CN115343052B - 一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞试验领域，具体公开了一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置及方法，所述驱动装置包括电机，所述电机通过挠性联轴器与丝杠连接，丝杠首尾两端通过丝杠固定座固定，所述丝杠通过丝杠副与栅指连接，电机带动丝杠旋转运动，丝杠旋转带动栅指直线进给。本发明解决了传送带式栅指畸变发生器更换工况耗时长、传送带维护频率高、传送带滑动影响试验数据可靠性的问题。

Description

一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置及方法

技术领域

本发明属于风洞试验领域，尤其涉及一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置及方法。

背景技术

航空发动机是航空飞行器极为重要的设备之一，其可靠性对飞行器的安全至关重要，而航空发动机在极端进气条件下会发生稳定性问题，例如常见的喘振、颤振、叶片耦振、转子强迫振动等问题，这些问题都会影响到航空发动机，进而影响到航空飞行器的安全。因此，航空发动机在试制调试阶段必须进行稳定性评定，包括且不限于发动机或压气机稳定性边界评定和进气道与发动机相容性评定，这种试验便是畸变试验。通常，该实验需要借助畸变发生器将飞行器进气道模型风洞试验获取的出口压力畸变结果模拟到发动机进口处，产生所需的压力或旋流畸变，进行发动机抗畸变试验。

如今，国内外对畸变发生器做了多种结构上的优化与改进，主要目的是两方面：一是有效的实现稳态/动态压力畸变比例的真实模拟和调节，满足飞行器实际飞行过程中宽工况的畸变图谱模拟需求；二是降本增效，提高更换图谱时的工作效率，降低更换图谱所需的成本，进而降低高昂的试验成本，高效的完成试验。

在行业内，已经进行工程应用的进气压力畸变模拟装置主要有以下几种：

1.畸变网结构最为简单与常见，是传统的畸变模拟发生装置，其原理就是在主流中插入不同形状、不同阻塞比的装置，使主流在局部中产生压力损失，进而实现进气压力的模拟，而其弊端是只能适用于一种工况，每次畸变图谱需要单独设计加工一种图谱，而每种图谱部件需要大量的加工、标定、校准工作，更换工况也需要大量的人力资源，弊端较多；

2.专利申请号CN201610917852对插板式进行了改良，发明了一种可调扇形板流畅畸变模拟器，增加了对畸变图谱的模拟程度，但模拟图谱的准确性、适应性不足；

3.专利公开号CN111896263A提出了一种栅指畸变发生器，解决了现有畸变发生器的阻挡版形状单一的弊端，将常规的插板或模拟板离散化，以独立可调节栅指作为阻塞物，利用调节控制装置使每根栅指可独立调节伸入管路的长度，多个栅指组合成不同的工况条件，其弊端是采用同步带传动结构的外廓尺寸较大,需要额外的张紧装置，并且由于传送带的滑动，容易造成栅指进给位置精度问题，影响实验数据可靠性，另外传送带寿命较短，需要定期维护，并且该专利所述驱动装置为串联式，完成一个栅指的进给后才能调节下一个栅指的进给，而对于畸变发生器常常有数十根栅指需要调节，上述方案中用传送带式串联驱动装置会造成试验效率低，成本增高的弊端，并且由于更换工况时间较长，两个工况之间只能暂停试验，不能连续试验，否则会产生大量的成本支出，另外栅指的定位精度也不是很高。

综合以上，虽然现有技术对已知弊端进行了优化与规避，但自身依然存在着不足之处，影响畸变试验的效率与试验数据的可靠性。

发明内容

为解决上述现有技术中传送带式栅指畸变发生器更换工况耗时长、传送带维护频率高、传送带滑动影响试验数据可靠性的问题，本发明提供了一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置及方法。

本发明的技术方案：一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，所述驱动装置包括电机，所述电机通过挠性联轴器与丝杠连接，丝杠首尾两端通过丝杠固定座固定，所述丝杠通过丝杠副与栅指连接，电机带动丝杠旋转运动，丝杠旋转带动栅指直线进给。

