CN108267285A - 一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，属于飞行器实验技术领域。该实验装置包括固定底座、折叠机翼内段翼、折叠机翼中段翼和折叠机翼外段翼，该实验装置用以模拟折叠机翼的结构。固定底座与折叠机翼内段翼中的支撑铝型材、角码通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼内段翼的内段舵机与折叠机翼中段翼的舵机臂通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼中段翼)的舵机臂和折叠机翼外段翼的外段舵机通过螺栓进行螺纹连接，组成折叠机翼模型装置。本发明通过闭环控制系统保持内段翼与外段翼在运动当中的平行关系，同时操作简单、方便，极大程度上减少了占地空间，减轻了机构的整体质量和加工难度，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空飞行器实验装置，特别是用于研究折叠机翼动力学特征的实验装置，尤其可以模拟变体飞行器折叠机翼在展开过程中的振动特性，属于飞行器实验技术领域。
背景技术
作为新概念可变体飞行器的一种，折叠翼飞行器能够通过机翼的伸展和折叠主动改变机翼面积，从而始终保持最优飞行状态，最大限度地拓展飞行包络线，可以执行不同任务，满足不同飞行环境要求。当折叠翼飞行器在不同折叠角度飞行过程中，由于机翼构型的变化引起的气动与结构的变化，会使折叠翼飞行器在不同角度下具有不同的振动特性。因此，设计一种实验模型用以研究对折叠翼飞行器不同折叠角度时的振动特性，对指导折叠翼飞行器的结构设计和安全飞行都具有非常重要的价值。
针对飞行器的设计，飞行器翼面多采用变截面尺寸设计，而目前的实验模型多采用定截面设计，在一定程度上影响了实验研究的可靠性。本实验模型可以进行变截面折叠翼的动态振动特性分析。
发明内容
本发明公开了一种使用舵机作为动力元件的三段折叠机翼动力学特性实验装置，该实验装置减少了目前实验模型的占地面积，同时可以进行变截面折叠机翼的动态振动特性分析。
本发明公开了一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，该实验装置包括固定底座(1)、折叠机翼内段翼(2)、折叠机翼中段翼(3)和折叠机翼外段翼(4)，该实验装置用以模拟折叠机翼的结构。固定底座(1)与折叠机翼内段翼(2)中的支撑铝型材(7)、角码(9)通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼内段翼(2)的内段舵机(10)与折叠机翼中段翼(3)的舵机臂(20)通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼中段翼(3)的舵机臂(20)和折叠机翼外段翼(4)的外段舵机(22)通过螺栓进行螺纹连接，组成折叠机翼模型装置。
固定底座(1)通过螺栓连接在激振台上，折叠机翼内段翼(2)安装于固定底座(1)一侧；舵机与折叠机翼模型装置直接连接，固定底座(1)由多个铝型材(5)构成，各个铝型材(5)之间通过角码(6)连接。
折叠机翼内段翼(2)由支撑铝型材(7)、内段碳纤维蒙皮(8)、角码(9)、内段舵机(10)、内段折弯肋板(11)及不锈钢固定板(12)组成，其中，支撑铝型材(7)用于保证强度，提高整体装置刚性。内段碳纤维蒙皮(8)通过环氧树脂胶水直接通过粘接方式连接在支撑铝型材(7)上，内段折弯肋板(11)及不锈钢固定板(12)通过螺栓进行螺纹连接在支撑铝型材(7)上。内段碳纤维蒙皮(8)的上表面直接安装振动测试传感器。角码(9)用于两支撑铝型材(7) 的连接，通过螺栓将支撑铝型材(7)与角码(9)相连接，其中螺栓已略去。内段舵机(10)为抬升折叠机翼中段翼(3)提供动力，内段舵机(10)通过螺栓与不锈钢固定板(12)相连接。内段折弯肋板(11)用于提升折叠机翼内段翼(2) 外侧的局部强度，使折叠机翼内段翼(2)的外侧与内侧形成一整体。
折叠机翼中段翼(3)由外六角螺钉(13)、螺母(14)、鱼眼轴承(15)、螺杆(16)、中段内侧折弯肋板(17)、中段外侧折弯肋板(18)、中段肋板(19)、舵机臂(20)和中段碳纤维蒙皮(21)组成。舵机臂(20)用于传动来自内段舵机(10)和外段舵机(24)提供的动力，舵机臂(20)与中段肋板(19)通过螺栓进行螺纹连接，带动折叠机翼中段翼(3)运动。外六角螺钉(13)、螺母(14)、鱼眼轴承(15)及螺杆(16)通过其自带的螺纹线进行螺纹连接形成一结构，结构提供折叠机翼中段翼(3)的强度，起到支撑的作用。中段内侧折弯肋板(17) 和中段外侧折弯肋板(18)通过环氧树脂胶水直接通过粘接方式连接在中段碳纤维蒙皮(21)上，用于提升折叠机翼中段翼(3)的局部强度，并使螺杆(16) 与中段碳纤维蒙皮(21)形成一整体，使外侧的鱼眼轴承(15)与中段碳纤维蒙皮(21)形成一整体。
