專利名稱：自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)部件模型和全機(jī)模型“自由-自由”約束條件下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，屬于飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是大型飛機(jī)模型風(fēng)洞自由飛實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
飛行器的設(shè)計(jì)與制造必須依靠各種專業(yè)技術(shù)，屬于高科技領(lǐng)域。對(duì)于技術(shù)的驗(yàn)證與探索，必須依靠各種實(shí)驗(yàn)來完成，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是其中不可或缺的部分。通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，可以完成飛行器控制技術(shù)的驗(yàn)證、設(shè)計(jì)方案的選優(yōu)、氣動(dòng)新布局的探索等。傳統(tǒng)的飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)大多為風(fēng)洞模型固支情況下的全機(jī)測(cè)力測(cè)壓實(shí)驗(yàn)、翼型實(shí)驗(yàn)、外掛物實(shí)驗(yàn)等。部分顫振模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，通過彈性吊掛實(shí)現(xiàn)模型的“自由-自由”狀態(tài)，但因其無法實(shí)現(xiàn)模型姿態(tài)可控、不宜布置測(cè)量設(shè)備等，只能做顫振機(jī)理的定性分析，很難達(dá)到定量分析的要求。飛行試驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿娠w行器“自由-自由”狀態(tài)下對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的驗(yàn)證與探索，但因其成本過高而限制了其通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)制作了一種既可用于全機(jī)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，又可用于單獨(dú)部件(單獨(dú)機(jī)翼或單獨(dú)機(jī)身)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別是能用于飛行器對(duì)稱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)仰和沉浮運(yùn)動(dòng)的模擬，從而更加接近于飛機(jī)在空中自由飛行的真實(shí)狀態(tài)，更加有利于對(duì)自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的研究。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種可用于模擬飛機(jī)縱向自由飛的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，穩(wěn)定控制系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自由飛模型風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的支撐系統(tǒng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工作原理圖。附圖標(biāo)號(hào)說明1-鴨翼舵機(jī) 2-鴨翼3-機(jī)身角速度傳感器4-機(jī)身加速度傳感器5-支撐系統(tǒng) 6-風(fēng)洞側(cè)壁或地板7-結(jié)構(gòu)加速度傳感器8-副翼9-副翼舵機(jī) 10-風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?11-穩(wěn)定控制系統(tǒng)12-信號(hào)線(所有虛線)13-升降舵舵機(jī) 14-升降舵15-支撐系統(tǒng)角位移傳感器16-支撐系統(tǒng)線位移傳感器 17-軸承
3
18-滑軌19-轉(zhuǎn)動(dòng)副 20-控制運(yùn)算 21-增益模塊22-數(shù)據(jù)采集模塊 23-平臺(tái) 24-控制程序 25-移動(dòng)副 26-自由流
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖，其包括飛機(jī)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)和支撐系統(tǒng)(5)。如圖2所示，支撐系統(tǒng)(5)包括直線滑軌(18)、平臺(tái)03)和軸承(17)。其中，直線滑軌(18)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)副(25)，用以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)的沉浮運(yùn)動(dòng)；軸承(17)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副，用以模擬風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)的俯仰運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)連接直線滑軌(18)和軸承(17)， 用以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)縱向自由飛的真實(shí)狀態(tài)。如圖3所示，穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)包括機(jī)身角速度傳感器(3)、機(jī)身加速度傳感器 G)、結(jié)構(gòu)加速度傳感器(7)、信號(hào)線(12)、支撐系統(tǒng)角位移傳感器(15)、支撐系統(tǒng)線位移傳感器(16)、控制程序(20)、增益模塊(21)、數(shù)據(jù)采集模塊0 和控制程序04)。如圖1所示，支撐系統(tǒng)角位移傳感器(15)和支撐系統(tǒng)線位移傳感器(16)分別用來測(cè)量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)俯仰和沉浮的運(yùn)動(dòng)量，通過信號(hào)線(12)輸入穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)。如圖1所示，機(jī)身角速度傳感器(3)、機(jī)身加速度傳感器(4)和結(jié)構(gòu)加速度傳感器 (7)分別用來測(cè)量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度、質(zhì)心加速度和結(jié)構(gòu)加速度，通過信號(hào)線(12)輸入穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)。如圖1所示，鴨翼O)、副翼⑶和升降舵(14)作為氣動(dòng)控制面，分別由鴨翼舵機(jī) (1)、副翼舵機(jī)(9)和升降舵舵機(jī)(13)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)輸出。如圖3所示，穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)的數(shù)據(jù)采集模塊02)實(shí)時(shí)采集傳感器輸入信號(hào)， 增益模塊調(diào)整輸入信號(hào)，控制程序00)處理信號(hào)并輸出舵機(jī)控制信號(hào)，完成控制面的偏轉(zhuǎn)。有益效果1.本發(fā)明專利通過半模型實(shí)驗(yàn)來研究飛機(jī)模型縱向自由飛風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，與全機(jī)模型實(shí)驗(yàn)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)①在相同的風(fēng)洞下，半模型尺寸比全模型大，因而模型的幾何模擬可以更精確；②半模型加工量小，且容易加工，故可縮短模型加工周期、降低加工成本；③ 風(fēng)洞壁有利于模型的安裝，有利于各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝與走線。2.本發(fā)明專利的支撐系統(tǒng)提供俯仰和沉浮兩個(gè)自由度，可以模擬飛機(jī)縱向自由飛的真實(shí)狀態(tài)，在一定程度上解決了飛機(jī)全機(jī)模型風(fēng)洞自由飛實(shí)驗(yàn)的難題，具有重要的實(shí)用價(jià)值。