一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，包括升降舵舵機(jī)、方向舵舵機(jī)和控制系統(tǒng)；升降舵舵機(jī)固定于垂尾安定面內(nèi)，方向舵舵機(jī)固定于機(jī)身尾段內(nèi)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、杠桿、連桿、固定支架，編碼器，驅(qū)動(dòng)桿以及轉(zhuǎn)軸組成；控制系統(tǒng)采用基于CAN總線的伺服控制技術(shù)，上位機(jī)通過(guò)CAN總線適配器與連接于CAN總線上的伺服控制單元通信。實(shí)現(xiàn)了對(duì)各伺服單元的初始化、參數(shù)的設(shè)置、狀態(tài)反饋和控制等功能；本實(shí)用新型采用微機(jī)電、自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕刀婧头较蚨娴淖詣?dòng)精確變角度，減輕了參試人員勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人工變角度帶來(lái)的定位誤差，與人工變角度相比試驗(yàn)效率提高40%。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)洞試驗(yàn)中模型舵面自動(dòng)變角度系統(tǒng)，具體為一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)洞試驗(yàn)中，用各個(gè)舵面偏角的組合來(lái)模擬飛行器飛行中的各個(gè)狀態(tài)，飛行器舵面的偏轉(zhuǎn)角度要經(jīng)過(guò)多次重復(fù)的變換。低速風(fēng)洞中進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，模型的舵面或者翼面的偏轉(zhuǎn)，都是靠人工來(lái)完成。手工操作帶來(lái)的問(wèn)題是很難保證舵面角度的重復(fù)性定位精度，從而影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)帶來(lái)試驗(yàn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ退瓒鏅C(jī)具有體積小、輸出轉(zhuǎn)矩大、定位精度高等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上沒(méi)有舵機(jī)成品能滿(mǎn)足低速風(fēng)洞試驗(yàn)要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)測(cè)試模型在風(fēng)洞試驗(yàn)中的自動(dòng)調(diào)整角度，避免人為調(diào)整角度帶來(lái)的不精確性和不穩(wěn)定性。
[0004]一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，包括升降舵舵機(jī)、方向舵舵機(jī)和控制系統(tǒng)；
[0005]所述升降舵舵機(jī)固定設(shè)置在試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛刮舶捕鎯?nèi)，包括驅(qū)動(dòng)減速組合體A、滑塊A、絲桿A、杠桿、連桿A、轉(zhuǎn)軸A ;所述杠桿一端固定在驅(qū)動(dòng)減速組合體A上，另一端連接到滑塊A上，驅(qū)動(dòng)減速組合體A驅(qū)動(dòng)滑塊A沿著絲桿A做直線運(yùn)動(dòng)；連桿A的一端連接在杠桿上，連桿A的另一端與轉(zhuǎn)軸A連接；
[0006]所述方向舵舵機(jī)固定于試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)身尾段內(nèi)，包括驅(qū)動(dòng)減速組合體B、滑塊B、絲桿B、轉(zhuǎn)軸B ;所述驅(qū)動(dòng)減速組合體B與絲桿B連接，滑塊B固定設(shè)置在轉(zhuǎn)軸B上且與絲桿B連接；所述驅(qū)動(dòng)減速組合體B驅(qū)動(dòng)滑塊B沿著絲桿B做直線運(yùn)動(dòng)；
[0007]所述控制系統(tǒng)包括位置編碼器、角度編碼器、位置控制單元和控制器；所述位置編碼器與位置控制單元連接，且分別與驅(qū)動(dòng)減速組合體A、驅(qū)動(dòng)減速組合體B連接；所述角度編碼器通過(guò)RS232串口與控制器連接，且分別與轉(zhuǎn)軸A、轉(zhuǎn)軸B連接；所述位置控制單元通過(guò)CAN總線與控制器連接。
[0008]在上述技術(shù)方案中，杠桿之間的各個(gè)連接處為活動(dòng)連接。
[0009]在上述技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)軸A和轉(zhuǎn)軸B安裝位置設(shè)置有預(yù)緊彈簧。
[0010]在上述技術(shù)方案中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷亩婷孓D(zhuǎn)軸處設(shè)置角度編碼器。
