一种风洞小幅强迫俯仰振荡机构的制作方法

1.本发明涉及风洞动态试验技术领域，尤其是涉及一种风洞小幅强迫俯仰振荡机构。


背景技术：

2.现代飞行器的设计中越来越重视其动稳定性，而动导数则是飞行器动稳定性分析中不可或缺的输入参数。目前，传统的风洞动导数试验中，飞行器模型绕指定轴的振荡通常是以自由振荡的形式实现，这种试验方法需要在振荡方向上给模型一个初始偏角，等待模型在气动力作用下振幅自由衰减至一定程度，单次试验耗时较长，试验成本高。而现有的强迫振荡系统大都为大幅振荡系统，机构尺寸较大，结构复杂且沉重，不利于拆装，且在部分尺寸受限制的风洞中无法使用。


技术实现要素：

3.针对现代飞行器设计重视动稳定性的特点，克服现有风洞强迫振荡试验设备体积庞大、机构复杂的不足，提供一种小型的风洞强迫俯仰振荡机构用于飞行器俯仰/偏航动稳定性的风洞试验研究。
4.本发明提供一种风洞小幅强迫俯仰振荡机构，包括：俯仰铰链、方向转换机构、驱动模块和外支杆；所述俯仰铰链与所述外支杆连接，所述方向转换机构与所述俯仰铰链连接，所述驱动模块固连于所述外支杆内腔，且与所述方向转换机构连接。
5.进一步，所述俯仰铰链包括：自由端和基座，所述自由端头部与天平及模型相连，所述自由端尾部与所述方向转换机构连接，所述基座的头部通过俯仰轴及轴承与所述自由端相连，所述自由端可绕所述俯仰轴自由转动。
6.进一步，所述自由端尾部的叶片梁竖直安装。
7.进一步，所述基座通过销钉与所述外支杆连接。
8.进一步，所述方向转换机构包括：关节轴承、偏心转接套和偏心转子；所述关节轴承与所述自由端尾部连接，所述偏心转接套一端与所述关节轴承连接，另一端与所述偏心转子连接，所述驱动模块通过联轴节带动所述偏心转子作旋转运动。
9.进一步，所述偏心转子的偏心轴与所述偏心转接套通过滚针轴承连接。
10.进一步，所述偏心转接套与所述关节轴承通过螺纹连接。
11.进一步，所述关节轴承与所述自由端通过柱销连接。
12.进一步，所述驱动模块包括：电机和减速器，所述电机与所述减速器连接，所述减速器输出轴通过联轴节与所述偏心转子相连。
13.进一步，所述偏心转子通过一对角接触球轴承安装在所述外支杆内腔。
14.本发明的有益效果是：
15.1、结构紧凑，机构尺寸小，重量相对较轻，与常规支杆融合为一体使其具有良好的便携性，在不同型号的风洞中进行试验时可直接更换支杆；
16.2、暴露在风洞流场中的部件均为固定部件，可动的俯仰铰链及方向转换机构的一部分内埋于模型内腔，方向转换机构的剩余部分内埋于外支杆内腔，因此不会因俯仰运动而对风洞流场产生额外的干扰。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例风洞小幅强迫俯仰振荡机构主视剖面示意图；
19.图2为本发明实施例风洞小幅强迫俯仰振荡机构结构示意图；
20.图3为本发明实施例俯仰铰链示意图；
21.图4为本发明实施例运动方向转换机构示意图。
22.附图标记说明：
23.1：自由端；2：基座；3：关节轴承；4：偏心转接套；5：偏心转子；6：驱动模块；7：外支杆。
具体实施方式
24.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.如图1至图4所示，本发明包括：俯仰铰链、方向转换机构、驱动模块6和外支杆7。俯仰铰链与外支杆7连接，方向转换机构与俯仰铰链连接，驱动模块6固连于外支杆7内腔，且与方向转换机构连接。