3.本發(fā)明專利的中控系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)連續(xù)、可控，便于觀測(cè)與存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的定量分析。4.本發(fā)明專利可以實(shí)現(xiàn)“自由-自由”狀態(tài)或固支狀態(tài)下顫振模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研5.本發(fā)明專利可用于開展全機(jī)飛行力學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究，如氣動(dòng)布局操穩(wěn)特性研究、動(dòng)響應(yīng)分析、新型控制律的驗(yàn)證等。6.本發(fā)明專利可以實(shí)現(xiàn)全機(jī)陣風(fēng)減緩風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究，在穩(wěn)定控制系統(tǒng)中加入陣風(fēng)減緩控制程序，完成對(duì)陣風(fēng)減緩控制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。7.本發(fā)明專利所提出的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其原理科學(xué)合理，流程相對(duì)簡單規(guī)范，成本低， 具有很好的應(yīng)用前景。8.本發(fā)明專利的穩(wěn)定控制系統(tǒng)由軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)不同組合的控制系統(tǒng)，通用性好，便于進(jìn)行各種對(duì)比研究。
權(quán)利要求
1.一種用于飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括 飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)，穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)， 支撐系統(tǒng)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于支撐系統(tǒng)(5)包括 直線滑軌(18)，用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)副(25)，使平臺(tái)03)沿垂直自由流06)方向滑動(dòng)，用以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)的沉浮運(yùn)動(dòng)；軸承(17)用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副(19)，以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)的俯仰運(yùn)動(dòng)； 連接直線滑軌(18)和軸承(17)的平臺(tái)( )，用以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)縱向自由飛的狀態(tài)；所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)滿足一定的相似準(zhǔn)則，可以是氣動(dòng)縮比模型，也可以是氣動(dòng)彈性縮比模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?(10)可以是單獨(dú)機(jī)身模型、單獨(dú)機(jī)翼模型、機(jī)翼機(jī)身組合模型、全機(jī)半模型中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?(10)可內(nèi)置多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，可設(shè)計(jì)多個(gè)控制面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)內(nèi)設(shè)置有機(jī)身加速度傳感器G)，用來測(cè)量模型質(zhì)心加速度； 機(jī)身角速度傳感器(3)，用來測(cè)量模型繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度； 結(jié)構(gòu)加速度傳感器(7)，用來測(cè)量某點(diǎn)結(jié)構(gòu)加速度； 支撐系統(tǒng)線位移傳感器(16)，用來測(cè)量模型沉浮運(yùn)動(dòng)量； 支撐系統(tǒng)角位移傳感器(15)，用來測(cè)量模型俯仰運(yùn)動(dòng)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)的輸入是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?10)內(nèi)置傳感器信號(hào)，通過相應(yīng)的控制運(yùn)算00)輸出控制面偏轉(zhuǎn)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述穩(wěn)定控制系統(tǒng) (11)的輸入可以是機(jī)身加速度傳感器⑷的輸出信號(hào)、機(jī)身角速度傳感器⑶的輸出信號(hào)、 結(jié)構(gòu)加速度傳感器⑵的輸出信號(hào)、支撐系統(tǒng)線位移傳感器(16)的輸出信號(hào)和支撐系統(tǒng)角位移傳感器(1 的輸出信號(hào)中的部分或全部；所述穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)的輸出可以是機(jī)翼副翼⑶偏轉(zhuǎn)信號(hào)、平尾升降舵(14)偏轉(zhuǎn)信號(hào)和鴨翼(2)偏轉(zhuǎn)信號(hào)中的部分或全部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定控制系統(tǒng)(11)包括機(jī)身角速度傳感器(3)、機(jī)身加速度傳感器G)、結(jié)構(gòu)加速度傳感器(7)、信號(hào)線(12)、支撐系統(tǒng)角位移傳感器(15)、支撐系統(tǒng)線位移傳感器(16)、控制運(yùn)算(20)、增益模塊 (21)、數(shù)據(jù)采集模塊(22)和控制程序(24) 0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐系統(tǒng)(5)提供沉浮和俯仰兩個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)固支、單沉浮放松、單沉浮放松和沉浮俯仰均放松四個(gè)支撐狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于自由飛模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，可以模擬飛機(jī)縱向自由飛的真實(shí)狀態(tài)。此系統(tǒng)包括飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，穩(wěn)定控制系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過信號(hào)線與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖噙B，接收模型內(nèi)置傳感器信號(hào)，通過相應(yīng)的控制運(yùn)算，輸出控制面偏轉(zhuǎn)信號(hào)，由此可以實(shí)現(xiàn)多種飛行器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究(顫振模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究、全機(jī)飛行力學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究、全機(jī)陣風(fēng)減緩風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究和全機(jī)控制增穩(wěn)系統(tǒng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究等)。
文檔編號(hào)G01M9/02GK102305699SQ201110132958
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者吳志剛, 楊超, 沈龍, 王立波, 陳磊 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)