折叠机翼外段翼(4)由外段舵机(22)、外段碳纤维肋板(23)、外段碳纤维蒙皮(24)及外段折弯肋板(25)组成。外段舵机(22)与舵机臂(20)通过螺栓进行螺纹连接，为折叠机翼外段翼(4)运动提供动力，同时通过pwm驱动伺服电机使折叠机翼外段翼(4)与折叠机翼内段翼(2)始终保持平行。外段碳纤维肋板(23)及外段折弯肋板(25)起支撑作用。外段碳纤维蒙皮(24)通过环氧树脂胶水连接在外段碳纤维肋板(23)及外段折弯肋板(25)上。
内段碳纤维蒙皮(8)、中段碳纤维蒙皮(21)外段碳纤维蒙皮(24)在实验中用于模拟机翼的蒙皮。
此发明在实际使用时可进行以下工作内容：
S1：通过单片机PWM控制内段舵机(10)和外段舵机(22)在实验中始终保持一恒定角度，同时，使与折叠机翼内段翼(2)和与折叠机翼外段翼(4)的上表面可始终保持平行，可参照说明书附图中图1图2图3图4图5的结构状态，折叠机翼内段翼(2)与折叠机翼中段翼(3)间夹角分别在0°、30°、60°、90°、 120°时的工作状态，用以模拟折叠机翼的静态参量。
S2：通过单片机PWM控制内段舵机(10)和外段舵机(22)在实验中保持一特定速度进行圆周运动，使折叠机翼内段翼(2)与折叠机翼中段翼(3)间夹角可从0°逐渐增大到120°，再从120°逐渐减小为0°，同时应保证折叠机翼内段翼(2)和与折叠机翼外段翼(4)的上表面保持平行，用以模拟折叠机翼在机翼展开和收缩过程中的动态参量。
本发明对于折叠机翼的实验装置，可以通过闭环控制系统保持内段翼与外段翼在运动当中的平行关系，同时操作简单、方便，极大程度上减少了占地空间，减轻了机构的整体质量和加工难度，降低了成本。可以进行折叠机翼的模态实验和折叠机翼的动态振动特性试验。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1是折叠机翼实验装置的总装配示意图。
图2是折叠机翼实验装置的固定底座示意图。
图3是折叠机翼实验装置的内段翼的内部框架的装配示意图。
图4是折叠机翼实验装置的中段翼的内部框架的装配示意图。
图5是折叠机翼实验装置的外段翼的内部框架的装配示意图。
图6是折叠机翼实验装置的中段翼与内段翼外段翼保持水平的示意图。
图7是折叠机翼实验装置的中段翼与内段翼外段翼保持30度的示意图。
图8是折叠机翼实验装置的中段翼与内段翼外段翼保持60度的示意图。
图9是折叠机翼实验装置的中段翼与内段翼外段翼保持90度的示意图。
图10是折叠机翼实验装置的中段翼与内段翼外段翼保持120度的示意图。
图中：1、固定底座，2、折叠机翼内段翼，3、折叠机翼中段翼，4、折叠机翼外段翼，5、固定底座铝型材，6、角码，7、支撑铝型材，8、内段碳纤维蒙皮， 9、折叠翼角码，10、内段舵机，11、内段折弯肋板，12、不锈钢固定板，13、外六角螺钉，14、螺母，15、鱼眼轴承，16、螺杆，17、中段内侧折弯肋板，18、中段外侧折弯肋板，19、中段肋板，20、舵机臂，21、中段碳纤维蒙皮，22、外段舵机，23、外段碳纤维肋板，24、外段碳纤维蒙皮，25、外段折弯肋板。
具体实施方式
本发明专利的实验模型包括固定底座(图2)、折叠机翼内段翼(图3)、折叠机翼中段翼(图4)和折叠机翼外段翼(图5)，用以模拟折叠翼的结构。
在进行动态振动特性测试实验时，将固定底座(图2)通过螺栓安装于激振台上，折叠机翼内段翼(图3)、折叠机翼中段翼(图4)和折叠机翼外段翼(图 5)如图1所示安装在指定的位置，使整个装置固定在底座上，模拟悬臂的边界条件。内段舵机(10)和外段舵机(22)通过pwm控制进行不同速度的圆周运动，同时使折叠机翼外段翼(图5)和折叠机翼内段翼(图3)在运动中始终保持平行，用以模拟折叠机翼实际工作中的状态。在装置进行运动的过程中，通过激振台施加初始激励，装置发生受迫振动，通过传感器测定实验数值。
固定底座(1)的尺寸长为700毫米，宽为550毫米，高为260毫米。
在进行模态测试实验时，应通过pwm控制使舵机角度保持在设定好的角度上，使机翼在设定好的角度下保持静止状态。预设角度为0°(图6)、30°(图7)、 60°(图8)、90°(图9)、120°(图10)。将整个折叠机翼实验装置固定在激振台上，使用激振器给予简谐力激励，使装置发生受迫振动，通过传感器测定实验数值。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书对本发明已做了详细的说明，但是本领域的技术人员应该理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切的不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：该实验装置包括固定底座(1)、折叠机翼内段翼(2)、折叠机翼中段翼(3)和折叠机翼外段翼(4)，该实验装置用以模拟折叠机翼的结构；固定底座(1)与折叠机翼内段翼(2)中的支撑铝型材(7)、角码(9)通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼内段翼(2)的内段舵机(10)与折叠机翼中段翼(3)的舵机臂(20)通过螺栓进行螺纹连接，折叠机翼中段翼(3)的舵机臂(20)和折叠机翼外段翼(4)的外段舵机(22)通过螺栓进行螺纹连接，组成折叠机翼模型装置。