[0011]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是基于機(jī)電一體化技術(shù)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)舵面角度的自動(dòng)偏轉(zhuǎn)。升降舵舵機(jī)組件由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊沿絲杠直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由杠桿、連桿將位移傳動(dòng)至驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊產(chǎn)生的直線位移已經(jīng)在驅(qū)動(dòng)桿上轉(zhuǎn)化為角度位移，并由驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)升降舵舵面角度的自動(dòng)偏轉(zhuǎn)。方向舵舵機(jī)組件由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊沿絲杠直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)桿傳動(dòng)至轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊產(chǎn)生的直線位移已經(jīng)在驅(qū)動(dòng)桿上轉(zhuǎn)化為角度位移，并由驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸及舵面轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舵面角度的自動(dòng)偏轉(zhuǎn)。
[0012]本實(shí)用新型中，驅(qū)動(dòng)減速組合體采用瑞士 Maxon電機(jī)公司的微型直流伺服電機(jī)以及配套的行星齒輪減速箱，驅(qū)動(dòng)滑塊沿絲杠直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由杠桿、連桿將位移傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]控制系統(tǒng)采用基于CAN總線的伺服控制技術(shù)，上位機(jī)通過(guò)CAN總線適配器與連接于CAN總線上的伺服控制單元通信。實(shí)現(xiàn)了對(duì)各伺服單元的初始化、參數(shù)的設(shè)置、狀態(tài)反饋和控制等功能。
[0014]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]自動(dòng)化，易于操作，提高使用效率；
[0016]模塊化，只需一次安裝，更好地保證模型舵面偏角的精度；
[0017]通用性,易于移植和推廣；
[0018]實(shí)用性，可方便應(yīng)用于型號(hào)試驗(yàn)。
[0019]該系統(tǒng)采用微機(jī)電、自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕刀婧头较蚨娴淖詣?dòng)精確變角度，減輕了參試人員勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人工變角度帶來(lái)的定位誤差。與人工變角度相比試驗(yàn)效率提高40%。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0021]圖1是升降舵舵機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是方向舵舵機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是控制系統(tǒng)工作原理框圖；
[0024]圖4是系統(tǒng)工作流程圖；
[0025]其中:I是驅(qū)動(dòng)減速組合體A，2是絲桿A，3是滑塊A，4是杠桿，5是連桿，6是轉(zhuǎn)軸A，7是編碼器A，8是驅(qū)動(dòng)減速組合體B，9是絲桿B，10是編碼器B，11是滑塊B，12是轉(zhuǎn)軸B0

【具體實(shí)施方式】
[0026]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0027]本實(shí)用新型所述的自動(dòng)舵機(jī)主要由兩部分組成，一是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，二是控制系統(tǒng)。
[0028]在3米量級(jí)低速風(fēng)洞中的模型翼型的厚度比較小，操縱面轉(zhuǎn)軸附近翼型厚度一般為3?25mm，這就決定了所采用的角度控制機(jī)構(gòu)在操縱面厚度方向尺寸較小。此外，操縱面承受一定的氣動(dòng)載荷，因此要求機(jī)構(gòu)的輸出扭矩足夠大，才能克服氣動(dòng)力帶來(lái)的扭矩。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸小，加工精度高，輸出扭矩大，設(shè)計(jì)和加工難度大。
[0029]機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用三維軟件CATIA對(duì)模型尾翼及各舵機(jī)組件進(jìn)行建模，并進(jìn)行了不同角度的仿真裝配，確保了試驗(yàn)裝置各部件之間不發(fā)生干涉。
[0030]如圖1所示，升降舵舵機(jī)組件由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器組成的驅(qū)動(dòng)減速組合體A驅(qū)動(dòng)滑塊A沿絲杠A做直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由杠桿、連桿A將位移傳動(dòng)至驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊A產(chǎn)生的直線位移已經(jīng)在驅(qū)動(dòng)桿上轉(zhuǎn)化為角度位移，并由驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)升降舵舵面角度的自動(dòng)偏轉(zhuǎn)。
