專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)洞模型支撐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝備領(lǐng)域，尤其是涉及一種在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中用于對(duì)模型進(jìn)行支
撐的風(fēng)洞模型支撐裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)研究的三個(gè)基本手段之一，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的成果強(qiáng)有力地 推動(dòng)了航空航天事業(yè)的發(fā)展。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，需要飛行器模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)模型)經(jīng)常作出 俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)、升沉、橫向平移和縱向平移等姿態(tài)和動(dòng)作。而要實(shí)現(xiàn)上述姿態(tài)和動(dòng)作，必 須先用支架系統(tǒng)將模型支撐在風(fēng)洞之中，這個(gè)支架即通常所稱(chēng)的風(fēng)洞模型支撐系統(tǒng)，它是 實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞中模型姿態(tài)控制的機(jī)構(gòu)。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，常用的模型支撐方式包括腹撐、尾撐、背 撐和張線支撐等。在不同種類(lèi)的風(fēng)洞試驗(yàn)中，會(huì)根據(jù)具體情況采用不同的支撐方式，這些不 同的支撐方式具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)及相關(guān)理論的逐漸成熟，并聯(lián)機(jī)構(gòu)以其高剛度、高響應(yīng)速度 和誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)，很快應(yīng)用到風(fēng)洞模型支撐系統(tǒng)中。目前廣泛采用的風(fēng)洞模型支撐系 統(tǒng)有Stewart平臺(tái)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)風(fēng)洞模型系統(tǒng)和Hexaglide (6-PSS)并聯(lián)機(jī)構(gòu)風(fēng)洞模型支撐 系統(tǒng)。雖然這兩類(lèi)風(fēng)洞模型支撐系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，但是很難滿足風(fēng)洞模型試 驗(yàn)中對(duì)模型做高頻率、大振幅運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)要求。因?yàn)樵陲L(fēng)洞試驗(yàn)中，模型是由一根桿件與動(dòng) 平臺(tái)固連，在試驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)平臺(tái)不能進(jìn)入風(fēng)區(qū)，這就要求動(dòng)平臺(tái)和模型之間的桿件長(zhǎng)度至 少大于風(fēng)洞的半徑。然而由于風(fēng)洞半徑的限制，當(dāng)模型做大振幅、高頻率運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使風(fēng)洞 模型支撐系統(tǒng)所需要的輸入加速度相當(dāng)大，這是一般的驅(qū)動(dòng)單元無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而且結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，制造、裝配成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種風(fēng)洞模型支撐裝置，該風(fēng)洞模型支撐裝置可擴(kuò) 大模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)振幅、提高了風(fēng)洞模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實(shí)現(xiàn)能力，降低了驅(qū)動(dòng)單元 運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)速度和加速度，動(dòng)態(tài)性能好，運(yùn)動(dòng)精度高，可以實(shí)現(xiàn)高頻率大振幅運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、工作可靠。 為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置，包括動(dòng)平 臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)平動(dòng)自由度和至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；夾持裝置，所述夾持裝置與所 述動(dòng)平臺(tái)相連接并用于固定支撐所述模型；以及第一和第二驅(qū)動(dòng)單元，所述第一和第二驅(qū) 動(dòng)單元設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)上，用于驅(qū)動(dòng)所述夾持裝置以使所述夾持裝置獲得沿著縱向和橫 向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。其中，所述第一驅(qū)動(dòng)單元包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，所 述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而牽引所述夾持裝 置，以實(shí)現(xiàn)夾持裝置的縱向和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度中的一個(gè)；所述第二驅(qū)動(dòng)單元包括第二 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第
