一种水下滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构及试验装置

1.本发明属于流体力学领域，具体涉及一种水下滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构及试验装置。


背景技术：

2.水下滑翔机作为一种新型的水下机器人，对能源的需求量很小，因此可以高效率、长时间地在海洋中航行。虽然水下滑翔机在航行速度上不及其他自主水下航行器，但是，低成本和低维护费用的优点使其成为一种被广泛应用于海洋监测的水下航行器，又因为可以重复使用和大量投放，水下滑翔机在大范围海洋探索中发挥着重要作用。到目前为止，已有多种不同型号、不同工作模式的水下滑翔机投入使用，较高的性价比使其获得了广泛的认可，并吸引了越来越多的科研机构投入到相关的研究中。
3.理论研究、实验研究与数值模拟是研究水下滑翔机动力学及运动学特性的三种主要方法，其中，风洞实验研究因其结果可信度高与直观的优点，成为研究该类问题的重要手段。在水下滑翔机的风洞实验中，为了能够将滑翔机固定在风洞装置上，需要设计相关的固定支承结构。
4.现有技术中公开了翼尖支撑双天平校准技术，是一种国际上常见的风洞实验双支杆支撑结构，该双支杆与模型机翼通过叶片或适配器连接来固定模型，双天平安装在模型翼下发动机短舱位置。因此，目前滑翔机风洞实验装置的固定结构中，应用较为广泛的翼下双天平支撑固定较为复杂，此外，需要设计特殊结构改变水下滑翔机的攻角与侧滑角的前支撑较为复杂，因此需要设计一种结构更为简单，操作方便的新型滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题：
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种水下滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构，包括固定模块、测力天平和支撑杆，测力天平一端通过固定模块安装于水下滑翔机下机身，另一端与支撑杆连接；实现了测力天平的中心轴与水下滑翔机的中轴线重合，通过固定模块的设置解决了测力天平的安装误差，及连接结构的简化。
7.本发明的技术方案是：一种水下滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构，其特征在于：包括固定模块、测力天平和支撑杆，所述测力天平一端通过固定模块安装于水下滑翔机下机身，另一端与支撑杆连接；
8.通过所述固定模块保证测力天平的中心轴与水下滑翔机的中轴线重合。
9.本发明的进一步技术方案是：所述固定模块包括安装座、定位件和固定件，通过、定位件和固定件实现安装座在水下滑翔机下机身上的定位与安装；
10.所述安装座上开有导向结构的安装孔，用于安装测力天平。
11.本发明的进一步技术方案是：所述安装座的安装孔为测力天平安装座锥形孔，测
力天平插入端为大径端，通过锥形结构实现测力天平安装时的导向作用；所述测力天平安装座锥形孔与测力天平同轴。
12.本发明的进一步技术方案是：所述安装座为对称结构，安装孔的中心轴位于对称面上，两侧为对称的安装结构。
13.本发明的进一步技术方案是：所述定位件包括定位销和防转销，将所述定位销穿过测力天平安装座销孔插入滑翔机下机身销孔，实现安装座在滑翔机下机身上的定位；
14.所述防转销沿径向依次插入所述安装座和测力天平上的防转销孔，防止测力天平安装过程中产生周向转动偏移。
15.本发明的进一步技术方案是：所述固定件包括测力天平安装座固定螺栓、测力天平固定螺栓和垫片；通过所述测力天平安装座固定螺栓将安装座固定于滑翔机下机身上；通过测力天平固定螺栓和垫片将测力天平与安装座固定；
16.所述垫片设置于安装座的安装孔小径端，其外径大于安装孔小径端的内径，所述测力天平固定螺栓穿过垫片中心孔，与测力天平测力天平端部螺纹孔配合安装。
17.本发明的进一步技术方案是：所述支撑杆与测力天平的固定端为套筒结构，套筒内孔型面与测力天平该端的外型面一致；
18.并通过沿周向设置的多个支承杆连接螺栓，将支撑杆与测力天平固定连接。
19.本发明的进一步技术方案是：所述测力天平与所述安装座的固定端为锥形结构，端面上开有测力天平端部螺纹孔，锥面上开有测力天平防转销孔；与支撑杆的固定端周面上开有多个测力天平连接螺纹孔；
20.所述测力天平的锥形结构与安装座的测力天平安装座锥形孔配合安装；所述测力天平端部螺纹孔与测力天平固定螺栓和垫片配合安装；所述测力天平防转销孔与防转销配合安装。
21.本发明的进一步技术方案是：所述支承杆连接螺栓穿过支承杆连接螺纹孔与测力天平连接螺纹孔配合安装。
22.一种水下滑翔机风洞试验装置，其特征在于：包括水下滑翔机下机身模型和模型支撑与固定结构，所述模型支撑与固定结构安装于水下滑翔机下机身模型上，实现水下滑翔机的风洞试验。
