專利名稱：一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，屬于試驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小不對(duì)稱再入體滾轉(zhuǎn)氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)要求測(cè)量裝置具有以下特點(diǎn)1、能夠連接燒蝕后的模型和支桿；2、測(cè)量裝置在俯仰方向和滾轉(zhuǎn)方向上必須有足夠的剛度；3、在滾轉(zhuǎn)方向上，測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械阻尼要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該方向上飛行器的滾轉(zhuǎn)氣動(dòng)阻尼，在理論上為零。國(guó)內(nèi)的高超聲速小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量技術(shù)發(fā)展比較滯后，取得一些成果的是中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的小滾轉(zhuǎn)力矩天平測(cè)量系統(tǒng)和中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的氣浮軸承測(cè)量系統(tǒng)，下面對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的小滾轉(zhuǎn)力矩天平測(cè)量系統(tǒng)雖然是測(cè)量滾轉(zhuǎn)力矩最常規(guī)的手段，但同軸度偏差與角度偏差是使微量滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量產(chǎn)生偏差的重要原因。氣浮軸承測(cè)量系統(tǒng)由于采用自由滾轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，所以對(duì)于安裝、加工中的一些不確定因素，例如質(zhì)心偏置，氣流偏角等等具有對(duì)消作用，這就使得本方法較天平測(cè)力等其它方法相比有較大魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，可以使裝置系統(tǒng)的機(jī)械阻尼在理論上為零。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，包括彈頭模型頭部、彈頭模型尾部、外套筒、外套筒擋圈、推力軸承擋圈、葉輪輪轂、渦輪葉片、葉片鎖緊螺釘、激光頭支架、模型端蓋、支桿、傳動(dòng)軸、電機(jī)座、電機(jī)座端蓋、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、光柵碼盤、中套筒擋圈、中套筒、內(nèi)套筒、鎖緊螺母、連接環(huán)、第一深溝球軸承、第二深溝球軸承和推力軸承；葉輪輪轂、渦輪葉片、光柵碼盤及葉片鎖緊螺釘組成渦輪，在支桿的前端依次安裝上模型端蓋、激光頭支架、渦輪、推力軸承擋圈和推力軸承，激光頭安裝在激光頭支架上，用于與光柵碼盤配合測(cè)量渦輪的轉(zhuǎn)速；再依次將第一個(gè)第二深溝球軸承、內(nèi)套筒和第二個(gè)第二深溝球軸承套裝在支桿前端上，第二個(gè)第二深溝球軸承位于第一個(gè)第二深溝球軸承的前端，內(nèi)套筒將第一個(gè)第二深溝球軸承頂住，第二個(gè)第二深溝球軸承將內(nèi)套筒頂住，最后用鎖緊螺母把所述第二個(gè)第二深溝球軸承固定在支桿上；將中套筒套在內(nèi)套筒外部，中套筒兩段分別頂住所述第一個(gè)第二深溝球軸承和第二個(gè)第二深溝球軸承，外套筒套在中套筒的外部，外套筒的兩端分別安裝兩個(gè)第一深溝球軸承，第二個(gè)第一深溝球軸承位于第一個(gè)第一深溝球軸承的前端，通過螺釘將外套筒擋圈固定在外套筒的后端，且外套筒擋圈與推力軸承接觸，連接環(huán)套在支桿最前端，并通過螺釘將連接環(huán)和第二個(gè)第一深溝球軸承和第二個(gè)第二深溝球軸承固定在一起，