4二繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而牽引所述夾持裝置，以實(shí)現(xiàn)所述夾持裝置的橫向和縱向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度 中的另一個(gè)。 根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)洞模型支撐裝置，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)中模型的六自由度運(yùn)動(dòng)，且通
過(guò)并聯(lián)的第一繩索牽引機(jī)構(gòu)和第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，可以擴(kuò)大模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)振幅、提高
了風(fēng)洞模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實(shí)現(xiàn)能力，降低了驅(qū)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)速度和加速度，動(dòng)
態(tài)性能好，運(yùn)動(dòng)精度高，可以實(shí)現(xiàn)高頻率大振幅運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。
另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置還具有如下附加技術(shù)特征 所述第一驅(qū)動(dòng)單元和所述第二驅(qū)動(dòng)單元相互垂直地布置。 所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第一巻繞軸，所述第一巻繞軸與所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)
相連接；和第一繩索件，所述第一繩索件巻繞在所述第一巻繞軸上，且兩端分別與所述夾持
裝置相連接，以在第一巻繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引所述夾持裝置沿著上下的方向運(yùn)動(dòng)。 在所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)中，所述第一繩索件包括第一繩索和第二繩索，所述第
一和第二繩索的第一端分別反向巻繞在所述第一巻繞軸，所述第一和第二繩索的第二端分
別與所述夾持裝置的相對(duì)的兩個(gè)位置相連接。 在所述第一繩索牽弓|機(jī)構(gòu)中，還包括用于固定支撐第一 電機(jī)的第一 電機(jī)支撐；以
及固定支撐第一巻繞軸的第一支架，所述第一電機(jī)支撐和第一支架固定于所述動(dòng)平臺(tái)上。 所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第二巻繞軸，所述第二巻繞軸與所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)
相連接；和第二繩索件，所述第二繩索件巻繞在所述第二巻繞軸上，且兩端分別與所述夾持
裝置相連接以在第二巻繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引所述夾持裝置沿著上下的方向運(yùn)動(dòng)。 所述第二繩索件由第三繩索和第四繩索構(gòu)成，其中所述第三和第四繩索的第一端
分別反向巻繞在所述第二巻繞軸，所述第三和第四繩索的第二端分別與所述夾持裝置上另
外的兩個(gè)相對(duì)位置相連接。 在所述第一繩索牽弓|機(jī)構(gòu)中，還包括用于固定支撐第二電機(jī)的第二電機(jī)支撐；以
及固定支撐第二巻繞軸的第二支架，所述第二電機(jī)支撐和第二支架固定于所述動(dòng)平臺(tái)上。 所述夾持裝置為虎克鉸，其包括上鉸鏈架，所述上鉸鏈架的頂端與所述動(dòng)平臺(tái)底
部通過(guò)動(dòng)平臺(tái)連接件進(jìn)行連接，所述上鉸鏈架成拱形且兩端分別形成有在同一軸線上的第
一圓孔；下鉸鏈架，所述下鉸鏈架的底端通過(guò)模型連接件與所述模型進(jìn)行連接，所述下鉸鏈
架形成為半球殼形，且在邊緣處形成在同一軸線上的兩個(gè)凸緣，所述兩個(gè)凸緣上分別形成
有第二圓孔，所述兩個(gè)第二圓孔的軸線與所述第一圓孔的軸線相垂直；以及十字軸，所述十
字軸的四個(gè)軸端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在所述兩個(gè)第一圓孔和兩個(gè)第二圓孔中。 所述第一繩索件的兩端分別穿過(guò)動(dòng)平臺(tái)后與所述下鉸鏈架上的兩個(gè)相對(duì)位置相
連接，所述第二繩索件的兩端分別穿過(guò)所述動(dòng)平臺(tái)后與所述下鉸鏈架上的另外兩個(gè)相對(duì)位
置相連接，所述另外兩個(gè)相對(duì)位置的連線與所述兩個(gè)相對(duì)位置的連線垂直。 所述動(dòng)平臺(tái)具有3個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。 根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)洞模型支撐裝置，采用第一和第二繩索牽引機(jī)構(gòu)牽引虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng) 的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，顯著提高了模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實(shí)現(xiàn)能力，同時(shí)降低了六自由度并聯(lián)風(fēng)洞 模型支撐各驅(qū)動(dòng)單元的加速度、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)行程，此外該機(jī)構(gòu)還具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小，動(dòng)態(tài) 性能好，運(yùn)動(dòng)精度高的優(yōu)點(diǎn)。 作為一種新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，繩索牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間大、可重組、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
