CN115791071A - 一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，包括连接部、升降机构、进退机构、滚转机构、俯仰机构及偏航机构，连接部用于连接待试验旋翼机构；偏航机构包括前偏航件和后偏航件，前偏航件通过第一轴与后偏航件轴铰，后偏航件通过第二轴与升降机构或进退机构轴铰，第二轴及第一轴均与Z轴平行，前偏航机构通过滚转机构和/或俯仰机构与连接部连接；前偏航件设有第一动力组件，用于使前偏航件以第一轴为轴转动，后偏航件设有第二动力组件，用于使后偏航件以第二轴为轴转动。其能够进行多自由度的运动模拟，且其在进行偏航运动模拟时，能够解决现有试验平台连贯性较差且无法实时改变待试验旋翼机构朝向的技术问题。

Description

一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域，具体涉及一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台。

背景技术

随着直升机使用范围的扩展以及技术进步，直升机的机动能力越来越受到用户的重视，特别在直升机遂行某些特定任务，如抗洪、救灾、抢险、山林灭火等特种任务时，直升机的机动能力成为影响任务成败的直接因素，针对直升机机动飞行性能的研究已经成为直升机研究的热门方向之一。直升机的机动能力是直升机通过加速改变其飞行轨迹的能力，具体到直升机的飞行模式，机动能力主要对悬停跃升、平飞加速、转弯、滚转、高速拉起这五种典型机动飞行能力进行考察。

目前国内针对直升机机动性能的研究仍停留在理论分析阶段，往往通过建立直升机非线性飞行动力学方程来分析其机动性能，研究手段单一、效果不明显。造成目前现状的原因主要有两点：一是由于开展直升机机动飞行状态模拟的风洞试验研究成本高昂、试验风险大；二是由于现有的直升机旋翼试验台结构简单、无运动补偿能力，无法满足直升机机动状态针对复杂机动飞行能力的风洞试验模拟需求。

现有的试验平台在模拟偏航运动时，普遍将偏航运动在X轴和Y轴方向分解为两个运动，利用两个运动共同模拟偏航运动，但该模拟方法普遍连贯性较差，为了确保偏航模拟的精确度，还普遍采用分解延迟控制的方式进行模拟，例如先控制X轴方向的分解运动，待其结束后再进行Y轴方向的分解运动，不仅连贯性较差，也无法真实模拟直升机实际飞行过程中的转弯、高速拉起等机动飞行状态；并且该类偏航模拟机构无法改变待试验旋翼机构的朝向，而直升机实际飞行过程中偏航时，其朝向会实时改变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其能够进行多自由度的运动模拟，且其在进行偏航运动模拟时，能够解决现有试验平台连贯性较差且无法实时改变待试验旋翼机构朝向的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，包括：连接部，所述连接部用于连接待试验旋翼机构；升降机构，所述升降机构用于使所述连接部沿Z轴移动；进退机构，所述进退机构用于使所述连接部沿Y轴移动；滚转机构，所述滚转机构用于使所述连接部以Y轴为轴自转；俯仰机构，所述俯仰机构用于使所述连接部于YZ平面摆动；偏航机构，所述偏航机构包括前偏航件和后偏航件，所述前偏航件通过第一轴与所述后偏航件轴铰，所述后偏航件远离所述第一轴的一侧通过第二轴与所述升降机构或所述进退机构轴铰，所述第二轴及所述第一轴均与Z轴平行，所述前偏航机构远离所述第一轴的一侧通过所述滚转机构和/或所述俯仰机构与所述连接部连接；所述前偏航件设有第一动力组件，用于使所述前偏航件以所述第一轴为轴转动，所述后偏航件设有第二动力组件，用于使所述后偏航件以所述第二轴为轴转动。

可选地，所述升降机构连接所述进退机构，所述进退机构通过所述第二轴轴铰所述后偏航件，所述前偏航件远离所述第一轴的一侧连接所述滚转机构，所述滚转机构连接所述俯仰机构，所述俯仰机构连接所述连接部。

可选地，所述第一动力组件包括若干第一电动缸，所述第一电动缸与所述后偏航件铰接，所述第一电动缸的推杆与所述前偏航件铰接；所述第二动力组件包括若干第二电动缸，所述第二电动缸与所述进退机构铰接，所述第二电动缸的推杆与所述后偏航件铰接。

