一种用于风洞飞行器地面效应实验地面高度测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种空气动力学测试领域，更具体的说是一种用于风洞飞行器地面效应试验地面高度测量装置。


背景技术：

2.地面效应研究是飞行器设计研发过程中特别重要的内容，风洞试验是获得飞行器地面效应气动特性的一个重要手段。在风洞模拟地面效应试验中，无论采用固定地板运动模型还是运动地板固定模型的试验方式，都必须精确控制模型与模拟地面的高度，确保试验数据的准确性。
3.目前地面效应试验地面高度参数测量方式有两种，一种是通过模型或地面运动控制设备中电机反馈参数获取，而另一种则是通过在风洞洞壁粘贴距离标识物通过人工判读的方式获取。第一种方式虽然可以通过高精度的电机编码器获得准确的位置信息，但是没有考虑飞行器支杆及天平形变造成高度的变化。而第二种方式采用人工判读的方式不可避免的引入较大的测量误差。


技术实现要素：

4.本技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于风洞飞行器地面效应试验地面高度测量装置，能够直接准确的获得飞行器模型的地效实验高度距离，而不受到飞行器支杆及天平形变造成的高度测量的影响。
5.本技术的技术解决方案是：
6.一种用于风洞飞行器地面效应实验地面高度测量装置，包括：
7.连接板，连接于风洞的观察窗处；
8.导轨，连接于连接板一侧，设有沿着导轨水平移动的第一滑台；
9.滚珠丝杠机构，包括与第一滑台连接的安装板、连接于安装板且相对于风洞进行竖向移动的第二滑台，第二滑台上设有用于记录对风洞地板位置和飞行器位置的工业相机、和定位飞行器与第二滑台之间相对位置的激光定位器；
10.平移机构，连接于安装板与风洞内壁之间，用于驱动第一滑台和滚珠丝杠机构相对于风洞进行横向方向的移动。
11.所述工业相机安装在激光定位器一侧，且工业相机与激光定位器接触。
12.所述连接板与风洞的观察窗之间设有密封垫；密封垫为矩形密封橡胶垫。
13.所述连接板四周开有通孔，通过通孔机械固定在风洞观察窗上。
14.所述导轨设置两个，两个导轨均水平设置且相互平行。
15.所述安装板通过l型固定块安装在两个导轨的第一滑台上。
16.所述安装板转动有丝杠，第二滑台与丝杠螺纹连接、与安装板沿着丝杠轴线方向滑动连接，安装板连接有带动丝杠转动的第一伺服电机。
17.所述激光定位器通过孔管夹固定在滚珠丝杠滑台上。
18.所述平移机构为螺旋升降机，螺旋升降机的一端与风洞内壁连接、另一端与安装板的中部连接，螺旋升降机设有驱动螺旋升降机长度改变的第二伺服电机。
19.还包括测量计算机、直流伺服驱动控制器、锂电池组，锂电池组为伺服驱动控制器，激光定位器、工业相机供电；测量计算机，采集工业相机成像、第一伺服电机和第二伺服电机的编码器信息，利用工业相机成像确定激光定位器需要移动的位置，进而生成控制信号，将控制信号发送给直流伺服驱动控制器，并利用第一伺服电机和第二伺服电机的编码器反馈数值计算飞行器模型与地面之间的高度；直流伺服驱动控制器，接收测量计算机的控制信号，并根据飞行器模型与地面之间的高度控制第一伺服电机和第二伺服电机
20.综上所述，本技术至少包括以下有益技术效果：
21.(1)本实用新型提供一种用于风洞飞行器地面效应试验地面高度测量装置，设计具有实时采集计算功能，可以实时测量飞行器模型地面高度参数。
22.(2)本实用新型安装在风洞洞外采用非接触测量方法，消除了对风洞流场的干扰。
23.(3)本实用新型采用高精度编码器记录高度信息，具备较高的测量精度。
24.(4)本实用新型采用直接测量方式，消除了传统采用标记法带来的测量误差以及飞行器模型因支杆等变形原因造成的高度误差。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例中的地面高度测量装置的整体结构示意图。
26.图2为图1中的第一伺服电机和第二伺服电机的驱动流程图。
27.附图标记说明：
28.1、连接板；2、密封垫；3、导轨；31、第一滑台；4、滚珠丝杠机构；41、安装板；42、丝杠；43、第二滑台；44、第一伺服电机；
29.5、平移机构；51、固定杆；52、固定丝杆；53、第二伺服电机；
30.6、激光定位器；7、工业相机；
31.9、伺服驱动控制器；10、锂电池组；11、测量计算机。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细的描述：