5單、易拆裝、高負(fù)載能力和負(fù)載/重量比、價(jià)格低廉和運(yùn)動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。將繩牽引并聯(lián)機(jī) 構(gòu)應(yīng)用于風(fēng)洞模型不僅僅可以實(shí)現(xiàn)模型較大的轉(zhuǎn)角范圍而且能夠很好的解決模型支撐的 剛度與氣動(dòng)干擾之間的矛盾。 并且由于所有的運(yùn)動(dòng)副都是低副，且組成運(yùn)動(dòng)副的原件表面全是圓柱面或平面， 因而加工、安裝和調(diào)整都比較方便，可以獲得較高的精度；組成運(yùn)動(dòng)副的原件間的接觸都是 面接觸，它所承受的單位壓力較小，故磨損較小，可靠性較高。 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖2是圖1中所示的風(fēng)洞模型支撐裝置的虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。 主要附圖標(biāo)記說(shuō)明 1并聯(lián)機(jī)構(gòu) 2動(dòng)平臺(tái) 3繩索 31第三繩索32第一繩索 33第二繩索 34第四繩索 4十字軸 5下鉸鏈架 6模型連接件7模型 8電機(jī)支撐 81第一電機(jī)支撐82第二電機(jī)支撐 9動(dòng)平臺(tái)連接件 IO上鉸鏈架 11電機(jī) 111第一驅(qū)動(dòng)電機(jī) 112第二驅(qū)動(dòng)電機(jī) 15支架 151第一支架(X方向) 152第一支架(X方向) 153第一支架(Y方向) 154第一支架(Y方向) 161第一巻繞軸 162第二巻繞軸 A轉(zhuǎn)動(dòng)副B轉(zhuǎn)動(dòng)副 C轉(zhuǎn)動(dòng)副D轉(zhuǎn)動(dòng)副
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終
相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附
圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。 在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"頂"、"底"及0-XYZ坐標(biāo)系等
指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不
是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。例如，在本
發(fā)明中，所提及的橫向可以指的是附圖2中所示的Y軸方向，所述縱向可以指的是圖2中所
指的X方向，反之亦可。而豎向指的是Z軸所指示的方向。需要說(shuō)明的是，該說(shuō)明僅出于示例的目的，以方便普通技術(shù)人員理解本發(fā)明的要旨，而不能認(rèn)為是限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置。 如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置包括動(dòng)平臺(tái)2、夾持裝 置100、第一驅(qū)動(dòng)單元200和第二驅(qū)動(dòng)單元300。 其中，動(dòng)平臺(tái)2具有三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。即沿Z軸的升降、沿Y軸 的橫向平動(dòng)、沿X軸的縱向平動(dòng)和繞Z軸的偏航。當(dāng)然，在本發(fā)明的另一個(gè)示例中，動(dòng)平臺(tái)2 也可以具有更多的自由度，比如在具有六個(gè)自由度時(shí)，為沿Z軸的升降、沿Y軸的橫向平動(dòng)、 沿X軸的縱向平動(dòng)、繞Z軸的偏航、繞Y軸的滾轉(zhuǎn)及繞X軸的俯仰。
所述夾持裝置100與動(dòng)平臺(tái)2相連接并用于固定支撐模型7。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一驅(qū)動(dòng)單元200和第二驅(qū)動(dòng)單元300相互垂直地設(shè) 置在動(dòng)平臺(tái)2上，即分別位于XOZ平面內(nèi)和YOZ平面內(nèi)并且分別布置在X軸的軸線方向上 以及Y軸的軸線方向上，用于驅(qū)動(dòng)夾持裝置100以使夾持裝置100獲得沿著X軸和Y軸轉(zhuǎn) 動(dòng)的自由度。例如，假設(shè)第一驅(qū)動(dòng)單元200沿X軸布置，第一驅(qū)動(dòng)單元200將控制夾持裝置 100，進(jìn)而使模型做滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；此時(shí)，則第二驅(qū)動(dòng)單元300沿Y軸布置，第二驅(qū)動(dòng)單元300將 控制夾持裝置IOO，進(jìn)而使模型做俯仰運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)的實(shí)施例，所述夾持裝置100為虎克鉸。如圖2所示，虎克鉸100 包括上鉸鏈架10、下鉸鏈架5和十字軸4。其中，在上鉸鏈架10的頂端與動(dòng)平臺(tái)2底部通 過(guò)動(dòng)平臺(tái)連接件9進(jìn)行固定連接。而下鉸鏈架5的底端通過(guò)模型連接件6與模型7進(jìn)行連 接。 具體地，上鉸鏈架10成拱形，其兩端分別形成有第一圓孔IOI，兩個(gè)第一圓孔101 在同一軸線上，且該軸線沿X軸方向。下鉸鏈架5形成為半球殼形，且在邊緣處形成在同一 軸線上的兩個(gè)凸緣lll，兩個(gè)凸緣111上分別形成有第二圓孔102，兩個(gè)第二圓孔102的軸 線與第一圓孔101的軸線相垂直，即沿Y軸方向。十字軸4的四個(gè)軸端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在 兩個(gè)第一圓孔101和兩個(gè)第二圓孔102中，從而形成了兩組軸線相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副A、B及 C、D。其中，A、B轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線沿X軸方向，而C、D轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線沿Y軸方向，并且相交于十 字軸4的中心點(diǎn)0。