可选地，所述第一电动缸的数量为两个，两个所述第一电动缸呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离；所述第二电动缸的数量为两个，两个所述第二电动缸呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离。

可选地，所述升降机构包括基座、升降框及液压缸，所述基座包括两块平行设置的侧板及底板，所述侧板的底部与所述底板连接，以使所述基座呈匚形，所述侧板内壁沿Z轴方向设有滑槽，所述升降框通过所述滑槽与所述基座滑动连接，所述液压缸沿Z轴方向设置，所述液压缸一端与所述底板连接，另一端与所述升降框底部连接，所述进退机构设于所述升降框内。

可选地，所述进退机构包括进退梁及第一伺服电机，所述进退梁穿设于所述升降框内，所述升降框沿Y轴设有滑轨，所述进退梁通过所述滑轨与所述升降框连接，所述进退梁沿Y轴方向设有齿条，所述齿条通过齿轮组与所述第一伺服电机啮合，所述第一伺服电机与所述升降框连接；所述进退梁的一端通过所述第二轴轴铰所述后偏航件。

可选地，所述滚转机构包括滚转柱及第二伺服电机，所述前偏航件远离所述第一轴的一侧转动连接所述滚转柱，所述滚转柱的轴向与Y轴平行，所述第二伺服电机埋设于所述滚转柱内，所述第二伺服电机的输出轴与所述滚转柱同轴，所述第二伺服电机的输出轴通过齿轮组与所述前偏航件连接。

可选地，所述俯仰机构包括俯仰柱及第三电动缸，所述俯仰柱一端通过第三轴与所述滚转柱的端部轴铰，所述第三轴的轴向平行X轴，所述第三电动缸与所述滚转柱侧壁铰接，所述第三电动缸的推杆与所述俯仰柱的侧壁铰接，所述俯仰柱远离所述第三轴的一端与所述连接部连接。

可选地，所述基座设于风洞下游，所述连接部设于风洞中部。

可选地，待试验旋翼机构的旋翼轴向与Z轴平行。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，通过设置升降机构、进退机构、滚转机构及俯仰机构，模拟直升机悬停跃升、平飞加速、滚转、高速拉起等运动；在此基础上，通过设置偏航机构，设置其包括前偏航件和后偏航件，使两者通过第一轴轴铰，使后偏航件通过第二轴与升降机构或进退机构轴铰，使前偏航件与连接部连接，并设置第一动力组件和第二动力组件，当需要进行偏航模拟时，利用第一动力组件带动前偏航件以第一轴为轴转动，利用第二动力组件到带动后偏航件以第二轴为轴转动，且使两者的转动方向一致，从而带动连接部从Y轴朝向X轴的方式偏航，以带动待试验旋翼机构偏运动，并且使待试验旋翼机构的朝向也对应改变；当需要进行平移运动模拟时，利用第一动力组件带动前偏航件以第一轴为轴转动，利用第二动力组件到带动后偏航件以第二轴为轴转动，且使两者的转动方向相反，控制两者转动的角度相同，即可带动连接部朝向X轴的方式平移运动，且不改变朝向。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明提供的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台的示意图；

图2为本发明提供的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台的侧视图；

图3为本发明提供的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台的进退机构的局部示意图；

图4为本发明提供的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台的连有待试验旋翼机构时的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

10-连接部；20-前偏航件；201-第一轴；21-后偏航件；211-第二轴；22-第一动力组件；221-第一电动缸；23-第二动力组件；231-第二电动缸；30-基座；301-侧板；3011-滑槽；302-底板；31-升降框；311-滑轨；32-液压缸；40-进退梁；401-齿条；41-第一伺服电机；50-滚转柱；60-俯仰柱；61-第三电动缸；62-第三轴。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

首先需要说明的是，后文中的X轴、Y轴及Z轴指笛卡尔空间直角坐标系中的三个坐标轴，并且规定其中Z轴为竖直方向，Y轴为行进方向（风洞方向）。

请参照图1至图4，本发明实施例提供了一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，包括：连接部10，所述连接部10用于连接待试验旋翼机构；第二包括升降机构，所述升降机构用于使所述连接部10沿Z轴移动；第三包括进退机构，所述进退机构用于使所述连接部10沿Y轴移动；第四包括滚转机构，所述滚转机构用于使所述连接部10以Y轴为轴自转；第五包括俯仰机构，所述俯仰机构用于使所述连接部10于YZ平面摆动；第六包括偏航机构，所述偏航机构包括前偏航件20和后偏航件21，所述前偏航件20通过第一轴201与所述后偏航件21轴铰，所述后偏航件21远离所述第一轴201的一侧通过第二轴211与所述升降机构或所述进退机构轴铰，所述第二轴211及所述第一轴201均与Z轴平行，所述前偏航机构20远离所述第一轴201的一侧通过所述滚转机构和/或所述俯仰机构与所述连接部10连接；所述前偏航件20设有第一动力组件22，用于使所述前偏航件20以所述第一轴201为轴转动，所述后偏航件21设有第二动力组件23，用于使所述后偏航件21以所述第二轴211为轴转动。

