CN111982460A - 一种风洞模型的间隙模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明从实际应用出发，针对已有风洞模型间隙模拟装置的不足，提出了一种风洞模型的间隙模拟装置。该装置通过间隙摇臂与间隙挡块之间的配合来模拟非线性间隙，通过改变间隙挡块尺寸来改变间隙大小，间隙模拟的精度较高。此外该装置采用了间隙切换块来切换试验的线性与非线性间隙状态，可以确保严格意义上的线性状态。该装置的上下轴承均选用了可以同时承受较大轴向载荷和径向载荷的深沟球轴承，整个装置也具有足够的刚度，对模型试验影响很小。本发明可以适用于多种模型的风洞及地面线性/非线性间隙试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种风洞模型的间隙模拟装置。
背景技术
飞行器舵翼面由于加工误差、装配误差以及磨损等因素往往不可避免的存在着间隙。间隙非线性是一种典型的结构非线性，它的存在会改变舵翼面的刚度特性，从而改变舵翼面的气动弹性特性，可能引起极限环振荡等现象，从而可能导致飞行器舵翼面发生低于线性颤振速度的结构破坏，因此有关间隙非线性的研究很重要。除了从理论层面对间隙非线性的研究之外，风洞试验也是一种更为直接有效的研究手段。
有关风洞试验时模型的间隙模拟装置，目前已有的CN109297668较好的实现了间隙调节的功能，但其间隙大小改变方式是通过调节螺钉/螺栓旋入长度实现，虽然在一定程度上简单易行，但是其间隙大小不易实现高精度的控制。
发明内容
本发明旨在弥补已有风洞模型间隙模拟装置的不足，提出一种间隙模拟精度更高的装置，通过舵轴摇臂与间隙挡块之间间隙模拟模型扭转方向间隙，通过更换间隙挡块来模拟不同间隙大小，通过线性切换板实现线性/非线性状态的转换。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
本发明主要提供了一个风洞模型的间隙模拟装置，该装置主要包括间隙切换块、下轴承盖、下轴承、下支撑基座、舵轴、间隙挡块、基座连接块、上支撑基座、上轴承、上轴承盖、模型连接件、风洞连接件；
间隙切换块通过螺栓与下支撑基座连接，下轴承盖通过螺栓与下支撑基座连接，下支撑基座通过螺栓与基座连接块连接，基座连接块通过螺栓与上支撑基座连接，间隙挡块通过螺栓与定位销与上支撑基座连接，舵轴通过下轴承与下支撑基座连接，舵轴通过上轴承与上支撑基座连接，上轴承盖通过螺栓与上支撑基座连接，模型连接件通过螺栓和定位销与舵轴连接，模型连接件与试验模型连接，最后整个装置的上支撑基座通过螺栓与风洞壁面连接。
间隙模拟功能通过舵轴摇臂与间隙挡块之间的微小间隙提供，试验运动时带动舵轴及摇臂运动，舵轴摇臂在间隙挡块内微幅运动，产生扭转方向间隙，通过更换不同尺寸的间隙挡块来更改间隙大小；舵轴摇臂的顶端为弧形，舵轴摇臂与间隙挡块之间的接触为点-面接触，保证了间隙大小的稳定性。
该装置通过间隙切换块实现线性/间隙试验状态之间的切换。线性试验时，间隙切换块与舵轴之间，通过4个M6的螺钉与2个定位销连接，直接限制舵轴转动，舵轴摇臂与间隙挡块之间配合作用失效，从而变为无间隙的线性状态。整个线性/间隙切换不是通过调节间隙产生位置处间隙大小实现；非线性间隙试验时，解除间隙切换块对舵轴的限制，通过间隙挡块与舵轴的摇臂的配合产生扭转间隙。
间隙挡块和舵轴及舵轴摇臂材料均为钢，具有足够的刚度；上下轴承均选用了深沟球轴承，可以同时承受轴向载荷和径向载荷较大的转轴；整个装置刚度比较高，试验时附加刚度比较小，对试验结果影响小。
根据本发明的一个方面，提供了一种风洞模型的间隙模拟装置，包括：
上支撑基座,
下支撑基座，
基座连接块，下支撑基座通过基座连接块与上支撑基座固定，
固定在上支撑基座上的上轴承，
固定在下支撑基座上的下轴承，
舵轴，其得到上轴承和下轴承的支撑，
用于连接试验模型的模型连接件，
间隙切换块，其与下支撑基座保持连接，当间隙切换块与舵轴连接时，舵轴和上支撑基座和下支撑基座之间保持固定，从而实现了严格意义上的无间隙线性状态，当取消间隙切换块和舵轴之间的连接时，舵轴在转动方向上不再受到间隙切换块限制，此时切换到间隙非线性状态，
