[实用新型]一种含柔性铰链可实现振动主动控制的风洞用尾支杆

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种含柔性铰链可实现振动主动控制的风洞用尾支杆。

背景技术：

在目前的风洞测力试验中，多采用模型、支杆以及尾部支撑架的结构形式，这种结构形式的缺点在于整体结构形式呈现悬臂式，在进行风洞实验时，容易激发在俯仰方向的大幅度低频振动，一方面对测力天平所获取的数据产生了较大的误差，另一方面加剧了风洞实验的危险性。如何保证风洞实验安全有效的进行，成为了在目前风洞测力实验的当务之急。由于风洞实验对于流场稳定性的需求，整体结构的外形尺寸不能有较大改变，因此难以从减振支杆其自身的质量刚度改变来达到振动抑制的目的。

智能材料中的压电材料广泛应用为风洞支撑系统的振动控制带来新的思路。压电材料是指在在受到压力作用时在两端面可以产生电压的一种晶体材料，同时压电材料多具有逆压电效应，逆压电效应是指当在材料的电介质极化方向施加电场时，会在电介质一定方向上产生一定的机械变形或机械压力。利用压电材料可以实现电能与机械能互相转换。其中，压电陶瓷是压电材料中应用最为广泛的材料之一，压电陶瓷具有灵敏度高、响应频率高等特点，可以将微小的机械振动转换为电信号，利用这一特性，压电陶瓷广泛应用于声呐系统、气象探测等领域。压电叠堆是指将若干片压电陶瓷片使用物理串联、电学并联或者串联，相较单一的压电片，其效率更高，受到压力时所有压电片都会产生电压。同时，压电叠堆不仅继承了压电陶瓷片高灵敏度与响应频率的优点，还可以输出更大力与位移，具有更好的驱动能力。

在振动主动控制中，需要对模型端的振动信号进行采集，并经过一系列信号处理转换为对压电叠堆输入的电压信号。对压电叠堆通入一定的电压，压电叠堆的输出力与输出位移呈现一定的线性关系，如果支杆刚度过大，压电叠堆的输出位移会降低，难以达到对振动有效控制的目的，因此有必要引入柔性机构将支杆刚度降低，达到放大压电叠堆输出位移的目的。

柔性机构是通过结构中柔性的弹性变形来实现运动、位移以及力的互相转化，柔性机构具有结构紧凑、无间隙、无摩擦、易于控制以及运动精度高等优点。目前的研究中，多以缺口型柔性铰链作为研究对象，缺口型柔性铰链运动范围有限，不可用于大变形的场合，但是运动精度比其他柔性机构更高，广泛应用于于陀螺仪、加速度计、精密天平、导弹控制等仪器仪表中，并获得了前所未有的高精度和稳定性。柔性铰链主要可分为直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链。直梁型柔性铰链有较大的转动范围,但其运动精度较差,转动中心在转动过程中有明显的偏转。圆弧型柔性铰链的运动精度较高,但运动行程受到很大的限制,只能实现微小幅度的转动。

目前已有的用于主动减振的风洞模型支撑结构也是利用压电叠堆作为振动抑制器件，如李杰峰等人设计的主动减振的风洞模型尾支杆结构(中华人民共和国，专利申请号：CN 103278305 A)，其设计利用四周布置四个相互夹角为90°的压电叠堆，当模型端部发生振动时，压电叠堆输出反向作用力，对端部振动起抑制作用，但是其结构形式相对简单并具有一定的局限性，不适用于复杂工况，并且其并未利用柔性铰链作为压电叠堆位移放大机构。

实用新型内容：

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种含柔性铰链可实现振动主动控制的风洞用尾支杆。

本实用新型所采用的技术方案有：一种含柔性铰链可实现振动主动控制的风洞用尾支杆，包括测力天平、支杆、柔性铰链、后接头、地面支臂、拉紧螺栓和压电叠堆，所述测力天平连接在支杆上，支杆与柔性铰链固定连接，后接头与柔性铰链固定连接，地面支臂套设于拉紧螺栓上，拉紧螺栓螺纹连接在后接头上并将地面支臂抵接于后接头上，压电叠堆的一端固定连接在后接头上，另一端抵接于柔性铰链上。

进一步地，所述柔性铰链包括一体成型且同轴设置的锥形部和圆柱部，在圆柱部的径向方向上设有圆弧槽，在圆柱部的轴向方向上设有第一安装缺口部。

进一步地，所述后接头上的轴向方向上设有与所述第一安装缺口部相贯通的第二安装缺口部，在第二安装缺口部的侧壁上设有连接孔，该连接孔内设有螺纹销，压电叠堆的一端与螺纹销螺纹连接，另一端抵接在第一安装缺口部的侧壁上。

进一步地，所述柔性铰链与后接头之间通过螺杆和螺母固定连接，螺杆一端螺纹连接在柔性铰链上，另一端穿过后接头并与螺母固定连接。

进一步地，所述支杆和柔性铰链之间通过楔子固定连接。

进一步地，所述后接头上套设有压环，地面支臂的一端抵触在压环上。