由此，上鉸鏈架10和下鉸鏈架5可以分別繞十字軸4做獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖1所示，第一驅(qū)動(dòng)單元200進(jìn)一步包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111，以及第一繩索牽 引機(jī)構(gòu)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111驅(qū)動(dòng)所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而驅(qū)動(dòng) 夾持裝置100，以實(shí)現(xiàn)夾持裝置100的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，即使模型7圍繞Y軸進(jìn)行滾轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。 其中，所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第一巻繞軸161以及第一繩索件。第一巻繞軸 161與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111相連接，所述第一繩索件巻繞在第一巻繞軸161上，且兩端與夾持 裝置IOO相連接，以在第一巻繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，例如在第一巻繞軸161做正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上下 運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由夾持裝置100牽引模型7實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一繩索件包括第一繩索32和第二繩索33，第一 繩索32和第二繩索33分別通過(guò)其各自的第一端相對(duì)反向地巻繞在第一巻繞軸161上，第 一繩索32的第二端和第二繩索33的第二端分別與夾持裝置100的相對(duì)的兩個(gè)位置E、F相 連接。例如，第一繩索32的第一端右旋(伸出右手，四指握緊，拇指豎直，若繩的繩股按四 指彎曲的方向旋轉(zhuǎn)向拇指的方向，此繩即為右旋)，第二繩索33的第一端左旋(伸出左手，四指握緊，拇指豎直，若繩的繩股按四指彎曲的方向旋轉(zhuǎn)向拇指的方向，此繩即為左旋)。
所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)還包括用于固定支撐第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111的第一電機(jī)支撐
81 ;以及固定支撐第一巻繞軸161的兩個(gè)第一支架151、152，所述第一電機(jī)支撐81和第一 支架151、152均固定于動(dòng)平臺(tái)2上。 由此，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)lll驅(qū)動(dòng)第一巻繞軸161正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即可使第一繩索32 和第二繩索33中的一個(gè)被巻起，另一個(gè)被釋放開(kāi)，從而帶動(dòng)夾持裝置100，實(shí)現(xiàn)模型14繞Y 軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 請(qǐng)?jiān)俅螀⒁?jiàn)圖1，第二驅(qū)動(dòng)單元300進(jìn)一步包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)112，以及第二繩索 牽引機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)112驅(qū)動(dòng)所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而驅(qū) 動(dòng)夾持裝置100，以實(shí)現(xiàn)夾持裝置100的橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，即使模型7圍繞X軸進(jìn)行俯仰 運(yùn)動(dòng)。 其中，所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第二巻繞軸162以及第二繩索件。第二巻繞軸 162與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)112相連接，所述第二繩索件巻繞在第二巻繞軸162上，且兩端分別與 所述夾持裝置IOO相連接，以在第二巻繞軸162轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，例如在第二巻繞軸162做正向或反 向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，牽引所述夾持裝置IOO，進(jìn)而牽引模型7實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二繩索件包括第三繩索31和第四繩索34，第三 繩索31和第四繩索34分別通過(guò)其各自的第一端相對(duì)反向地巻繞在第二巻繞軸162上，第 三繩索32的第二端和第四繩索34的第二端分別與夾持裝置100的相對(duì)的兩個(gè)位置H、G相 連接。例如，第一繩索32的第一端右旋(伸出右手，四指握緊，拇指豎直，若繩的繩股按四 指彎曲的方向旋轉(zhuǎn)向拇指的方向，此繩即為右旋)，第二繩索33的第一端左旋(伸出左手， 四指握緊，拇指豎直，若繩的繩股按四指彎曲的方向旋轉(zhuǎn)向拇指的方向，此繩即為左旋)。
所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)還包括用于固定支撐第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)112的第一電機(jī)支撐