风洞连接件，其一方面与上支撑基座连接，另一方面与风洞壁面连接，从而实现了间隙模拟装置在风洞中的安装，
间隙挡块，其与上支撑基座连接，
舵轴摇臂，其是舵轴的一部分，
其中，通过舵轴摇臂和间隙挡块之间的碰撞间隙来模拟模型转动方向上存在的间隙，提升间隙模拟的精度。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的风洞模型的间隙模拟装置的内部分解示意图；
图2为图1所示实施例应用于风洞试验时的正面示意图；
图3为图1所示实施例应用于风洞试验时的背面示意图；
图4为根据本发明的一个实施例的风洞模型的间隙模拟装置的侧面示意图；
图5为图4中的A-A面的剖视图；
附图标记说明：
(1)间隙切换块 (2)下轴承盖
(3)下轴承 (4)下支撑基座
(5)舵轴 (6)间隙挡块
(7)基座连接块 (8)上支撑基座
(9)上轴承 (10)上轴承盖
(11)模型连接件 (12)试验模型
(13)风洞连接件 (14)舵轴摇臂
具体实施方式
以下结合说明书附图和实施案例对本发明做进一步说明。
附图中，相同的标号表示相同的元件或具有相同或类似功能的元件。此外，以下所描述展示的实例仅是本发明的一个较好的例子，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是与本发明间隙实现与切换方式类似的发明实例，均在本发明技术方案的范围之内。
本发明提供了一种风洞模型的间隙模拟装置，用于在风洞实验中对模型扭转方向上的间隙进行模拟，包括间隙切换块、下轴承盖、下轴承、下支撑基座、舵轴、间隙挡块、基座连接块、上支撑基座、上轴承、上轴承盖、模型连接件、风洞连接件等。
图1展示了根据本发明的一个实施例的风洞模型的间隙模拟装置的内部结构。下支撑基座(4)通过基座连接块(7)与上支撑基座(8)固定，形成该间隙模拟装置的主体部分，上轴承(9)、下轴承(3)分别固定在上支撑基座(8)和下支撑基座(4)上，实现对舵轴(5)的支撑作用。试验模型(12)通过模型连接件(11)与本发明装置连接，模型连接件(11)的可以为不同的形状，只要保证根部通过螺钉、定位销与舵轴(5)相连即可，其与试验模型(12)的连接形式是不受限制的。选用较大直径的舵轴(5)，其刚度远大于试验模型(12)的根部支撑刚度，因此对试验结果影响几乎可以忽略不计。上轴承(9)、下轴承(3)均选用深沟球轴承，可以同时承受轴向载荷和径向载荷较大的转轴。
本发明的间隙模拟装置的核心部分在于线性/非线性间隙的切换与实现，具体实施方式如下：
如图1所示，间隙切换块(1)与下支撑基座(4)通过螺栓保持连接，当间隙切换块(1)通过螺钉和定位销与舵轴(5)连接时，舵轴和整个上、下支撑基座(8、4)之间保持固定，从而实现了严格意义上的无间隙线性状态，当取消间隙切换块(1)和舵轴(5)之间的连接时，舵轴 (5)在转动方向上不再受到间隙切换块(1)限制，此时切换到间隙非线性状态，保证了线性与非线性状态切换的严格精确性。
图2、图3分别展示了本发明的一个实施例应用于风洞试验时的正面和背面的效果图，箭头表示风洞来流方向。风洞安装时，风洞连接件(13) 一方面通过螺钉与上支撑基座(8)连接，另一方面通过螺栓或其他连接形式与风洞壁面连接，从而实现了整个装置在风洞中的安装。风洞连接件(13)的结构形式和连接形式不受限制，可以根据实际情况设计。
图4是整个装置的侧视图，图5是图4中A-A面的剖视图。舵轴摇臂(14)是舵轴(5)的一部分，从剖视图可以看出该间隙模拟装置的原理：通过舵轴摇臂(14)和间隙挡块(6)之间的碰撞间隙来模拟模型转动方向上存在的间隙，有效提升了间隙模拟的精度。
图5中的间隙挡块(6)通过六颗螺钉和两个定位销与上支撑基座(8) 连接，可以在通过更换不同开口尺寸的间隙挡块(8)来实现调节间隙大小的功能。
考虑到加工制造误差，实际间隙挡块(6)与舵轴摇臂(14)之间产生的间隙大小可能会与理论有一定误差，故实际实施时需要先对不同间隙挡块(6)实际产生的间隙大小进行标定，具体标定时可以采用塞尺法、静态载荷法等多种方法，此处不做更多详细叙述。
