專利名稱：一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高超聲速風(fēng)洞俯仰方向自由振動動態(tài)測力的試驗裝置，屬于 技術(shù)天平測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
早期國內(nèi)的高超聲速俯仰動態(tài)天平方面存在空白。原因是以往的我國的動態(tài)研究 主要集中于低速，對于高超聲速動態(tài)的研究，雖然理論和計算等工作已經(jīng)開展，但還未到動 態(tài)試驗的地步。目前國內(nèi)外動態(tài)試驗廣泛應(yīng)用的俯仰試驗裝置由一個同心機(jī)構(gòu)組成，前端 圓錐后端圓柱，中間是“Z”字形梁，而不包含俯仰軸承和彈性鉸鏈，在側(cè)向和滾轉(zhuǎn)方向上有 應(yīng)力殘余，在進(jìn)行低速試驗時，此殘余量為小量，可以忽略不計，而當(dāng)進(jìn)行高超聲速試驗時， 殘余量相對于測量值不能忽略，嚴(yán)重影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種準(zhǔn)確反映高超聲速飛 行器動態(tài)俯仰過程的角運動和阻尼特性的動態(tài)試驗裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，包括試件固 緊錐、連接桿、調(diào)節(jié)錐、俯仰軸承、彈性鉸鏈、軸承擋片，試件固緊錐一端為錐形，另一端為圓 柱形，連接桿一端為叉形，另一端為圓柱形，試件固緊錐的錐形端與試件連接，試件固緊錐 的圓柱端插入到連接桿的叉形端，調(diào)節(jié)錐穿過試件固緊錐的圓柱端和連接桿的叉形端將試 件固緊錐和連接桿連接在一起，連接桿的圓柱端與風(fēng)洞的模型支桿連接，俯仰軸承安裝在 調(diào)節(jié)錐和連接桿之間，利用調(diào)節(jié)錐和連接桿將俯仰軸承左右壓緊，連接桿上安裝軸承擋片 將俯仰軸承上下固定，彈性鉸鏈兩端分別與試件固緊錐和連接桿連接，其中彈性鉸鏈由一 根兩端為平臺、中間折彎成a角度的彈簧片構(gòu)成，在兩側(cè)斜邊上各貼有兩個電阻應(yīng)變片測 量俯仰角應(yīng)變。所述的彈性鉸鏈中間彎折角a為100° 140°。所述的彈性鉸鏈兩端與試件固緊錐和連接桿的接觸面與試件軸線在同一高度線 上。所述的俯仰軸承采用深溝球軸承。所述的彈性鉸鏈的厚度為0. 3mm 1. 2mm，采用鋼或鈹青銅制成。所述的電阻應(yīng)變片粘貼在距彈性鉸鏈兩端平臺1/4 1/2彈簧片長度處。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的彈性鉸鏈除了使俯仰軸承的軸向力卸載，提高俯仰軸 承的止推能力，同時還用于測量應(yīng)變量和角運動，測試精度到1/60度；(2)本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的彈性鉸，彈性鉸鏈的厚度、材料可以更換，從而可以調(diào) 節(jié)試驗裝置的固有頻率，使試驗適用于和更廣的飛行范圍鏈；(3)本發(fā)明采用四個俯仰軸承固定試件位置，保證了試件的俯仰運動，使試件的側(cè)向和滾轉(zhuǎn)方向力矩卸載； (4)本發(fā)明試驗機(jī)構(gòu)簡單，通過主要部件傳遞振動，可以準(zhǔn)確提供高超聲速飛行器 動態(tài)俯仰過程的角運動和阻尼特性。


圖1為本發(fā)明剖視圖2為本發(fā)明主視圖3為本發(fā)明試件緊固錐主視圖4為本發(fā)明試件緊固錐俯視圖5為本發(fā)明連接桿主視圖6為本發(fā)明連接桿俯視圖7為本發(fā)明調(diào)節(jié)錐結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明彈性鉸鏈主視圖9為本發(fā)明彈性鉸鏈俯視圖10為本發(fā)明彈性鉸鏈電阻應(yīng)變片安裝圖
圖11為本發(fā)明彈性鉸鏈電阻應(yīng)變片連接圖
圖12為本發(fā)明軸承擋片主視圖13為本發(fā)明軸承擋片側(cè)視圖。