所述栅指畸变发生器两端的栅指外侧设置限位杆。

沿所述栅指进给的方向设置滑轮组，所述滑轮组的滑轮的外型面与栅指外型面相吻合。

所述滑轮组的个数为两个，对称设置在所述栅指的两侧。

所述驱动装置还包括润滑垫，所述润滑垫的外型面与栅指的外型面相吻合。

所述润滑垫设置在所述栅指畸变发生器的管路的凹槽中。

所述栅指畸变发生器中的每根栅指均与一个所述驱动装置连接。

相邻的所述栅指间紧密相接。

所述丝杠为滚珠丝杠。

另一方面，本发明提供一种的高精度并联式栅指畸变发生器驱动方法，包括如下步骤：

（1）将电机通过挠性联轴器与丝杠相连；

（2）丝杠首尾两端通过丝杠固定座固定到台体上，丝杠通过丝杠副与栅指相连；

（3）根据丝杠的导程，计算出电机旋转与栅指进给距离的关系；

（4）启动电机，电机的运转带动丝杠进行旋转运动，使得丝杠的旋转带动栅指进行直线进给。

（5）调节丝杠进给速度，实现栅指2s内的工况变更。

本发明的有益效果：

本发明采用并联式电机驱动，利用电机带动丝杠旋转运动，丝杠旋转带动栅指直线进给，同步实现栅指的工况变更，调节丝杠进给速度，实现2s内的工况变更，提高试验效率。本发明通过滑轮组、润滑垫对栅指的运动进给进行精确导向与粗导向，提高栅指的运动精准度，进而提高畸变试验的数据可靠性，避免了传动带驱动所带来精度低、容易损坏的弊端。

另一方面，本发明克服了现有技术栅指畸变发生器需要在狭窄的空间内布局整套的驱动装置的问题，本发明中所述并联式栅指畸变发生器驱动装置结构紧凑，克服了上述技术阻力，优化了空间布局，便于拆装与维护保养。

附图说明

图1是本发明中高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置中的电机直连驱动栅指的结构示意图；

图2是本发明中滑轮组安装示意图；

图3是本发明中润滑垫与栅指相对位置示意图；

图4是本发明中润滑垫的安装示意图；

图5是本发明中并联驱动栅指示意图。

符号说明：

1.电机，2.挠性联轴器，3.丝杠固定座，31.固定端，32.支撑端，4.丝杠副，5丝杠，6.栅指，7.滑轮组，71.滑轮组支撑杆，72.轴承，73.滑轮，74.滑轮组支撑座，8.润滑垫，9.限位杆，10.管路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合附图1-5，一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，所述驱动装置包括电机1，电机1固定在电机安装座上，所述电机1通过挠性联轴器2与丝杠5连接，丝杠5首尾两端通过丝杠固定座3固定，丝杠固定座3的一端为固定端31、一端为支撑端32，所述丝杠5通过丝杠副4与栅指6连接，电机1带动丝杠5旋转运动，丝杠5的旋转运动带动栅指6直线进给。

所述栅指畸变发生器两端的栅指6外侧设置限位杆9。该限位杆9能够对丝杠副4进给路线起到导向作用，避免了电机运转振动带来的丝杠副偏移的问题。

所述栅指6进给的方向设置滑轮组7，所述滑轮组7的滑轮73的外型面与栅指6外型面相吻合并与栅指贴合。滑轮组7的个数为2个，对称设置在栅指6的两侧，该滑轮组7对栅指6的给进路线进行粗导向。

所述驱动装置还包括润滑垫8，所述润滑垫8的外型面与栅指6外型面相吻合。所述润滑垫8设置在栅指式畸变发生器的管路10的凹槽中。润滑垫8的材料为Teflon，该润滑垫8对栅指6起到精确导向的作用，滑轮组7、润滑垫8可减小摩擦，保证栅指6足够的进给速度并能够防止栅指6因摩擦而受损。

所述丝杠5为滚珠丝杠。相邻的所述驱动装置驱动的栅指6紧密相接不留空隙，栅指畸变发生器中的每根栅指6均配置一套驱动装置，实现所有栅指畸变发生器的栅指同步进给的目的。

本发明提供一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动方法，包括如下步骤：将电机1通过挠性联轴器2与丝杠5相连；丝杠5首尾两端通过丝杠固定座3固定到台体上，丝杠5通过丝杠副4与栅指6相连；根据丝杠5的导程，计算出电机1旋转与栅指6进给距离的关系,其中电机1旋转周数与栅指6进给距离关系式为L=S×r，其中L为栅指6进给距，S为丝杠5导程，r为电机旋转周数；启动电机1，电机1的运转可以带动丝杠5进行旋转运动，使得丝杠5的旋转运动带动栅指6进行直线进给，调节丝杠5进给速度，实现了栅指6在2s内的工况变更。本发明中的驱动方法操作简单，为栅指6提供了一种并列的驱动方式，解决了传送带式栅指畸变发生器更换工况耗时长、传送带维护频率高、传送带滑动影响试验数据可靠性的问题。