23.通过测力天平一端的锥段与测力天平安装座的锥形孔连接实现精确定心，通过测力天平端部螺纹孔与螺栓和垫片连接实现固定与紧锁。通过定位销确定测力天平安装座与滑翔机下机身的相对位置，并通过螺栓提供紧锁力。通过防转销使测力天平和测力天平安装座不发生相对旋转。通过测力天平另一端与固定在风洞测力装置上的支承杆的螺栓配合，实现连接与固定。
24.具体实现过程为：通过定位销的定位，确定测力天平安装座的位置，从而确定测力天平的位置，使其中心与水下滑翔机质心重合。通过螺栓连接的固定，使测力天平安装座固定在滑翔机下机身上。测力天平与测力天平安装座之间的锥面接触同轴度高且能保证精确的定心。测力天平端部与测力天平安装座之间有螺栓与垫片连接使两者固定。测力天平安装座与测力天平之间用定位销连接，保证测力天平不发生旋转。测力天平另一端与支承杆通过螺栓连接，使水下滑翔机与支撑杆连接并固定。
25.有益效果
26.本发明的有益效果在于：通过锥孔配合的方式，连接了测力天平和测力天平安装座并避免了连接时对心不良而带来的测量误差；通过螺纹配合的方式将测力天平安装座固定在滑翔机下机身上，从而达到了固定测力天平的效果；通过两个定位销的定位，达到了定位测力天平中心的效果；通过螺栓的紧固，达到了测力天平安装座固定在滑翔机下机身不发生相对运动的效果。通过销连接的方式，达到了测力天平固定在测力天平安装座上且不旋转的效果；通过螺栓的紧锁，达到了连接并固定测力天平与支承杆的效果。
附图说明
27.图1是整体结构示意图；
28.图2是整体结构竖直剖视图；
29.图3是测力天平安装座结构示意图；
30.图4是测力天平安装座竖直剖视图；
31.图5是测力天平结构示意图；
32.图6是支承杆结构示意图；
33.图7是滑翔机下机身结构示意图；
34.附图标记说明：1—测力天平安装座，2—测力天平安装座固定螺栓，3—定位销，4—测力天平，5—支承杆，6—测力天平固定螺栓，7—测力天平安装座销孔，8—测力天平安装座螺纹孔，9—滑翔机下机身销孔，10—滑翔机下机身螺纹孔，11—测力天平安装座锥形孔，12—测力天平端部螺纹孔，13—垫片，14—水下滑翔机下机身，15—测力天平防转销孔，16—测力天平安装座防转销孔，17—防转销，18—支承杆连接螺栓，19—测力天平连接螺纹孔，20—支承杆连接螺纹孔。
具体实施方式
35.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.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。
37.图1显示了一种水下滑翔机尾支撑型固定与支承结构的整体结构示意图，图2显示了整体结构竖直剖视图，图3显示了测力天平安装座结构示意图，图4显示了测力天平安装座的竖直剖视图，图5显示了测力天平结构示意图，图6显示了支承杆结构示意图。图7显示了滑翔机下机身结构示意图
38.如图1、2所示，本实施例一种水下滑翔机风洞试验模型支撑与固定结构，包括了支承杆5、测力天平4和测力天平安装座1。测力天平4一端插入支承杆5，另一端插入测力天平安装座锥形孔11。
39.参照图3、4所示，测力天平安装座1包括了测力天平安装座固定螺栓2、定位销3、测力天平安装座销孔7、测力天平安装座螺纹孔8、测力天平安装座锥形孔11和测力天平安装
座防转销孔16。测力天平安装座固定螺栓2与测力天平安装座螺纹孔8和滑翔机下机身螺纹孔10配合，定位销3与测力天平安装座销孔7和滑翔机下机身销孔9配合，使测力天平安装座1与水下滑翔机下机身14连接并固定；测力天平防转销孔15、测力天平安装座防转销孔16与防转销17配合。
40.参照图5所示，测力天平4包括测力天平端部螺纹孔12、测力天平防转销孔15、测力天平连接螺纹孔19、垫片13和测力天平固定螺栓6，将垫片13、测力天平固定螺栓6与测力天平端部螺纹孔12配合，使测力天平4连接并固定在测力天平安装座1上。将测力天平连接螺纹孔19与支承杆连接螺栓18和支承杆连接螺纹孔20配合，使测力天平4连接并固定在支承杆5上。
41.下面结合附图说明本发明的安装及使用过程。
42.将定位销3插入滑翔机下机身销孔9中，再将测力天平安装座销孔7插入定位销3中，将测力天平安装座固定螺栓2旋入测力天平安装座螺纹孔8和滑翔机下机身螺纹孔10中，使测力天平4连接并固定在测力天平安装座1上。将测力天平4有测力天平固定螺栓6的一端插入测力天平安装座锥形孔11中，将垫片13装入测力天平固定螺栓6，并将其旋入测力天平端部螺纹孔12，使测力天平4和测力天平安装座1连接并固定。将防转销17插入测力天平防转销孔15、测力天平安装座防转销孔16中。将测力天平4另一端插入支承杆5，并将支承杆连接螺栓18旋入测力天平连接螺纹孔19和支承杆连接螺纹孔20中。由于使用了螺纹自锁和锥面接触，本发明结构可以提供可靠的固定与支承作用；由于采用了尾支撑的方式，本发明可以简单高效进行变攻角与变侧滑角，为水下滑翔机风洞实验的开展带来了便利并提高了实验的效率。
43.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。