一个U形面上分别设置有第二滑块、第二驱动电机和第二齿轮。

在上述技术方案中，支杆底座只设置有第二滑块的U形面与弯刀支撑座上设置有第一滑块、第一驱动电机和第一齿轮的U形面共同连接到弯刀的同一侧面上；支杆底座上设置有第二滑块、第二驱动电机和第二齿轮与弯刀支撑座只设置有第一滑块的U形面共同连接到弯刀的同一侧面上。

在上述技术方案中，所述底座上设置有两个弯刀支撑座同时支撑弯刀，所述支杆底座上设置有两个第二齿轮与弯刀连接，两个第一齿轮和第二齿轮同时与齿条啮合。

一种两级迎角机构的单点腹撑装置的控制方法，第一级迎角机构为通过第二驱动电机驱动第二齿轮带动支杆底座沿着弯刀上的第二导轨滑动，实现迎角在[-20°， 20°] 的范围内调整，

第二级迎角机构为通过第一驱动电机驱动第一齿轮带动弯刀沿着第一导轨的方向在弯刀支撑座上滑动，实现迎角在[-10°， 10°] 的范围内调整。

在上述技术方案中，第一级迎角机构和第二迎角机构均采用双电机同步驱动。

在上述技术方案中，在进行双电机同步驱动时，对于齿轮与齿条之间的传动间隙采用如下方式进行消除：

在同一级迎角机构驱动时，当第一驱动电机提供驱动力时，第一驱动电机的齿轮与第一齿条齿面进行接触，第二驱动电机提供比驱动力小的运动阻力，第二驱动电机的齿轮与第二齿条齿面进行接触，第一齿条齿面与第二齿条齿面位于齿条的相反方向。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）采用两级迎角机构达到-30°—30°的大迎角范围，体积小，适用于狭小的安装空间。

（2）采用双电机驱动消隙结构，在保证传动部件安装精度的前提下采用电气消隙的办法，对安装误差、结构变形、齿轮磨损等问题进行补偿，实现长期保持消隙的效果。

（3）采用导轨对称分布在基座两侧的方式，支杆在腹撑装置对称面运动，运动平稳，避免单面安装产生倾斜力矩。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的二级迎角机构结构示意图；

图2是图1的正面结构示意图；

图3是本发明的一级迎角机构结构示意图；

图4是图3的正面结构示意图；

图5是双电机的消隙示意图；

其中：1是底座，2是弯刀，3是弯刀支撑座，4是第一驱动电机，5是第一齿轮，6是第一滑块，7是支杆底座，8是第二驱动电机，9是第二滑块，10是第二齿轮，11是第一导轨，12是齿条，13是第二导轨，14是支杆，15是电机支座。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1、图2、图3、图4所示，是本实施例的结构示意图，在本实施例中，主要结构为弯刀2、底座1和支杆底座7，支杆底座7沿着弯刀2运动，弯刀2沿着底座1运动，从而实现两级运动，从而实现对迎角的大范围运动。

其中，弯刀2采用对称分布结构，其基座两侧的侧面上分别设置有第一导轨11、齿条12和第二导轨13，第一导轨11、齿条12和第二导轨13从外到内依次设置，其中第一导轨11用于与弯刀支撑座3连接，第二导轨13用于与支杆底座7连接。

在本实施例中如图1所示，为了更加稳固的支撑弯刀2，弯刀支撑座3设计为U形结构，弯刀2设置在弯刀支撑座3的U形槽内，其中一个弯刀支撑座3的U形面上只设置有第一滑块6，另一个弯刀支撑座3的U形面上分别设置有第一滑块6和第一驱动电机4，弯刀支撑座3上两个U形面上的第一滑块6分别卡在弯刀2上两个侧面上的第一导轨11上，而第一驱动电机4驱动第一齿轮5与齿条12相互啮合。

在本实施例中如图3所示，用于支撑支杆的支杆底座7同样设计为U形结构，U形结构倒扣在弯刀结构2上，支杆底座7的一个U形面上通过电机支座15连接有第二驱动电机8和第二滑块9，支杆底座7的另一个U形面上只设置有第二滑块9，当支杆底座7卡扣在弯刀2上时，两个U形面上的第二滑块分别卡在第二导轨13上，而与第二驱动电机8连接的第二齿轮10与齿条12啮合。

通过图1-图4所示，支杆底座7和弯刀支撑座3同时卡扣在弯刀2上时，支杆底座7上连接的第二驱动电机8与弯刀支撑座3上连接的第一驱动电机4各自连接在弯刀2的不同侧面上，因此第一驱动电机4和第二驱动电机8在运动过程中不会出现相互干涉的状况。