本发明的优点包括：
本发明从实际应用出发，针对风洞模型间隙模拟装置的不足，发明了一种间隙模拟的风洞模型试验装置。本发明装置可以模拟不同大小的非线性间隙，且模拟精度较高；线性与非线性状态切换方式也严格精确；上下轴承均选用了深沟球轴承，可以同时承受轴向载荷和径向载荷较大的转轴；整个装置具有足够的刚度，对模型试验影响很小。本发明可以适用于多种模型的风洞及地面线性/非线性试验。
Claims (8)
1.一种风洞模型的间隙模拟装置，包括：
上支撑基座(8)，
下支撑基座(4)，
基座连接块(7)，下支撑基座(4)通过基座连接块(7)与上支撑基座(8)固定，
固定在上支撑基座(8)上的上轴承(9)，
固定在下支撑基座(4)上的下轴承(3)，
舵轴(5)，其得到上轴承(9)和下轴承(3)的支撑，
用于连接试验模型(12)的模型连接件(11)，
间隙切换块(1)，其与下支撑基座(4)保持连接，当间隙切换块(1)与舵轴(5)连接时，舵轴(5)和上支撑基座(8)和下支撑基座(4)之间保持固定，从而实现了严格意义上的无间隙线性状态，当取消间隙切换块(1)和舵轴(5)之间的连接时，舵轴(5)在转动方向上不再受到间隙切换块(1)限制，此时切换到间隙非线性状态，
风洞连接件(13)，其一方面与上支撑基座(8)连接，另一方面与风洞壁面连接，从而实现了间隙模拟装置在风洞中的安装，
间隙挡块(6)，其与上支撑基座(8)连接，
舵轴摇臂(14)，其是舵轴(5)的一部分，
其中，通过舵轴摇臂(14)和间隙挡块(6)之间的碰撞间隙来模拟模型转动方向上存在的间隙，提升间隙模拟的精度。
2.根据权利要求1所述的风洞模型的间隙模拟装置，其特征在于：
通过更换不同开口尺寸的间隙挡块(6)，实现调节间隙大小的功能。
3.根据权利要求1所述的风洞模型的间隙模拟装置，其特征在于：
舵轴(5)的刚度远大于试验模型(12)的根部支撑刚度，
上轴承(9)和下轴承(3)均选用深沟球轴承。
4.根据权利要求1所述的风洞模型的间隙模拟装置，其特征在于：
间隙挡块(6)通过六颗螺钉和两个定位销与上支撑基座(8)连接，
间隙切换块(1)通过螺钉和定位销与舵轴(5)连接。
5.基于一种风洞模型的间隙模拟装置的间隙模拟方法，所述间隙模拟装置包括：
上支撑基座(8)，
下支撑基座(4)，
基座连接块(7)，下支撑基座(4)通过基座连接块(7)与上支撑基座(8)固定，
固定在上支撑基座(8)上的上轴承(9)，
固定在下支撑基座(4)上的下轴承(3)，
舵轴(5)，其得到上轴承(9)和下轴承(3)的支撑，
用于连接试验模型(12)的模型连接件(11)，
所述间隙模拟方法包括：
使间隙切换块(1)与下支撑基座(4)保持连接，
使间隙切换块(1)与舵轴(5)连接时舵轴(5)与上支撑基座(8)和下支撑基座(4)之间保持固定，从而实现了严格意义上的无间隙线性状态，
使间隙切换块(1)和舵轴(5)之间的连接被取消时舵轴(5)在转动方向上不再受到间隙切换块(1)限制，从而切换到间隙非线性状态，
使风洞连接件(13)一方面与上支撑基座(8)连接另一方面与风洞壁面连接，从而实现了间隙模拟装置在风洞中的安装，
把间隙挡块(6)与上支撑基座(8)连接，
用作为舵轴(5)的一部分的舵轴摇臂(14)和间隙挡块(6)之间的碰撞间隙来模拟模型转动方向上存在的间隙。
6.根据权利要求5所述的间隙模拟方法，其特征在于进一步包括：
通过更换不同开口尺寸的间隙挡块(6)，实现调节间隙大小的功能。
7.根据权利要求5所述的间隙模拟方法，其特征在于：
舵轴(5)的刚度远大于试验模型(12)的根部支撑刚度，
上轴承(9)和下轴承(3)均选用深沟球轴承。
8.根据权利要求5所述的间隙模拟方法，其特征在于进一步包括：
使间隙挡块(6)通过六颗螺钉和两个定位销与上支撑基座(8)连接，
使间隙切换块(1)通过螺钉和定位销与舵轴(5)连接。
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