33.本技术实施例公开一种用于风洞飞行器地面效应实验地面高度测量装置，参照图1和图2，包括连接于风洞观察窗处的连接板1、连接于连接板1的导轨3、滚珠丝杠机构4、平移机构5，平移机构5驱动滚珠丝杠机构4能够沿着导轨3长度方向横向移动，雇主丝杠42机构包括相对于风洞进行竖向移动的第二滑台43，第二滑台43上设有用于记录对风洞地板位置和飞行器位置的工业相机7、和定位飞行器与第二滑台43之间相对位置的激光定位器6。
34.连接板1为有机玻璃板，有机玻璃板竖直安装在风洞地效试验的风洞观察窗处，保证该平面与攻角机构运动平面平行，有机玻璃板下壁面装有一圈密封垫2，密封垫2为矩形密封脚垫，保证风洞密封性，有机玻璃板四周开有通孔，路栓穿过通孔和风洞观察窗将有机玻璃板固定在风洞观察窗上。
35.参照图1，导轨3连接于有机玻璃板一侧，导轨3设置两个，两个导轨3均水平设置且相互平行，有机玻璃板上下两侧开有螺纹孔，平行的两个导轨3通过螺纹孔固定在有机玻璃
板上，两个平行导轨3之间的竖直安装距离为400mm。导轨3上均设有沿着导轨3水平移动的第一滑台31，第一滑台31连接有滚珠丝杠机构4。
36.滚珠丝杠机构4包括与第一滑台31连接的安装板41、转动连接于安装板41的丝杠42、以及第二滑台43，安装板41通过l型固定块侧立式安装在第一滑台31上，第二滑台43与丝杠42螺纹连接、与安装板41沿着丝杠42轴线方向滑动连接，第二滑台43相对于风洞进行竖向移动，安装板41连接有带动丝杠42转动的第一伺服电机44。第一伺服电机44启动带动丝杠42转动，丝杠42转动驱动第二滑台43沿着丝杠42的轴线方向移动。激光定位器6通过孔管夹固定在滚珠丝杠42滑台上，工业相机7并列安装在激光定位器6一侧，工业相机7与激光定位器6接触，确保工业相机7可以捕捉激光定位器6的光点。
37.平移机构5，连接于安装板41与风洞内壁之间，用于驱动第一滑台31和滚珠丝杠机构4相对于风洞进行横向方向的移动。平移机构5为螺旋升降机，螺旋升降机安装在有机玻璃板左侧，螺旋升降机包括固定杆51、固定丝杆52、蜗杆、第二伺服电机53，固定丝杆52的一端通过法兰与安装板41相对固定连接，涡轮螺纹连接在固定丝杆52外部，涡轮与固定杆51相对转动连接，蜗杆转动连接于固定杆51、且蜗杆与涡轮相配合，固定杆51的一端连接于风洞内壁，第二伺服电机53用于驱动蜗杆转动，进而蜗杆带动涡轮转动，涡轮与固定丝杠42之间相对转动，使得固定丝杠42相对于固定杆51移动，固定丝杠42驱动滚珠丝杠机构4沿着导轨3移动。
38.参照图2，测量装置还包括测量计算机11、直流伺服驱动控制器9、锂电池组10，锂电池组10为伺服驱动控制器9、激光定位器6、工业相机7供电。测量计算机11实时采集工业相机7成像、第一伺服电机44和第二伺服电机53的编码器信息，测量计算机11利用工业相机7的成像，确定激光定位器6从初始位置距离目标位置的相对位置，进而确定激光定位器6需要移动的水平距离和竖直距离，进而根据水平距离和竖直距离生成控制信号，将控制信号发送给直流伺服驱动控制器9。直流伺服驱动控制器9接收测量计算机11的控制信号，并控制第一伺服电机44和第二伺服电机53，从而控制第二滑台43的横向和竖向移动。同时，直流伺服驱动控制器9，利用第一伺服电机44的编码器反馈数值、结合丝杠42的螺距，来确定水平移动，利用第二伺服电机53的编码器反馈数值、结合蜗杆的螺距，来确定竖直移动，直到水平移动等于水平距离、竖直移动等于竖直距离，则激光定位器6移动到目标位置，最后利用第一伺服电机44的编码器反馈数值、结合丝杠42的螺距，获得飞行器模型与地面高度。
39.本技术的实施原理为：
40.1、试验前移动第二滑台43同时观察工业相机7成像，将激光定位器6光点移动至风洞地板下边沿，此时记录伺服电机编码器位置，并将此位置作为高度信息原点。
41.2、试验过程中，高度参数测量可分为手动模式和自动模式，手动模式下，伴随飞行器模型在风洞内运动，通过水平和竖直移动激光定位器6并观察工业相机7成像，使其光点始终位于飞行器起落架轮胎模型的正中心，此时记录伺服电机编码器位置，该位置扣除原点和起落架轮胎模型半径就是才是飞行器模型的地面高度距离。自动模式下，测量计算机11程序通过实时读取工业相机7成像，并通过相关算法和颜色识别算法，获取飞行器起落架轮胎中心和激光定位器6点状成像的像素信息，通过相应算法自动控制激光定位器6移动使二者像素信息重合，等待二者稳定重合读取伺服电机编码器信息，扣除原点和飞行器起落架轮胎模型半径距离即为飞行器模型的地效试验高度距离。
42.本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
43.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。