28.俯仰铰链包括：自由端1和基座2，自由端1头部与天平及模型相连，自由端1尾部与方向转换机构连接，基座2的头部通过俯仰轴及轴承与自由端1相连，自由端1可绕所述俯仰
轴自由转动。自由端1尾部的叶片梁竖直安装，水平方向刚度远小于竖直方向，受力时竖直方向几乎不发生弹性变形，而水平方向容易发生弹性变形。
29.方向转换机构包括：关节轴承3、偏心转接套4和偏心转子5。关节轴承3与自由端1尾部连接，偏心转接套4一端与关节轴承3连接，另一端与偏心转子5连接，驱动模块6通过联轴节带动偏心转子5作旋转运动。
30.驱动模块6包括：电机和减速器，电机与减速器连接，减速器输出轴通过联轴节与偏心转子5相连。
31.驱动模块6通过电机座固定在外支杆7内腔，偏心转子5通过一对角接触球轴承安装在外支杆7内腔，减速器的输出轴与偏心转子5尾端同轴且通过联轴节刚性连接。偏心转子5的偏心轴与偏心转接套4通过滚针轴承连接，偏心转接套4与关节轴承3通过螺纹连接。关节轴承3与俯仰铰链的自由端1通过柱销连接，俯仰铰链的基座2通过销钉与外支杆7连接，且基座2通过俯仰轴和深沟球轴承与自由端1连接。
32.驱动模块6通过联轴节带动偏心转子5作旋转运动，偏心转子5头部的旋转运动靠滚针轴承内外圈相对转动抵消；偏心转子5头部的水平位移直接传递给偏心转接套4及关节轴承3，关节轴承3带动俯仰铰链的自由端1尾部产生水平位移，叶片梁发生变形吸收水平位移，阻止自由端头部产生水平位移；偏心转子5头部的竖直位移直接传递给偏心转接套4及关节轴承3，关节轴承3带动俯仰铰链的自由端1尾部产生竖直位移，叶片梁无明显变形，竖直位移导致俯仰铰链的自由端1产生绕俯仰轴的俯仰运动。
33.强迫俯仰振荡的俯仰角振幅αmax由偏心转子的偏心距s及俯仰轴与关节轴承转轴距离l控制，三者之间的关系为：sinαmax＝2s/l。
34.本发明正向安装后，俯仰铰链的自由端1在水平方向具有较大的刚度，绕俯仰轴旋转的方向刚度较小。
35.本发明俯仰运动工作原理如下：
36.驱动模块6通电后电机以固定转速旋转，通过减速器带动偏心转子5以一定的转速旋转，此时偏心转子5头部的偏心轴的运动可分为绕偏心轴轴线的旋转运动和绕电机轴的平移运动，其中绕偏心轴轴线的旋转运动由于滚针轴承的存在，对偏心转接套4的作用力仅为轴承摩擦力矩，不会使偏心转接套4产生运动；对于绕电机轴的平移运动，其运动曲线为一个以电机轴为圆心、偏心距为半径的圆；绕电机轴的平移运动可分解为水平平移和竖直平移，当偏心轴产生水平平移时，偏心轴带动偏心转接套4、关节轴承3、俯仰铰链自由端1的尾端一同发生水平方向的平移，由于此时俯仰铰链的自由端1的叶片梁在水平方向刚度小而产生变形，吸收掉了发生于尾端的水平位移，确保俯仰铰链的自由端1头部未产生水平位移或水平方向的角度偏移；当偏心轴产生竖直平移时，同样有偏心轴带动偏心转接套4、关节轴承3、俯仰铰链的自由端1的尾端一同发生竖直方向的平移，而此时俯仰铰链的自由端1的叶片梁在竖直方向上具有较大的刚度，在竖直方向上可视为刚体，因此俯仰铰链的自由端1产生了绕俯仰轴的俯仰角变化。综上所述，俯仰铰链的自由端1的头部在电机转动过程中仅会产生俯仰方向的角度变化。
37.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。