通过设置升降机构、进退机构、滚转机构及俯仰机构，模拟直升机悬停跃升、平飞加速、滚转、高速拉起等运动；在此基础上，通过设置偏航机构，设置其包括前偏航件20和后偏航件21，使两者通过第一轴201轴铰，使后偏航件21通过第二轴211与升降机构或进退机构轴铰，使前偏航件20与连接部10连接，并设置第一动力组件22和第二动力组件23，当需要进行偏航模拟时，利用第一动力组件22带动前偏航件20以第一轴201为轴转动，利用第二动力组件23到带动后偏航件21以第二轴231为轴转动，且使两者的转动方向一致，从而带动连接部10从Y轴朝向X轴的方式偏航，以带动待试验旋翼机构偏运动，并且使待试验旋翼机构的朝向也对应改变；当需要进行平移运动模拟时，利用第一动力组件22带动前偏航件20以第一轴201为轴转动，利用第二动力组件23到带动后偏航件21以第二轴211为轴转动，且使两者的转动方向相反，控制两者转动的角度相同，即可带动连接部10朝向X轴的方式平移运动，且不改变朝向。

需要说明的是，上述升降机构、进退机构、滚转机构及俯仰机构可选用现有技术中的任意一种对应机构，例如升降机构采用剪式升降台，进退机构采用丝杆螺母，滚转机构采用现有技术中的任意一种转动连接，俯仰机构采用铰接机构实现，只需能够实现对应的功能即可。

需要说明的是，上述升降机构、进退机构、滚转机构及俯仰机构及偏航机构的连接顺序可以采用任意一种能够实现的方式，例如将进退机构、偏航机构、滚转机构、俯仰机构及连接部依次线性连接，而后将进退机构和升降机构连接，利用升降机构控制其余机构一同升降；例如将俯仰机构、偏航机构、滚转机构及连接部依次线性连接，而后将升降机构与俯仰机构连接，最后将升降机构与进退机构连接。

需要说明的是，前偏航件20和后偏航件21的转动角度也可旋向相反的同时角度不同，以模拟实际飞行过程中的特定状态。

为了对该用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台的具体连接方式做出具体地解释，所述升降机构连接所述进退机构，所述进退机构通过所述第二轴211轴铰所述后偏航件21，所述前偏航件20远离所述第一轴201的一侧连接所述滚转机构，所述滚转机构连接所述俯仰机构，所述俯仰机构连接所述连接部10。

上述连接方式使进退机构、偏航机构、滚转机构、俯仰机构及连接部10线性连接为一体，且为沿Y轴方向延伸的条状整体，使该条状的长度方向与风洞的方向平行，能够更好的适配风洞的环境，有效降低自身结构对风洞气流的阻碍和影响，通过设置进退机构与升降机构连接，利用升降机构带动进退机构升降，从而带动上述条状整体一同升降，升降过程中条状整体始终保持条状，且与风洞方向平行，始终较好的适配风洞。

为了对第一动力组件22和第二动力组件23的具体结构做出进一步地解释，所述第一动力组件22包括若干第一电动缸221，所述第一电动缸221与所述后偏航件21铰接，所述第一电动缸221的推杆与所述前偏航件20铰接；所述第二动力组件23包括若干第二电动缸231，所述第二电动缸231与所述进退机构铰接，所述第二电动缸231的推杆与所述后偏航件21铰接。

通过上述设置，利用若干第一电动缸221的伸缩从多点位对前偏航件20进行拉扯，使其以第一轴201为轴转动，整个转动过程能够精密微调，并且转动过程中极为流畅，能够有效模拟实际的偏航情况，第二动力组件23同理。

优选地，所述第一电动缸221的数量为两个，两个所述第一电动缸221呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离；所述第二电动缸231的数量为两个，两个所述第二电动缸231呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离。