实施例

以某栅指畸变发生器为例，管路内径φ905mm，布置60根栅指，栅指直径φ15mm。

结合图1-5，进一步阐述本发明的具体结构及原理：

电机1通过挠性联轴器2与丝杠5相连，丝杠5首尾两端通过丝杠固定座3固定到台体上，这样电机1的运转可以带动丝杠5进行旋转运动；丝杠5通过丝杠副4与栅指6相连，使得丝杠5的旋转运动带动栅指6进行直线进给。本实施例中电机为伺服电机。

并排安装60根栅指6，相邻的栅指6之间紧密相接触且无间隙，因电机1、挠性联轴器2、丝杠副4的宽度均大于栅指6，电机驱动装置分成四排布置，根据空间尺寸设计不同尺寸规格的丝杠副4的外形。

根据丝杠5的导程，计算出电机1与栅指6进给距离的关系，控制60台电机1实现所述60根栅指的进给距离，实现并联式栅指畸变发生器栅指图谱工况的变更。

在栅指6最外侧布置两根限位杆9，限位杆9材料为Teflon，起到限位的作用同时可尽量减少摩擦力，并能够防止电机1运转异常带来的振动等情况发生。

滑轮组7在栅指6进给的方向对称设置2排，限制除栅指6轴向运动外的其余方向的自由度。滑轮组7由滑轮组支撑杆71、轴承72、滑轮73、滑轮组支撑座74构成，轴承72设置在滑轮组支撑杆71上，滑轮73与轴承72连接，滑轮组支撑杆71设置在滑轮组支撑座74上，滑轮73的外型面与栅指6外型面完全的贴合，进一步的对栅指进行精确导向。

润滑垫8的材质为Teflon，该润滑垫布置在管路的凹槽内，润滑垫8的外型面与栅指6外型面相吻合，在较小的摩擦系数下，对进入管路内的栅指进一步精确的导向。

本发明为了保证所述栅指更加精准的进给图谱，对栅指的进给路线进行了精确导向与粗导向，实现对所述栅指的精准进给。

本发明采用并联式栅指畸变发生器驱动装置,实现了栅指畸变发生器的全部栅指同步运作进给；控制电机转速进而实现丝杠进给速度的调节，便可以实现试验工况快速变更，为了实现2s内工况的变更，电机旋转速度需大于L/2S，其中L为丝杠进给的距离，S为丝杠导程；在管路10内铺设润滑垫，减少栅指与管路10之间摩擦，防止多次工况变更后栅指磨损造成试验精度损失；滑轮组对管路外的栅指进行限位，提高了栅指的进给精准度；对管路上的润滑垫进行了构型优化，润滑垫内型面与删指外型型面相同可以做到完全贴合，尺寸间隙优于0.1mm，表面粗糙度优于Ra0.8，该润滑垫对管路处的栅指进给进行精确导向，进一步提高栅指发生器的模拟工况精准度，解决了栅指畸变发生器中栅指定位精度低的问题。

本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机(1)，所述电机(1)通过挠性联轴器(2)与丝杠(5)连接，丝杠(5)首尾两端通过丝杠固定座(3)固定，所述丝杠(5)通过丝杠副(4)与栅指(6)连接，电机(1)带动丝杠(5)旋转运动，丝杠(5)旋转带动栅指(6)直线进给；所述栅指畸变发生器两端的栅指(6)外侧设置限位杆(9)；沿所述栅指(6)进给的方向设置滑轮组(7)，所述滑轮组(7)的滑轮(73)的外型面与栅指(6)外型面相吻合；所述滑轮组(7)的个数为两个，对称设置在所述栅指(6)的两侧；所述栅指畸变发生器中的每根栅指(6)均与一个所述驱动装置连接；相邻的所述栅指(6)间紧密相接。

2.根据权利要求1所述的高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括润滑垫(8)，所述润滑垫(8)的外型面与栅指(6)的外型面相吻合。

3.根据权利要求2所述的高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，其特征在于，所述润滑垫(8)设置在所述栅指畸变发生器的管路(10)的凹槽中。

4.根据权利要求1所述的高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置，其特征在于，所述丝杠(5)为滚珠丝杠。

5.一种高精度并联式栅指畸变发生器驱动方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-4任一项所述的高精度并联式栅指畸变发生器驱动装置实现，包括如下步骤：

(1)将电机通过挠性联轴器与丝杠相连；

(2)丝杠首尾两端通过丝杠固定座固定到台体上，丝杠通过丝杠副与栅指相连；

(3)根据丝杠的导程，计算出电机旋转与栅指进给距离的关系；

(4)启动电机，电机的运转带动丝杠进行旋转运动，使得丝杠的旋转带动栅指进行直线进给；

(5)调节丝杠进给速度，实现栅指2s内的工况变更。

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