82 ;以及固定支撐第二巻繞軸162的兩個(gè)第一支架153、154，所述第二電機(jī)支撐82和第一 支架153、154均固定于動(dòng)平臺(tái)2上。 由此，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)112驅(qū)動(dòng)第二巻繞軸162正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即可使第三繩索31 和第四繩索34中的一個(gè)被巻起，另一個(gè)被釋放開(kāi)，從而帶動(dòng)夾持裝置IOO，實(shí)現(xiàn)模型14繞X 軸的俯仰運(yùn)動(dòng)。 另外，所述第一至第四繩索的第二端與夾持裝置100上兩兩相對(duì)的位置E、 F、 H、 G 位于下鉸鏈架5的邊緣。其中，位置E、F位于XOZ平面內(nèi)，位置H、G位于YOZ平面內(nèi)?？蛇x 地，上述四個(gè)點(diǎn)分別兩兩位于十字軸4的兩條軸線上。 下面參考圖1-2簡(jiǎn)要描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)洞模型支撐裝置的工作過(guò)程。
首先描述根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)洞模型支撐裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。第一 驅(qū)動(dòng)電機(jī)111驅(qū)動(dòng)第一巻繞軸161正向轉(zhuǎn)動(dòng)，第一巻繞軸161轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致第一繩索32和第二 繩索33中的一個(gè)被巻起，另一個(gè)被釋放開(kāi)，反之亦然，從而帶動(dòng)夾持裝置IOO，即使虎克鉸 100的C-D轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模型14繞Y軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 然后描述根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)洞模型支撐裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的俯仰運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。第二 驅(qū)動(dòng)電機(jī)112驅(qū)動(dòng)第二巻繞軸162正向轉(zhuǎn)動(dòng)，第二巻繞軸162轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致第三繩索31和第四 繩索34中的一個(gè)被巻起，另一個(gè)被釋放開(kāi)，反之亦然，從而帶動(dòng)夾持裝置IOO，即使虎克鉸 100的A-B轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模型14繞X軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)洞模型支撐裝置，采用第一和第二繩索牽引機(jī)構(gòu)牽引虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng) 的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)中模型的六自由度，可以有效地?cái)U(kuò)大模型14的俯仰和滾轉(zhuǎn) 振幅，顯著提高了模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實(shí)現(xiàn)能力，同時(shí)降低了六自由度并聯(lián)風(fēng)洞模型支 撐各驅(qū)動(dòng)單元的加速度、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)行程，此外該機(jī)構(gòu)還具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小，動(dòng)態(tài)性能好， 運(yùn)動(dòng)精度高的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)。 作為一種新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，繩索牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間大、可重組、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、易拆裝、高負(fù)載能力和負(fù)載/重量比、價(jià)格低廉和運(yùn)動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。將繩牽引并聯(lián)機(jī) 構(gòu)應(yīng)用于風(fēng)洞模型不僅僅可以實(shí)現(xiàn)模型較大的轉(zhuǎn)角范圍而且能夠很好的解決模型支撐的 剛度與氣動(dòng)干擾之間的矛盾。 并且由于所有的運(yùn)動(dòng)副都是低副，且組成運(yùn)動(dòng)副的原件表面全是圓柱面或平面， 因而加工、安裝和調(diào)整都比較方便，可以獲得較高的精度；組成運(yùn)動(dòng)副的原件間的接觸都是 面接觸，它所承受的單位壓力較小，故磨損較小，可靠性較高。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
9
權(quán)利要求
一種風(fēng)洞模型支撐裝置，包括動(dòng)平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)平動(dòng)自由度和至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；夾持裝置，所述夾持裝置與所述動(dòng)平臺(tái)相連接并用于固定支撐所述模型；以及第一和第二驅(qū)動(dòng)單元，所述第一和第二驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)上，用于驅(qū)動(dòng)所述夾持裝置以使所述夾持裝置獲得沿著縱向和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)單元包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而牽引所述夾持裝置，以實(shí)現(xiàn)夾持裝置的縱向和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度中的一個(gè)；所述第二驅(qū)動(dòng)單元包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)，所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)而牽引所述夾持裝置，以實(shí)現(xiàn)所述夾持裝置的橫向和縱向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