在本实施例中，在底座1上具有两个弯刀支撑座3，两个弯刀支撑座3上的第一驱动电机4同时驱动带动弯刀2进行移动。而在弯刀2上的支杆底座7上也设置有两个第二驱动电机8，通过两个第二驱动电机8带动支杆底座7运动。

在本实施例中，该机构的主要功能是带动支杆14转动实现模型的迎角变化。本实施例将支杆底座7在弯刀2上的运动视为第一级迎角机构，可以实现其支杆支撑的模型迎角变化范围为-20°～20°；弯刀2在弯刀支撑座3上运动视为第二级迎角机构，可以实现其支杆支撑的模型迎角变化范围为-10°～10°，综合下来，整体机构的复合运动可达到迎角范围为-30°～30°。

在本实施例中，因为第一级迎角机构和第二级迎角机构都采用了两个电机同步驱动，因此两个电机带动齿轮与齿条啮合的过程中必然会出现传动间隙，传动间隙的存在会导致迎角的精度发生变化，为了消除传动间隙采用如下过程：

如图5所示，在同一级迎角机构上，当其中一个电机提供驱动力时，安装在此电机上的齿轮A与第一齿条齿面a接触；另一个电机提供比驱动力小的运动阻力驱动齿轮B与第二齿条齿面b接触，第一齿条齿面a与第二齿条齿面b相对于齿条为相反方向。当齿轮反向时，转换为齿轮B提供驱动力，齿轮A提供运动阻力，但两个齿轮与齿条的接触面不变，因此不存在反向导致的接触面转换，即可消除齿轮传动间隙。

本实施例的两级迎角机构的主要应用场景为闭口风洞段内，因为采用了两级运动机构，相对于传统的一级运动机构在实现同样的迎角范围点腹撑设计时，其整体占用空间非常小，其装置相对于传统机构的体积设置在风洞内，减小了对模型的干扰。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种两级迎角机构的单点腹撑装置，包括底座、弯刀和支杆底座，其特征在于：

所述弯刀的两个相对外侧面上分别设置有第一导轨、齿条和第二导轨，

所述底座上设置有弯刀支撑座，所述弯刀支撑座为U形结构，其中一个U形面上只设置有第一滑块，相对的另一个U形面上分别设置有第一滑块、第一驱动电机和第一齿轮，所述第一滑块连接到第一导轨上，所述第一齿轮与齿条相互啮合，

所述支杆底座为U形结构，其中一个U形面上只设置有第二滑块，与弯刀支撑座上设置有第一滑块、第一驱动电机和第一齿轮的U形面共同连接到弯刀的同一侧面上，支杆底座上相对的另一个U形面上分别设置有第二滑块、第二驱动电机和第二齿轮，与弯刀支撑座只设置有第一滑块的U形面共同连接到弯刀的同一侧面上，所述第二滑块连接到第二导轨上，所述第二齿轮与齿条相互啮合，

所述第一齿轮和第二齿轮各自与弯刀上不同侧面上的齿条啮合，所述第一齿轮与第一驱动电机连接，第二齿轮与第二驱动电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种两级迎角机构的单点腹撑装置，其特征在于：

所述底座上设置有两个弯刀支撑座同时支撑弯刀，所述支杆底座上设置有两个第二齿轮与弯刀连接，两个第一齿轮和第二齿轮同时与齿条啮合。

3.根据权利要求1所述的一种两级迎角机构的单点腹撑装置，其特征在于包括如下控制方法：

第一级迎角机构为通过第二驱动电机驱动第二齿轮带动支杆底座沿着弯刀上的第二导轨滑动，实现迎角在[-20°， 20°] 的范围内调整，

第二级迎角机构为通过第一驱动电机驱动第一齿轮带动弯刀沿着第一导轨的方向在弯刀支撑座上滑动，实现迎角在[-10°， 10°] 的范围内调整。

4.根据权利要求3所述的一种两级迎角机构的单点腹撑装置，其特征在于：第一级迎角机构和第二迎角机构均采用双电机同步驱动。

5.根据权利要求4所述的一种两级迎角机构的单点腹撑装置，其特征在于：

在进行双电机同步驱动时，对于齿轮与齿条之间的传动间隙采用如下方式进行消除：

在同一级迎角机构驱动时，当第一驱动电机提供驱动力时，第一驱动电机的齿轮与第一齿条齿面进行接触，第二驱动电机提供比驱动力小的运动阻力，第二驱动电机的齿轮与第二齿条齿面进行接触，第一齿条齿面与第二齿条齿面位于齿条的相反方向。

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