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兩個(gè)第一深溝球軸承、兩個(gè)第二深溝球軸承、中套筒、內(nèi)套筒、外套筒、外套筒擋圈、中套筒擋圈和連接環(huán)形成的整體固定在支桿上，并且該整體裝在彈頭模型尾部的空腔之內(nèi)，葉輪輪轂、渦輪葉片、光柵碼盤及葉片鎖緊螺釘組成渦輪也與彈頭模型尾部的空腔內(nèi)壁接觸，并通過銷釘固定，通過螺釘將模型端蓋與彈頭模型尾部固定，使彈頭模型尾部的內(nèi)腔形成封閉空間，彈頭模型頭部與彈頭模型尾部的前端固定連接，構(gòu)成整體彈頭模型；步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸連接從而輸出動(dòng)力，支桿為管狀，傳動(dòng)軸穿過支桿內(nèi)部，頂?shù)竭B接環(huán)上；步進(jìn)電機(jī)裝在電機(jī)座內(nèi)部，電機(jī)座端蓋將步進(jìn)電機(jī)封閉在電機(jī)座之中，還包括內(nèi)擋圈、外擋圈、支架、外殼和第三深溝球軸承，第三深溝球軸承套在傳動(dòng)軸靠近聯(lián)軸器的一端，第三深溝球軸承的內(nèi)圈通過內(nèi)擋圈固定，第三深溝球軸承的外圈通過外擋圈固定，第三深溝球軸承、內(nèi)擋圈和外擋圖形成的整體通過支架固定在外殼上，用以穩(wěn)定傳動(dòng)軸。支桿的外壁上挖有凹槽，用于將高壓氣體管路輸送到渦輪，令渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)整體彈頭模型轉(zhuǎn)動(dòng)。激光頭與光柵碼盤之間的距離為I 2mm。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)帶來的有益效果為I.現(xiàn)有氣浮軸承測(cè)量系統(tǒng)對(duì)加工精度要求較高，且軸承系統(tǒng)容易產(chǎn)生銹蝕，進(jìn)而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，甚至使系統(tǒng)不能運(yùn)轉(zhuǎn)；而本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，即使個(gè)別零部件產(chǎn)生銹蝕，由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)作用，也能很好地克服銹蝕產(chǎn)生的影響。2.本發(fā)明裝置不同于氣浮軸承測(cè)量系統(tǒng)和小滾轉(zhuǎn)力矩天平測(cè)量系統(tǒng)，它的機(jī)械阻尼在理論上為零，可以更精確地測(cè)量小不對(duì)稱再入體的氣動(dòng)阻尼，這是以上兩種測(cè)量系統(tǒng)都無法達(dá)到的。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明彈頭模型部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)主要由兩部分組成前端的彈頭模型部分和后端的測(cè)量、驅(qū)動(dòng)部分。小不對(duì)稱再入體模型安裝在雙層軸承支撐系統(tǒng)上，在雙層軸承后端安裝光柵碼盤，用來測(cè)量模型的轉(zhuǎn)速。支桿后端裝有伺服電機(jī)，用來驅(qū)動(dòng)內(nèi)層軸承，以達(dá)到使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械阻尼在理論上為零的目如圖I、圖2所示，本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括彈頭模型頭部I、彈頭模型尾部2、外套筒3、外套筒擋圈5、推力軸承擋圈6、葉輪輪轂7、渦輪葉片8、葉片鎖緊螺釘9、激光頭支架11、模型端蓋12、支桿13、傳動(dòng)軸14、電機(jī)座18、電機(jī)座端蓋19、步進(jìn)電機(jī)20、聯(lián)軸器21、光柵碼盤25、中套筒擋圈26、中套筒27、內(nèi)套筒28、鎖緊螺母30、連接環(huán)31、第一深溝球軸承B-I、第二深溝球軸承B-2和推力軸承B-3 ；葉輪輪轂7、渦輪葉片8、光柵碼盤25及葉片鎖緊螺釘9組成渦輪，在支桿13的前端依次安裝上模型端蓋12、激光頭支架11、渦輪、推力軸承擋圈6和推力軸承B-3，激光頭安裝在激光頭支架11上，用于與光柵碼盤25配合測(cè)量渦輪的轉(zhuǎn)速；支桿13的外壁上挖有凹槽，用于將高壓氣體管路輸送到渦輪，令渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)整體彈頭模型轉(zhuǎn)動(dòng)。激光頭與光柵碼盤25之間的距離為I 2mm。再依次將第一個(gè)第二深溝球軸承B-2、內(nèi)套筒28和第二個(gè)第二深溝球軸承B_2套裝在支桿13前端上，第二個(gè)第二深溝球軸承B-2位于第一個(gè)第二深溝球軸承B-2的前端，內(nèi)套筒28將第一個(gè)第二深溝球軸承B-2頂住，第二個(gè)第二深溝球軸承B-2將內(nèi)套筒頂住，最后用鎖緊螺母30把所述第二個(gè)第二深溝球軸承B-2固定在支桿13上；將中套筒27套在內(nèi)套筒28外部，中套筒28兩段分別頂住所述第一個(gè)第二深溝球軸承B-2和第二個(gè)第二深溝球軸承B-2，外套筒3套在中套筒27的外部，外套筒3的兩端分別安裝兩個(gè)第一深溝球軸承B-1，第二個(gè)第一深溝球軸承B-I位于第一個(gè)第一深溝球軸承B-I的前端，通過螺釘將外套筒擋圈5固定在外套筒3的后端，且外套筒擋圈5與推力軸承B — 3接觸，連接環(huán)31套在支桿13最前端，并通過螺釘將連接環(huán)31和第二個(gè)第一深溝球軸承B-I和第二個(gè)第二深溝球軸承B-2固定在一起，兩個(gè)第一深溝球軸承B-I、兩個(gè)第二深溝球軸承B-2、中套筒27、內(nèi)套筒28、外套筒3、外套筒擋圈5、中套筒擋圈26和連接環(huán)31形成的整體固定在支桿13上，并且該整體裝在彈頭模型尾部2的空腔之內(nèi)，葉輪輪轂7、渦輪葉片8、光柵碼盤25及葉片鎖緊螺釘9組成渦輪也與彈頭模型尾部2的空腔內(nèi)壁接觸，并通過銷釘固定，通過螺釘將模型端蓋12與彈頭模型尾部2固定，使彈頭模型尾部2的內(nèi)腔形成封閉空間，彈頭模型頭部I與彈頭模型尾部2的前端固定連接，構(gòu)成整體彈頭模型；步進(jìn)電機(jī)20通過聯(lián)軸器21與傳動(dòng)軸14連接從而輸出動(dòng)力，支桿13為管狀，傳動(dòng)軸14穿過支桿13內(nèi)部，頂?shù)竭B接環(huán)31上；步進(jìn)電機(jī)20裝在電機(jī)座18內(nèi)部，電機(jī)座端蓋19將步進(jìn)電機(jī)20封閉在電機(jī)座18之中，還包括內(nèi)擋圈22、外擋圈23、支架24、外殼16和第三深溝球軸承B_4，第三深溝球軸承B-4套在傳動(dòng)軸14靠近聯(lián)軸器21的一端，第三深溝球軸承B-4的內(nèi)圈通過內(nèi)擋圈22固定，第三深溝球軸承B-4的外圈通過外擋圈23固定，第三深溝球軸承B-4、內(nèi)擋圈22和外擋圈23形成的整體通過支架24固定在外殼16上，用以穩(wěn)定傳動(dòng)軸14。本發(fā)明中，第一深溝球軸承(B-I)可以采用型號(hào)為6808ZZ的軸承，第二深溝球軸承(B-2)和第三深溝球軸承(B-3)可以采用型號(hào)為6804ZZ的軸承。本發(fā)明系統(tǒng)工作原理如下風(fēng)洞開啟并處于運(yùn)行狀態(tài)下，高壓氣體輸出到渦輪并且噴出，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)構(gòu)從而帶動(dòng)彈體模型旋轉(zhuǎn)。激光頭讀取葉輪輪轂上的光柵碼盤的數(shù)據(jù)，進(jìn)而測(cè)出彈體的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)彈體模型轉(zhuǎn)速向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出反饋信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、連接環(huán)帶動(dòng)中套筒旋轉(zhuǎn)(傳動(dòng)軸的前端頂在連接環(huán)上，并且與連接環(huán)固連，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)軸和連接環(huán)的相對(duì)位置不變，即傳動(dòng)軸通過連接環(huán)帶動(dòng)中套筒一起轉(zhuǎn)動(dòng))，使中套筒轉(zhuǎn)速與彈體模型轉(zhuǎn)速相同，進(jìn)而使整套裝置在旋轉(zhuǎn)方向上的機(jī)械阻尼為零，從而較好地測(cè)量出彈體模型的氣動(dòng)阻尼，從而能夠更精確的計(jì)算出真實(shí)導(dǎo)彈的氣動(dòng)阻尼。
權(quán)利要求
1.一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，其特征在于包括彈頭模型頭部(I)、彈頭模型尾部(2)、外套筒(3)、外套筒擋圈(5)、推力軸承擋圈(6)、葉輪輪轂(7)、渦輪葉片(8)、葉片鎖緊螺釘(9)、激光頭支架(11)、模型端蓋(12)、支桿(13)、傳動(dòng)軸(14)、電機(jī)座(18)、電機(jī)座端蓋(19)、步進(jìn)電機(jī)(20)、聯(lián)軸器(21)、光柵碼盤(25)、中套筒擋圈(26)、中套筒(27)、內(nèi)套筒(28)、鎖緊螺母(30)、連接環(huán)(31)、第一深溝球軸承(B-I)、第二深溝球軸承(B-2)和推力軸承(B-3)； 葉輪輪轂(7)、渦輪葉片(8)、光柵碼盤(25)及葉片鎖緊螺釘(9)組成渦輪，在支桿(13)的前端依次安裝上模型端蓋(12)、激光頭支架(11)、渦輪、推力軸承擋圈(6)和推力軸承(B-3)，激光頭安裝在激光頭支架(11)上，用于與光柵碼盤(25)配合測(cè)量渦輪的轉(zhuǎn)速； 