本發(fā)明涉及亞跨超風(fēng)洞的試驗裝置領(lǐng)域，主要是一種多自由度的風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

超機(jī)動性、超敏捷性是第四代飛行器的重要戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)，良好的大攻角氣動性能是第四代飛行器獲得超機(jī)動性、超敏捷性的基本條件，而風(fēng)洞試驗是研究飛行器大攻角氣動性能的重要手段，風(fēng)洞大攻角試驗技術(shù)是一項關(guān)鍵的風(fēng)洞特種試驗技術(shù)。另外，現(xiàn)代風(fēng)洞朝著具有更強(qiáng)的試驗?zāi)芰?、更高的生產(chǎn)效率及更低的運行費用方向發(fā)展，往往要求在一次吹風(fēng)過程中盡可能多地模擬模型試驗狀態(tài)，如模型的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)、橫向平移、縱向平移等姿態(tài)和動作，這些動作必須依靠等各種類型的機(jī)構(gòu)配合控制方案實現(xiàn)。

風(fēng)洞試驗要求模型支撐機(jī)構(gòu)的姿態(tài)位置準(zhǔn)確并且具有足夠的剛度和強(qiáng)度、小的阻塞比和較低的流場干擾性能，由于尾支撐結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、流場干擾小，因而在各個風(fēng)洞中應(yīng)用最為廣泛。尾支撐的一般結(jié)構(gòu)是將內(nèi)式應(yīng)變天平安裝在模型腔內(nèi)，通過支桿與風(fēng)洞的支架系統(tǒng)連接。采用尾支撐的風(fēng)洞支架系統(tǒng)常見的有彎刀支架、多連桿支架、側(cè)窗支架、關(guān)節(jié)式支架等形式，各種支架適用于不同的試驗場合，具有不同的特點及優(yōu)勢，這幾種支架的基本設(shè)計思路是以實現(xiàn)模型攻角為主要目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上疊加攻角預(yù)置功能、側(cè)滑角功能、滾轉(zhuǎn)角功能，來實現(xiàn)風(fēng)洞試驗所需要的各種模型姿態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多自由度的亞跨超聲速風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種多自由度的亞跨超聲速風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，包括前臂組件、后臂組件、框架、位置傳感器；框架為整個機(jī)構(gòu)的安裝基礎(chǔ)；所述的前臂組件和后臂組件組成結(jié)構(gòu)相同，均包括伺服電機(jī)、齒輪副、滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌及相應(yīng)的臂；滾動導(dǎo)軌的滑塊固連在框架上，前臂、后臂分別與其對應(yīng)組件中的滾動導(dǎo)軌固連，伺服電機(jī)、齒輪副、滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌形成的直線運動機(jī)構(gòu)帶動前后臂上下運動，前臂的下端通過鉸鏈軸與模型支桿座連接，后臂的下端與小臂一端鉸接，小臂的另一端與模型支桿座鉸接；試驗時，根據(jù)待試驗攻角，控制兩臺伺服電機(jī)分別轉(zhuǎn)動帶動前臂和后臂上下運動，當(dāng)前臂和后臂的上下運動速度一致時，實現(xiàn)模型支桿的平動，兩臺位置傳感器分別用于敏感前臂、后臂的位移，將敏感的位移輸出至外部，外部根據(jù)位移結(jié)合待試驗攻角實現(xiàn)對伺服電機(jī)的閉環(huán)控制。

還包括安裝在框架上的限位開關(guān)，通過上下兩個不同位置的限位開關(guān)，防止前臂、后臂撞擊風(fēng)洞上壁板和下壁板。

前臂位于迎風(fēng)面，后臂組件中的滾動導(dǎo)軌長度大于前臂組件中的滾動導(dǎo)軌長度。

還包括連接導(dǎo)軌，連接導(dǎo)軌的軌道與前臂連接，連接導(dǎo)軌的滑塊與后臂連接。

所述的位置傳感器采用電位計。

所述的限位開關(guān)采用非接觸式的霍爾式電磁開關(guān)元件。

還包括安裝在模型支桿座上的滾轉(zhuǎn)臂組件，滾轉(zhuǎn)臂組件帶動模型支桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動，利用機(jī)構(gòu)的攻角、滾轉(zhuǎn)角的位置耦合，得到安裝在模型支桿前端模型的攻角、側(cè)滑角姿態(tài)。