具體實施例方式高超聲速俯仰自由振動試驗要求的裝置具有四個特點1、能夠提供俯仰方向的自由度，同時使側(cè)向和滾轉(zhuǎn)兩個方向載荷卸載；2、俯仰實驗裝置感受應(yīng)變的部分必須有足夠的剛度，不致在受力后斷裂，損害試 驗系統(tǒng)中其它部件；3、俯仰方向的感受到的動態(tài)氣動力應(yīng)與天平系統(tǒng)的應(yīng)變量成線性關(guān)系；4、在俯仰方向，試驗裝置的機(jī)械阻尼要小于該方向上飛行器提供的氣動阻尼。通過對高超聲速流場和高超聲速飛行器(試件)外形的仔細(xì)分析研究，本發(fā)明提 供一種高超聲速風(fēng)洞自由振動試驗俯仰方向的試驗裝置，它可以準(zhǔn)確提供高超聲速飛行器 俯仰方向角應(yīng)變，并能通過改變彈性鉸鏈的厚度和材料，改變試驗裝置的固有頻率，可以更 大范圍地模擬實際飛行情況，同時可以重復(fù)多次使用。本發(fā)明如圖1、2所示，包括試件固緊錐1、連接桿2、調(diào)節(jié)錐3、俯仰軸承4、彈性鉸 鏈5、軸承擋片6，試件固緊錐1 一端插入連接桿2的一端中，通過調(diào)節(jié)錐3將兩者連接，試 件固緊錐1的另一端與試件連接，連接桿2的另一端與風(fēng)洞模型支桿連接，俯仰軸承4上下 各兩個安裝在調(diào)節(jié)錐3的上下兩端，軸承擋片6安裝在連接桿2與試件固緊錐1連接一端， 固定俯仰軸承4，彈性鉸鏈5兩端分別與試件固緊錐1和連接桿2連接。試件固緊錐1用于支撐試件(試件用來模擬實際高超聲速飛行器)，試件緊固錐1 與試件采用螺釘連接。試件緊固錐1如圖3、4所示，一端為錐形，另一端為圓柱形。錐形端 加工有與試件連接的安裝孔，圓柱端加工有與彈性鉸鏈5和調(diào)節(jié)錐3連接的孔13、12，圓柱 端插入到連接桿2的叉形端，調(diào)節(jié)錐3穿過孔12。
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連接桿2將試驗裝置和試件安裝在風(fēng)洞的支撐系統(tǒng)(模型支桿)上，連接桿與模 型支桿采用銷連接。連接桿2如圖5、6所示，一端為叉形，另一端為圓柱形，叉形端加工有與調(diào)節(jié)錐3 連接的安裝孔21，調(diào)節(jié)錐3穿過試件固緊錐1圓柱端的孔13和連接桿2叉形端的安裝孔 21，將試件固緊錐1和連接桿2連接在一起。圓柱端加工有與風(fēng)洞模型支桿、彈性鉸鏈5連 接的孔23、22，連接桿2圓柱端通過孔23與風(fēng)洞的模型支桿銷連接，俯仰軸承4與連接桿2 的叉形端是壓緊連接，連接桿2的叉形端上安裝軸承擋片6，將俯仰軸承4上下固定。調(diào)節(jié)錐3如圖7所示，用來安裝俯仰軸承4，同時將試件緊固錐1和連接桿2連接 在一起。俯仰軸承4采用深溝球軸承，用來固定試件位置，保證了試件的俯仰運動，使試件 的側(cè)向和滾轉(zhuǎn)方向力矩卸載。彈性鉸鏈5除了使俯仰軸承沿軸承的軸向力的卸載，提高俯仰軸承的止推能力， 同時還用于測量應(yīng)變量和角運動，測試精度到1/60度。彈性鉸鏈5如圖8、9所示，由一根兩端為平臺、中間折彎成a角度的彈簧片構(gòu)成。 彈性鉸鏈5根據(jù)試驗需要，可以安裝一根或兩根，它通過螺釘和墊片7分別與試件緊固錐1 和連接桿2連接。本實施例圖2中，彈性鉸鏈5選擇使用兩根，安裝位置呈180°。
彈性鉸鏈5左右兩端平臺各加工有一個與試件緊固錐1和連接桿2連接的孔，分 別通過螺紋與試件緊固錐1和連接桿2連接，同時兩端頭下分別加墊片7(如圖2)以保證 為兩端固支的狀態(tài)，使彈性鉸鏈5兩端與試件固緊錐1和連接桿2的接觸面與試件軸線在 同一高度線上。可以通過改變彈性鉸鏈5的厚度和材料，來改變試驗裝置的固有頻率，滿足更廣 泛飛行范圍的模擬需求。彈性鉸鏈5中間彎折角a —般為100° 140°，厚度為0.3mm 1. 2mm，采用鋼或鈹青銅制成。一般隨彈性鉸鏈5厚度的增加，減縮頻率增加。彈性鉸鏈5在兩側(cè)斜邊上各貼有兩個電阻應(yīng)變片來測量角應(yīng)變和角運動，彈性鉸 鏈表面貼片方式和電阻應(yīng)變片的連接方式如圖10、11所示，應(yīng)變片a、b、c、d距彈性鉸鏈5 左右邊緣，大約1/4 1/2彈簧片長度處。圖11中接口 A、C分別與電源連接，接口 B、D分 別和輸入信號相連，組成全橋橋路，通過測量通過電阻應(yīng)變片的電壓變化，反推變形量，從 而得到相應(yīng)的氣動力。軸承擋片6的作用在于固定俯仰軸承4，軸承擋片6和連接桿2采用一字螺釘連 接，可以更換。軸承擋片6如圖12、13所示，兩端加工有與連接桿2連接的通孔61，中間加 工有盲孔62，目的是防止軸承檔片6與調(diào)節(jié)錐發(fā)生摩擦。