度中的另一個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第一驅(qū)動(dòng)單元和所述第二驅(qū)動(dòng)單元相互垂直地布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第一繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第一巻繞軸，所述第一巻繞軸與所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；禾口第一繩索件，所述第一繩索件巻繞在所述第一巻繞軸上，且兩端分別與所述夾持裝置相連接，以在第一巻繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引所述夾持裝置沿著上下的方向運(yùn)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第一繩索件包括第一繩索和第二繩索，所述第一和第二繩索的第一端分別反向巻繞在所述第一巻繞軸，所述第一和第二繩索的第二端分別與所述夾持裝置上相對(duì)的兩個(gè)位置相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3-4所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中還包括用于固定支撐第一電機(jī)的第一電機(jī)支撐；以及固定支撐第一巻繞軸的第一支架，所述第一電機(jī)支撐和第一支架固定于所述動(dòng)平臺(tái)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第二繩索牽引機(jī)構(gòu)包括第二巻繞軸，所述第二巻繞軸與所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；禾口第二繩索件，所述第二繩索件巻繞在所述第二巻繞軸上，且兩端分別與所述夾持裝置相連接以在第二巻繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引所述夾持裝置沿著上下的方向運(yùn)動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第二繩索件由第三繩索和第四繩索構(gòu)成，其中所述第三和第四繩索的第一端分別反向巻繞在所述第二巻繞軸，所述第三和第四繩索的第二端分別與所述夾持裝置上另外的兩個(gè)相對(duì)位置相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，還包括用于固定支撐第二電機(jī)的第二電機(jī)支撐；以及固定支撐第二巻繞軸的第二支架，所述第二電機(jī)支撐和第二支架固定于所述動(dòng)平臺(tái)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述夾持裝置為虎克鉸，其包括上鉸鏈架，所述上鉸鏈架的頂端與所述動(dòng)平臺(tái)底部通過(guò)動(dòng)平臺(tái)連接件進(jìn)行連接，所述上鉸鏈架成拱形且兩端分別形成有在同一軸線上的第一圓孔；下鉸鏈架，所述下鉸鏈架的底端通過(guò)模型連接件與所述模型進(jìn)行連接，所述下鉸鏈架形成為半球殼形，且在邊緣處形成在同一軸線上的兩個(gè)凸緣，所述兩個(gè)凸緣上分別形成有第二圓孔，所述兩個(gè)第二圓孔的軸線與所述第一圓孔的軸線相垂直；以及十字軸，所述十字軸的四個(gè)軸端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在所述兩個(gè)第一圓孔和兩個(gè)第二圓孔中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述第一繩索件的兩端分別穿過(guò) 動(dòng)平臺(tái)后與所述下鉸鏈架上的兩個(gè)相對(duì)位置相連接，所述第二繩索件的兩端分別穿過(guò)所述 動(dòng)平臺(tái)后與所述下鉸鏈架上的另外兩個(gè)相對(duì)位置相連接，所述另外兩個(gè)相對(duì)位置的連線與 所述兩個(gè)相對(duì)位置的連線垂直。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞模型支撐裝置，其中所述動(dòng)平臺(tái)具有3個(gè)平動(dòng)自由度和 三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)洞模型支撐裝置，包括動(dòng)平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)平動(dòng)自由度和至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；夾持裝置，所述夾持裝置與所述動(dòng)平臺(tái)相連接并用于固定支撐所述模型；以及第一和第二驅(qū)動(dòng)單元，所述第一和第二驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)上，用于驅(qū)動(dòng)所述夾持裝置以使所述夾持裝置獲得沿著縱向和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。第一驅(qū)動(dòng)單元包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)及第一繩索牽引機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動(dòng)單元包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)及第二繩索牽引機(jī)構(gòu)。該支撐裝置可實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)中模型的六自由度，且通過(guò)并聯(lián)的第一、第二驅(qū)動(dòng)單元可有效擴(kuò)大模型支撐所能實(shí)現(xiàn)的模型的俯仰和滾轉(zhuǎn)振幅，降低驅(qū)動(dòng)單元的加速度、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)行程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。
文檔編號(hào)G01M9/04GK101793592SQ20101010246
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者關(guān)立文, 張 浩, 汪勁松, 王立平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)