所述的滾轉(zhuǎn)臂組件包括滾轉(zhuǎn)接頭、齒輪副Ⅰ、伺服電機(jī)Ⅰ、滾針軸承、引線保護(hù)管、模型支桿座、轉(zhuǎn)軸；伺服電機(jī)Ⅰ的轉(zhuǎn)動通過齒輪副Ⅰ傳遞至滾轉(zhuǎn)接頭使其轉(zhuǎn)動；滾轉(zhuǎn)接頭尾部插在模型支桿座內(nèi)部空腔內(nèi)，通過滾針軸承約束，前端與模型支桿連接。

伺服電機(jī)Ⅰ安裝在滾轉(zhuǎn)接頭的下方。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：

(1)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，集成了大攻角、模型上下移動、變攻角--上下移動的組合運動、自動變滾轉(zhuǎn)角、耦合實現(xiàn)攻角--側(cè)滑角姿態(tài)等功能，適用于亞跨超風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷亩喾N姿態(tài)控制，具有功能多樣、攻角范圍大、模型運動范圍大、控制方案靈活的優(yōu)點。

(2)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，采用多連桿為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)攻角和上下移動，具有結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、可實現(xiàn)攻角范圍大的優(yōu)點。

(3)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，前臂與后臂之間通過滾動導(dǎo)軌連接，使后臂和小臂的剛性進(jìn)一步加強(qiáng)，具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的優(yōu)點。

(4)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，前臂與后臂都采用了電位計作為位置反饋，實現(xiàn)了前臂和后臂的位置閉環(huán)控制，具有位置和攻角精度高、位置和攻角控制可靠的優(yōu)點。

(5)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，前臂與后臂采用了非接觸式的限位開關(guān)，避免了誤操作造成的機(jī)械損壞，具有耐用性好的優(yōu)點。

(6)本發(fā)明一種多自由度的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，擺臂內(nèi)的滾轉(zhuǎn)電機(jī)布置在滾轉(zhuǎn)接頭的下方，減弱了伺服電機(jī)對模型測量參數(shù)信號的電磁干擾，有利于獲得準(zhǔn)確的模型測量參數(shù)，具有電磁干擾小的優(yōu)點。

本發(fā)明具有阻塞比小、功能多樣、結(jié)構(gòu)可靠、使用方便的特點，是一套實用性很強(qiáng)的亞跨超風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明滾轉(zhuǎn)臂組件的放大視圖；

圖3為本發(fā)明上下平移運動示意圖；

圖4為本發(fā)明大攻角運動示意圖；

圖5為風(fēng)洞坐標(biāo)系與模型坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明做詳細(xì)說明，本發(fā)明一種多自由度的亞跨超聲速風(fēng)洞大攻角機(jī)構(gòu)，如圖1所示，包括前臂組件、后臂組件、框架2、位置傳感器3；框架2為整個機(jī)構(gòu)的安裝基礎(chǔ)；所述的前臂組件和后臂組件組成結(jié)構(gòu)相同，均包括伺服電機(jī)11、齒輪副12、滾珠絲杠13、滾動導(dǎo)軌14及相應(yīng)的臂(前臂15、后臂17)；滾動導(dǎo)軌14的滑塊固連在框架2上，前臂15、后臂17分別與其對應(yīng)組件中的滾動導(dǎo)軌固連，前臂位于迎風(fēng)面，后臂組件中的滾動導(dǎo)軌長度大于前臂組件中的滾動導(dǎo)軌長度。前臂15與后臂17之間可通過連接導(dǎo)軌16連接；連接導(dǎo)軌16的軌道與前臂15連接，連接導(dǎo)軌16的滑塊與后臂17連接，使后臂17的一端由懸臂梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為簡支梁結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了后臂17的剛度，使后臂17的結(jié)構(gòu)更加輕巧堅固。伺服電機(jī)11、齒輪副12、滾珠絲杠13和滾動導(dǎo)軌形成的直線運動機(jī)構(gòu)帶動前后臂上下運動，前臂15的下端通過鉸鏈軸與模型支桿座連接，后臂17的下端與小臂18一端鉸接，小臂18的另一端與模型支桿座鉸接；試驗時，根據(jù)待試驗攻角，控制兩臺伺服電機(jī)分別轉(zhuǎn)動帶動前臂和后臂上下運動，當(dāng)前臂和后臂的上下運動速度一致時，實現(xiàn)模型支桿的平動，兩臺位置傳感器分別用于敏感前臂、后臂的位移，將敏感的位移輸出至外部，外部根據(jù)位移結(jié)合待試驗攻角實現(xiàn)對伺服電機(jī)的閉環(huán)控制。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還包括安裝在框架上的限位開關(guān)，通過上下兩個不同位置的限位開關(guān)，防止前臂、后臂撞擊風(fēng)洞上壁板和下壁板。限位開關(guān)采用非接觸式的霍爾式電磁開關(guān)元件，避免了接觸式開關(guān)反復(fù)開關(guān)造成的設(shè)備損壞，具有可靠性高的特點。