[0031]如圖2所示，方向舵舵機(jī)組件由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器組成的驅(qū)動(dòng)減速組合體B驅(qū)動(dòng)滑塊B沿絲杠B直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)桿傳動(dòng)至轉(zhuǎn)軸B，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊B產(chǎn)生的直線位移已經(jīng)在驅(qū)動(dòng)桿上轉(zhuǎn)化為角度位移,并由驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸B及舵面轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舵面角度的自動(dòng)偏轉(zhuǎn)。
[0032]在上述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，為了提高舵面的定位精度，采取了如下措施:采用杠桿原理放大絲杠A的位移行程，減小位移控制誤差對(duì)角度的影響；在轉(zhuǎn)軸處安裝預(yù)緊彈簧，消除絲杠的傳動(dòng)回差；在舵面轉(zhuǎn)軸處安裝角度編碼器，測(cè)量舵面的實(shí)際角度，提高控制精度。
[0033]控制系統(tǒng)工作原理如圖3所示，由應(yīng)用程序設(shè)定給定值，上位機(jī)控制器通過(guò)CAN總線將給定值發(fā)送給CAN總線上的位置控制單元。位置控制器根據(jù)PID控制算法控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由連接于電機(jī)上的編碼器將電機(jī)實(shí)際位置反饋給位置控制單元，構(gòu)成位置控制環(huán)。實(shí)際角度測(cè)量采用角度編碼器，角度編碼器A采集升降舵舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度值，角度編碼器B采集方向舵舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度值，角度編碼器的輸出值計(jì)入帶有RS485通訊口的計(jì)數(shù)器中，由上位機(jī)通過(guò)串口讀取角度編碼器中位置的反饋值，從而構(gòu)成角度控制環(huán)。由上位機(jī)控制器根據(jù)給定角度值和實(shí)際角度值之差，對(duì)位置控制器發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制命令，對(duì)角度誤差修正。
[0034]如圖4所示，控制系統(tǒng)的工作流程圖，即通過(guò)上位機(jī)控制器設(shè)定控制值，獲取電機(jī)的位置值，并控制電機(jī)做運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的結(jié)束由角度編碼器反饋相應(yīng)的采集值，通過(guò)對(duì)比角度編碼器反饋的采集值是否符合通過(guò)位置編碼器獲得的角度值，如果不符合，根據(jù)兩者相差的角度值進(jìn)行再次設(shè)置，并重復(fù)運(yùn)動(dòng)，知道由上位機(jī)控制器采集到的角度編碼器的值與位置編碼器上的值相符合，便可結(jié)束運(yùn)動(dòng)。
[0035]本實(shí)用新型并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，其特征在于包括升降舵舵機(jī)、方向舵舵機(jī)和控制系統(tǒng)； 所述升降舵舵機(jī)固定設(shè)置在試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛刮舶捕鎯?nèi)，包括驅(qū)動(dòng)減速組合體A、滑塊A、絲桿A、杠桿、連桿A、轉(zhuǎn)軸A ;所述杠桿一端固定在驅(qū)動(dòng)減速組合體A上，另一端連接到滑塊A上，驅(qū)動(dòng)減速組合體A驅(qū)動(dòng)滑塊A沿著絲桿A做直線運(yùn)動(dòng)；連桿A的一端連接在杠桿上，連桿A的另一端與轉(zhuǎn)軸A連接； 所述方向舵舵機(jī)固定于試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)身尾段內(nèi)，包括驅(qū)動(dòng)減速組合體B、滑塊B、絲桿B、轉(zhuǎn)軸B ;所述驅(qū)動(dòng)減速組合體B與絲桿B連接，滑塊B固定設(shè)置在轉(zhuǎn)軸B上且與絲桿B連接；所述驅(qū)動(dòng)減速組合體B驅(qū)動(dòng)滑塊B沿著絲桿B做直線運(yùn)動(dòng)； 所述控制系統(tǒng)包括位置編碼器、角度編碼器、位置控制單元和控制器；所述位置編碼器與位置控制單元連接，且分別與驅(qū)動(dòng)減速組合體A、驅(qū)動(dòng)減速組合體B連接；所述角度編碼器通過(guò)RS232串口與控制器連接，且分別與轉(zhuǎn)軸A、轉(zhuǎn)軸B連接；所述位置控制單元通過(guò)CAN總線與控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，其特征為所述杠桿之間的各個(gè)連接處為活動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，其特征為所述轉(zhuǎn)軸A和轉(zhuǎn)軸B安裝位置設(shè)置有預(yù)緊彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)舵機(jī)，其特征為所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷亩婷孓D(zhuǎn)軸處設(shè)置角度編碼器。
【文檔編號(hào)】G01M9/08GK204027803SQ201420386906
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】車(chē)兵輝, 張鵬, 倪章松, 魏然, 劉江濤, 宋道軍, 蔣科林, 付華, 姜裕標(biāo), 黃勇, 黃明其, 李進(jìn)學(xué), 王勛年, 孫海生 申請(qǐng)人:中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所