墊圈7為圓環(huán)狀，厚度0. 1mm左右，數(shù)量視情況而定。安裝在試件緊固錐1、連接桿 2上，目的是調(diào)節(jié)使彈性鉸鏈5與兩者的固定處，相對于試件軸線處于同一高度上。使用過程如下試驗前可以通過更換彈性鉸鏈5及其不同厚度和材料的匹配，可以改變試驗裝置 的固有頻率。確定彈性鉸鏈之后將整套試驗裝置安裝在高超聲速飛行器內(nèi)部，通過模型支 桿傳遞自由振蕩，然后經(jīng)過連接桿、彈性鉸鏈傳遞給試件，同時進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集工作。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于包括試件固緊錐(1)、連接桿(2)、調(diào)節(jié)錐(3)、俯仰軸承(4)、彈性鉸鏈(5)和軸承擋片(6)，試件固緊錐(1)一端為錐形，另一端為圓柱形，連接桿(2)一端為叉形，另一端為圓柱形，試件固緊錐(1)的錐形端與試件連接，試件固緊錐(1)的圓柱端插入到連接桿(2)的叉形端，調(diào)節(jié)錐(3)穿過試件固緊錐(1)的圓柱端和連接桿(2)的叉形端將試件固緊錐(1)和連接桿(2)連接在一起，連接桿(2)的圓柱端與風(fēng)洞的模型支桿連接，俯仰軸承(4)安裝在調(diào)節(jié)錐(3)和連接桿(2)之間，利用調(diào)節(jié)錐(3)和連接桿(2)將俯仰軸承(4)左右壓緊，連接桿(2)上安裝軸承擋片(6)將俯仰軸承(4)上下固定，彈性鉸鏈(5)兩端分別與試件固緊錐(1)和連接桿(2)連接，其中彈性鉸鏈(5)由一根兩端為平臺、中間折彎成α角度的彈簧片構(gòu)成，在兩側(cè)斜邊上各貼有兩個電阻應(yīng)變片測量俯仰角應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于所述 的彈性鉸鏈(5)中間彎折角α為100° 140°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于所述 的彈性鉸鏈(5)兩端與試件固緊錐(1)和連接桿(2)的接觸面與試件軸線在同一高度線 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于所述 的俯仰軸承(4)采用深溝球軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于所述 的彈性鉸鏈(5)的厚度為0. 3mm 1. 2mm，采用鋼或鈹青銅制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，其特征在于所述 的電阻應(yīng)變片粘貼在距彈性鉸鏈(5)兩端平臺1/4 1/2彈簧片長度處。
全文摘要
一種用于高超聲速俯仰動態(tài)試驗的裝置，包括試件固緊錐、連接桿、調(diào)節(jié)錐、俯仰軸承、彈性鉸鏈和軸承擋片，彈性鉸鏈由一根兩端為平臺、中間折彎成α角度的彈簧片構(gòu)成，在兩側(cè)斜邊上各貼有兩個電阻應(yīng)變片測量俯仰角應(yīng)變。本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的彈性鉸鏈除了使俯仰軸承的軸向力卸載，提高俯仰軸承的止推能力，同時還用于測量應(yīng)變量和角運動，測試精度到1/60度；本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的彈性鉸，彈性鉸鏈的厚度、材料可以更換，從而可以調(diào)節(jié)試驗裝置的固有頻率，使試驗適用于和更廣的飛行范圍鏈；本發(fā)明采用四個俯仰軸承固定試件位置，保證了試件的俯仰運動，使試件的側(cè)向和滾轉(zhuǎn)方向力矩卸載；本發(fā)明試驗機(jī)構(gòu)簡單，通過主要部件傳遞振動，可以準(zhǔn)確提供高超聲速飛行器動態(tài)俯仰過程的角運動和阻尼特性。
文檔編號G01M9/02GK101839798SQ20101019488
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者宋玉輝, 李潛, 高清 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院