位置傳感器3采用電位計，本例中采用拉線式電位計；位置傳感器3的基座固定在框架2上，位置傳感器的拉線與前臂15、后臂17連接.

本發(fā)明還包括安裝在模型支桿座上的滾轉(zhuǎn)臂組件6，滾轉(zhuǎn)臂組件帶動模型支桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動，利用機(jī)構(gòu)的攻角、滾轉(zhuǎn)角的位置耦合，得到安裝在模型支桿前端模型的攻角、側(cè)滑角姿態(tài)。具體如圖2所示，滾轉(zhuǎn)臂組件6包括滾轉(zhuǎn)接頭61、齒輪副Ⅰ62、伺服電機(jī)Ⅰ63、滾針軸承64、引線保護(hù)管65，模型支桿座66、轉(zhuǎn)軸67；伺服電機(jī)Ⅰ63的轉(zhuǎn)動通過齒輪副Ⅰ62傳遞至滾轉(zhuǎn)接頭61使其轉(zhuǎn)動，控制模型的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)，達(dá)到滾轉(zhuǎn)角度范圍為-180°～180°；滾轉(zhuǎn)接頭61尾部插在模型支桿座66內(nèi)部空腔內(nèi)，通過滾針軸承64約束，前端與模型支桿連接。伺服電機(jī)Ⅰ63安裝在滾轉(zhuǎn)接頭61的下方，從而將減弱了伺服電機(jī)對模型測量參數(shù)信號的電磁干擾，有利于獲得準(zhǔn)確的模型測量參數(shù)。

本發(fā)明還可設(shè)計齒輪副Ⅰ62兩個齒輪之間的距離可調(diào)節(jié)，從而避免了加工誤差、磨損造成的齒形變位等因素導(dǎo)致的齒輪副回差較大，將回轉(zhuǎn)誤差控制在風(fēng)洞試驗所要求的角度精度控制范圍內(nèi)。

前臂15與后臂17、小臂18、模型支桿座66形成了基本的四連桿機(jī)構(gòu)。控制前臂15與后臂17同向運動且速度一致，則小臂18與模型支桿座66的相對位置和角度關(guān)系不發(fā)生變化，模型的運動軌跡為上下平動，此功能用以實現(xiàn)風(fēng)洞模型在試驗段流場均勻區(qū)內(nèi)的上下平動，達(dá)到躲避試驗段激波、頭部反射激波等對彈翼、尾舵、測量翼、測量舵影響的目的，如圖3示意；

控制前臂15與后臂17同向運動而速度不一致【一般為前臂15速度慢、后臂17速度快】，則小臂18與模型支桿座66的相對位置和角度關(guān)系發(fā)生變化，模型的運動軌跡為上下擺動，此功能用以實現(xiàn)風(fēng)洞模型的攻角，攻角范圍能達(dá)到-10°～65°，如圖4示意。也可采用平動與差動的各種組合控制方案，依據(jù)試驗需要確定。

本發(fā)明通過攻角機(jī)構(gòu)改變模型支桿在鉛垂面內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度α_m，通過滾轉(zhuǎn)接頭自動改變模型的滾轉(zhuǎn)角γ，從而在風(fēng)洞試驗中耦合實現(xiàn)攻角α--側(cè)滑角β的試驗狀態(tài)。如圖5所示，模型軸線在縱向平面與風(fēng)洞軸線之間的夾角就是模型的攻角α，在水平面內(nèi)與風(fēng)洞軸線之間的夾角就是模型的側(cè)滑角β，公式為：

Sinα＝cosγ×tanα_m

Sinβ＝sinγ×sinα_m，

本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。