[发明专利]一种高速风洞平移振动动导数试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种高速风洞平移振动动导数试验装置及试验方法，该装置由平移支杆结构、滑轨和涡卷弹簧平衡结构组成，由平移支杆结构的驱动电机驱动其与模型一同上下平动。在平移支杆结构上下周期性平动时，涡卷弹簧平衡结构提供一平衡力以抵消模型本身所受法向力影响。

技术领域

本发明属于航空气动力风洞特种试验技术领域，尤其涉及一种高速风洞平移振动动导数试验装置及试验方法。

背景技术

如图1，飞行器在飞行中遇到上下气流干扰时，飞行迎角的突然变化，会导致作用于飞行器上的气动力波动，此时飞行器由于气动力波动会出现明显的上下平移运动情况，这是一种典型的气流迎角改变导致气动力变化的例子。为了研究高速飞行时此种飞行迎角变化带来的动态气动性能变化，也即平移振动的动态稳定性导数(动导数)变化，需建立高速风洞平移振动动导数的测量机构。同时由于高速风洞试验条件的限制，在模型本身有迎角时，需要较大的驱动力去克服升力，驱动结构的实现难度较大，目前在高速风洞试验中还未能建立此种上下控制能力。因此，需要研究出体积小巧、构型简洁的上下控制机构，在高速风洞中实现上下平移运动的模拟，最终获得飞行器高速飞行时上下平移运动的动态气动力，进而得到飞行器的高速平移振动动导数，补充完善飞行器的飞行控制及安全飞行参数。一般将马赫数大于0.3小于4的风洞称为高速风洞。

发明内容

发明目的

本发明为解决现有风洞试验技术能力下，无法模拟测量高速风洞中的上下平移振动动导数问题提供一种高速风洞平移振动动导数试验装置，该装置可以实现高速风洞中上下平移运动的控制。该控制装置对风洞造成的阻塞度需较小，且对流场影响微弱。该装置在运动过程中应当是往复运动的，运动轨迹需为精确的上下平移运动。为了实现模型迎角较大的变化范围，控制机构需有快速上下平移运动的能力，这要求平移运动驱动电机在平衡位置需求的功率最小。运动过程中需实时测量模型上下运动位置和作用于模型上的非定常空气动力。

发明技术解决方案

一种高速风洞平移振动动导数试验装置，该装置由平移支杆结构、滑轨和涡卷弹簧平衡结构组成；涡卷弹簧平衡结构位于平移支杆结构下方；

平移支杆结构由支杆、支杆接头、滑轨轨套、偏心凸轮、凸轮槽、轨套座、电机组成；滑轨轨套安装于轨套座侧面，轨套座前、后端分别安装支杆接头和凸轮槽；支杆固定在支杆接头上，偏心凸轮能够在电机的驱动下旋转，凸轮槽在偏心凸轮带动下上下运动；滑轨轨套与沿竖直方向固定在风洞基座上的滑轨配合；

涡卷弹簧平衡结构由张线、平面涡卷弹簧、驱动电机、螺杆、齿轮组成；平面涡卷弹簧和齿轮固定于风洞底板上，平面涡卷弹簧内端固连于齿轮中心；驱动电机的电机螺杆驱动齿轮旋转；张线一端连接平面涡卷弹簧外端，另一端固连于凸轮槽上。

优选的，电机输出轴与偏心凸轮转动中心重合，凸轮槽与偏心凸轮外型面滑动接触。

优选的，平面涡卷弹簧与齿轮中心重合。

优选的，平面涡卷弹簧与齿轮安装于带滚珠轴承的安装轴上。

优选的，滑轨轨套固定在轨套座两侧面，滑轨轨套上有沿竖直方向的轨道槽。

优选的，每个平面涡卷弹簧上连接两根张线。

平面涡卷弹簧为非接触式，涡卷弹簧平衡结构包含两个平面涡卷弹簧，平面涡卷弹簧的各参数为：变形角10rad，扭矩300Nm，簧片截面厚度4mm，簧片截面宽度80mm，内径45mm，最大外径500mm，圈数为10圈，节距约50mm。

优选的，张线沿竖直方向延伸。

优选的，平面涡卷弹簧在模型运动过程中，由于模型上下平移运动平面涡卷弹簧外端也同时做上下运动，导致的拉力变化量须不超过静态拉力的10％。