为了对升降机构的具体结构做出进一步的解释，所述升降机构包括基座30、升降框31及液压缸32，所述基座30包括两块平行设置的侧板301及底板302，所述侧板301的底部与所述底板302连接，以使所述基座30呈匚形，所述侧板301内壁沿Z轴方向设有滑槽3011，所述升降框31通过所述滑槽3011与所述基座30滑动连接，所述液压缸32沿Z轴方向设置，所述液压缸32一端与所述底板302连接，另一端与所述升降框31底部连接，所述进退机构设于所述升降框31内。

通过设置基座30为匚形，使升降框31位于两块侧板301之间，并设置进退机构位于升降框31内，使升降框31的受力保持两侧均衡，利用两块侧板301均摊升降框31的重量；并且液压缸32能够设于底板302，使其推杆能够与升降框31底部中心连接，进一步保证受力平衡。

需要说明的是，升降框31与滑槽3011的滑动连接的实现方式为，升降框31对应位置设有滑块，滑块与滑槽3011滑动连接，以实现升降框31与侧板301的滑动连接。

为了对进退机构的具体结构做出进一步的解释，所述进退机构包括进退梁40及第一伺服电机41，所述进退梁40穿设于所述升降框31内，所述升降框31沿Y轴设有滑轨311，所述进退梁40通过所述滑轨311与所述升降框31连接，所述进退梁40沿Y轴方向设有齿条401，所述齿条401通过齿轮组与所述第一伺服电机41啮合，所述第一伺服电机41与所述升降框31连接；所述进退梁40的一端通过所述第二轴211轴铰所述后偏航件21。

通过上述设置，当需要模拟前进或后退时，只需控制第一伺服电机41的转动方向及转速，即可通过齿条401地阿东进退梁40沿长度方向运动，从而带动连接部10沿Y轴方向运动以模拟前进或后退。

需要说明的是，进退梁40与滑轨311的滑动连接的实现方式为，进退梁40外壁（优选为底壁）设有滑条，滑条与滑轨311滑动连接，以实现进退梁40与升降框31的滑动连接。

需要说明的是，上述齿轮组可采用现有技术中的任意一种齿轮组，主要作用在于传动连接及调整传动比。

为了对滚转机构的具体结构做出进一步的解释，所述滚转机构包括滚转柱50及第二伺服电机（图未示），所述前偏航件20远离所述第一轴201的一侧转动连接所述滚转柱50，所述滚转柱50的轴向与Y轴平行，所述第二伺服电机埋设于所述滚转柱50内，所述第二伺服电机的输出轴与所述滚转柱50同轴，所述第二伺服电机的输出轴通过齿轮组与所述前偏航件20连接。

需要说明的是，上述齿轮组同样可采用现有技术中的任意一种齿轮组，只需能够带动滚转柱50转动即可。

为了对俯仰机构的具体结构做出进一步的解释，所述俯仰机构包括俯仰柱60及第三电动缸61，所述俯仰柱60一端通过第三轴62与所述滚转柱50的端部轴铰，所述第三轴62的轴向平行X轴，所述第三电动缸61与所述滚转柱50侧壁铰接，所述第三电动缸61的推杆与所述俯仰柱60的侧壁铰接，所述俯仰柱60远离所述第三轴62的一端与所述连接部10连接。

通过上述设置，初始状态时，俯仰柱60与Y轴平行，当需要模拟俯仰时，控制第三电动缸61伸缩即可带动俯仰柱60以第三轴62为轴转动，从而带动连接部10俯仰运动。

需要说明的是，滚转机构可调整俯仰机构的运动平面，当需要模拟其他角度的俯仰运动时，只需适应性调整滚转机构即可。

优选地，所述基座30设于风洞下游，所述连接部10设于风洞中部。

通过上述设置，避免对风洞流场造成干扰，以提升旋翼试验的精度；并且风洞中部的流场品质最佳，能够进一步确保试验结果的精度。

优选地，待试验旋翼机构的旋翼轴向与Z轴平行。

通过上述设置，模拟直升机飞行时旋翼的实际朝向和状态。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，包括：