2.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：固定底座(1)通过螺栓连接在激振台上，折叠机翼内段翼(2)安装于固定底座(1)一侧；舵机与折叠机翼模型装置直接连接，固定底座(1)由多个铝型材(5)构成，各个铝型材(5)之间通过角码(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：折叠机翼内段翼(2)由支撑铝型材(7)、内段碳纤维蒙皮(8)、角码(9)、内段舵机(10)、内段折弯肋板(11)及不锈钢固定板(12)组成，其中，支撑铝型材(7)用于保证强度，提高整体装置刚性；内段碳纤维蒙皮(8)通过环氧树脂胶水直接通过粘接方式连接在支撑铝型材(7)上，内段折弯肋板(11)及不锈钢固定板(12)通过螺栓进行螺纹连接在支撑铝型材(7)上；内段碳纤维蒙皮(8)的上表面直接安装振动测试传感器；角码(9)用于两支撑铝型材(7)的连接，通过螺栓将支撑铝型材(7)与角码(9)相连接，其中螺栓已略去；内段舵机(10)为抬升折叠机翼中段翼(3)提供动力，内段舵机(10)通过螺栓与不锈钢固定板(12)相连接；内段折弯肋板(11)用于提升折叠机翼内段翼(2)外侧的局部强度，使折叠机翼内段翼(2)的外侧与内侧形成一整体。
4.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：折叠机翼中段翼(3)由外六角螺钉(13)、螺母(14)、鱼眼轴承(15)、螺杆(16)、中段内侧折弯肋板(17)、中段外侧折弯肋板(18)、中段肋板(19)、舵机臂(20)和中段碳纤维蒙皮(21)组成；舵机臂(20)用于传动来自内段舵机(10)和外段舵机(24)提供的动力，舵机臂(20)与中段肋板(19)通过螺栓进行螺纹连接，带动折叠机翼中段翼(3)运动；外六角螺钉(13)、螺母(14)、鱼眼轴承(15)及螺杆(16)通过其自带的螺纹线进行螺纹连接形成一结构，结构提供折叠机翼中段翼(3)的强度，起到支撑的作用；中段内侧折弯肋板(17)和中段外侧折弯肋板(18)通过环氧树脂胶水直接通过粘接方式连接在中段碳纤维蒙皮(21)上，用于提升折叠机翼中段翼(3)的局部强度，并使螺杆(16)与中段碳纤维蒙皮(21)形成一整体，使外侧的鱼眼轴承(15)与中段碳纤维蒙皮(21)形成一整体。
5.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：折叠机翼外段翼(4)由外段舵机(22)、外段碳纤维肋板(23)、外段碳纤维蒙皮(24)及外段折弯肋板(25)组成；外段舵机(22)与舵机臂(20)通过螺栓进行螺纹连接，为折叠机翼外段翼(4)运动提供动力，同时通过pwm驱动伺服电机使折叠机翼外段翼(4)与折叠机翼内段翼(2)始终保持平行；外段碳纤维肋板(23)及外段折弯肋板(25)起支撑作用；外段碳纤维蒙皮(24)通过环氧树脂胶水连接在外段碳纤维肋板(23)及外段折弯肋板(25)上。
6.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：内段碳纤维蒙皮(8)、中段碳纤维蒙皮(21)外段碳纤维蒙皮(24)在实验中用于模拟机翼的蒙皮。
7.根据权利要求1所述的一种使用舵机的三段折叠机翼动力学特性实验装置，其特征在于：该装置的实现过程如下，
S1：通过单片机PWM控制内段舵机(10)和外段舵机(22)在实验中始终保持一恒定角度，同时，使与折叠机翼内段翼(2)和与折叠机翼外段翼(4)的上表面可始终保持平行，折叠机翼内段翼(2)与折叠机翼中段翼(3)间夹角分别在0°、30°、60°、90°、120°时的工作状态，用以模拟折叠机翼的静态参量；
S2：通过单片机PWM控制内段舵机(10)和外段舵机(22)在实验中保持一特定速度进行圆周运动，使折叠机翼内段翼(2)与折叠机翼中段翼(3)间夹角可从0°逐渐增大到120°，再从120°逐渐减小为0°，同时应保证折叠机翼内段翼(2)和与折叠机翼外段翼(4)的上表面保持平行，用以模拟折叠机翼在机翼展开和收缩过程中的动态参量。
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