再依次將第一個(gè)第二深溝球軸承(B-2)、內(nèi)套筒(28)和第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)套裝在支桿(13)前端上，第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)位于第一個(gè)第二深溝球軸承(B-2)的前端，內(nèi)套筒(28)將第一個(gè)第二深溝球軸承(B-2)頂住,第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)將內(nèi)套筒頂住，最后用鎖緊螺母(30)把所述第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)固定在支桿(13)上； 將中套筒(27)套在內(nèi)套筒(28)外部，中套筒(28)兩段分別頂住所述第一個(gè)第二深溝球軸承(B-2)和第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)，外套筒(3)套在中套筒(27)的外部，外套筒(3)的兩端分別安裝兩個(gè)第一深溝球軸承(B-I)，第二個(gè)第一深溝球軸承(B-I)位于第一個(gè)第一深溝球軸承(B-I)的前端，通過螺釘將外套筒擋圈(5)固定在外套筒(3)的后端，且外套筒擋圈(5)與推力軸承(B-3)接觸，連接環(huán)(31)套在支桿(13)最前端，并通過螺釘將連接環(huán)(31)和第二個(gè)第一深溝球軸承(B-I)和第二個(gè)第二深溝球軸承(B-2)固定在一起， 兩個(gè)第一深溝球軸承(B-I)、兩個(gè)第二深溝球軸承(B-2)、中套筒(27)、內(nèi)套筒(28)、外套筒(3)、外套筒擋圈(5)、中套筒擋圈(26)和連接環(huán)(31)形成的整體固定在支桿(13)上，并且該整體裝在彈頭模型尾部(2)的空腔之內(nèi)，葉輪輪轂(7)、渦輪葉片(8)、光柵碼盤(25)及葉片鎖緊螺釘(9)組成渦輪也與彈頭模型尾部(2)的空腔內(nèi)壁接觸，并通過銷釘固定，通過螺釘將模型端蓋(12)與彈頭模型尾部(2)固定，使彈頭模型尾部(2)的內(nèi)腔形成封閉空間，彈頭模型頭部(I)與彈頭模型尾部(2)的前端固定連接，構(gòu)成整體彈頭模型； 步進(jìn)電機(jī)(20)通過聯(lián)軸器(21)與傳動(dòng)軸(14)連接從而輸出動(dòng)力，支桿(13)為管狀，傳動(dòng)軸(14)穿過支桿(13)內(nèi)部，頂?shù)竭B接環(huán)(31)上；步進(jìn)電機(jī)(20)裝在電機(jī)座(18)內(nèi)部，電機(jī)座端蓋(19)將步進(jìn)電機(jī)(20)封閉在電機(jī)座(18)之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，其特征在于還包括內(nèi)擋圈(22)、外擋圈(23)、支架(24)、外殼(16)和第三深溝球軸承(B-4)，第三深溝球軸承(B-4)套在傳動(dòng)軸(14)靠近聯(lián)軸器(21)的一端，第三深溝球軸承(B-4)的內(nèi)圈通過內(nèi)擋圈(22)固定，第三深溝球軸承(B-4)的外圈通過外擋圈(23)固定，第三深溝球軸承(B-4)、內(nèi)擋圈(22)和外擋圈(23)形成的整體通過支架(24)固定在外殼(16)上，用以穩(wěn)定傳動(dòng)軸(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，其特征在于支桿(13)的外壁上挖有凹槽，用于將高壓氣體管路輸送到渦輪，令渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)整體彈頭模型轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，其特征在于激光頭與光柵碼盤(25)之間的距離為I 2mm。
全文摘要
一種用于高超聲速風(fēng)洞的小滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置，主要由兩部分組成前端的彈頭模型部分和后端的測(cè)量、驅(qū)動(dòng)部分。小不對(duì)稱再入體模型安裝在雙層軸承支撐系統(tǒng)上，在雙層軸承后端安裝光柵碼盤，用來測(cè)量彈頭模型的轉(zhuǎn)速。支桿后端裝有伺服電機(jī)，用來驅(qū)動(dòng)內(nèi)層軸承，以達(dá)到使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械阻尼在理論上為零的目。本發(fā)明裝置滾轉(zhuǎn)方向上的機(jī)械阻尼要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該方向上飛行器的滾轉(zhuǎn)氣動(dòng)阻尼，機(jī)械阻尼在理論上為零。
文檔編號(hào)G01M9/06GK102928191SQ201210378088
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者解克 申請(qǐng)人:中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院