连接部（10），所述连接部（10）用于连接待试验旋翼机构；

升降机构，所述升降机构用于使所述连接部（10）沿Z轴移动；

进退机构，所述进退机构用于使所述连接部（10）沿Y轴移动；

滚转机构，所述滚转机构用于使所述连接部（10）以Y轴为轴自转；

俯仰机构，所述俯仰机构用于使所述连接部（10）于YZ平面摆动；

偏航机构，所述偏航机构包括前偏航件（20）和后偏航件（21），所述前偏航件（20）通过第一轴（201）与所述后偏航件（21）轴铰，所述后偏航件（21）远离所述第一轴（201）的一侧通过第二轴（211）与所述升降机构或所述进退机构轴铰，所述第二轴（211）及所述第一轴（201）均与Z轴平行，所述前偏航机构（20）远离所述第一轴（201）的一侧通过所述滚转机构和/或所述俯仰机构与所述连接部（10）连接；所述前偏航件（20）设有第一动力组件（22），用于使所述前偏航件（20）以所述第一轴（201）为轴转动，所述后偏航件（21）设有第二动力组件（23），用于使所述后偏航件（21）以所述第二轴（211）为轴转动。

2.根据权利要求1所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述升降机构连接所述进退机构，所述进退机构通过所述第二轴（211）轴铰所述后偏航件（21），所述前偏航件（20）远离所述第一轴（201）的一侧连接所述滚转机构，所述滚转机构连接所述俯仰机构，所述俯仰机构连接所述连接部（10）。

3.根据权利要求2所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述第一动力组件（22）包括若干第一电动缸（221），所述第一电动缸（221）与所述后偏航件（21）铰接，所述第一电动缸（221）的推杆与所述前偏航件（20）铰接；所述第二动力组件（23）包括若干第二电动缸（231），所述第二电动缸（231）与所述进退机构铰接，所述第二电动缸（231）的推杆与所述后偏航件（21）铰接。

4.根据权利要求3所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述第一电动缸（221）的数量为两个，两个所述第一电动缸（221）呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离；所述第二电动缸（231）的数量为两个，两个所述第二电动缸（231）呈八字形对称设置，且尾端之间的距离小于推杆之间的距离。

5.根据权利要求2所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述升降机构包括基座（30）、升降框（31）及液压缸（32），所述基座（30）包括两块平行设置的侧板（301）及底板（302），所述侧板（301）的底部与所述底板（302）连接，以使所述基座（30）呈匚形，所述侧板（301）内壁沿Z轴方向设有滑槽（3011），所述升降框（31）通过所述滑槽（3011）与所述基座（30）滑动连接，所述液压缸（32）沿Z轴方向设置，所述液压缸（32）一端与所述底板（302）连接，另一端与所述升降框（31）底部连接，所述进退机构设于所述升降框（31）内。

6.根据权利要求5所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述进退机构包括进退梁（40）及第一伺服电机（41），所述进退梁（40）穿设于所述升降框（31）内，所述升降框（31）沿Y轴设有滑轨（311），所述进退梁（40）通过所述滑轨（311）与所述升降框（31）连接，所述进退梁（40）沿Y轴方向设有齿条（401），所述齿条（401）通过齿轮组与所述第一伺服电机（41）啮合，所述第一伺服电机（41）与所述升降框（31）连接；所述进退梁（40）的一端通过所述第二轴（211）轴铰所述后偏航件（21）。

7.根据权利要求6所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述滚转机构包括滚转柱（50）及第二伺服电机，所述前偏航件（20）远离所述第一轴（201）的一侧转动连接所述滚转柱（50），所述滚转柱（50）的轴向与Y轴平行，所述第二伺服电机埋设于所述滚转柱（50）内，所述第二伺服电机的输出轴与所述滚转柱（50）同轴，所述第二伺服电机的输出轴通过齿轮组与所述前偏航件（20）连接。

8.根据权利要求7所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述俯仰机构包括俯仰柱（60）及第三电动缸（61），所述俯仰柱（60）一端通过第三轴（62）与所述滚转柱（50）的端部轴铰，所述第三轴（62）的轴向平行X轴，所述第三电动缸（61）与所述滚转柱（50）侧壁铰接，所述第三电动缸（61）的推杆与所述俯仰柱（60）的侧壁铰接，所述俯仰柱（60）远离所述第三轴（62）的一端与所述连接部（10）连接。

9.根据权利要求5所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，所述基座（30）设于风洞下游，所述连接部（10）设于风洞中部。

10.根据权利要求1所述的用于直升机机动飞行状态模拟的风洞试验平台，其特征在于，待试验旋翼机构的旋翼轴向与Z轴平行。

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