本實用新型涉及亞跨超聲速風洞的試驗裝置領域，主要是一種具有平移和滾轉功能的風洞大攻角機構。

背景技術：

超機動性、超敏捷性是第四代飛行器的重要戰(zhàn)術性能指標，良好的大攻角氣動性能是第四代飛行器獲得超機動性、超敏捷性的基本條件，而風洞試驗是研究飛行器大攻角氣動性能的重要手段，風洞大攻角試驗技術是一項關鍵的風洞特種試驗技術。另外，現代風洞朝著具有更強的試驗能力、更高的生產效率及更低的運行費用方向發(fā)展，往往要求在一次吹風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、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構配合控制方案實現。

風洞試驗要求模型支撐機構的姿態(tài)位置準確并且具有足夠的剛度和強度、小的阻塞比和較低的流場干擾性能，由于尾支撐結構簡單、通用性好、流場干擾小，因而在各個風洞中應用最為廣泛。尾支撐的一般結構是將內式應變天平安裝在模型腔內，通過支桿與風洞的支架系統(tǒng)連接。采用尾支撐的風洞支架系統(tǒng)常見的有彎刀支架、多連桿支架、側窗支架、關節(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計思路是以實現模型攻角為主要目標，在此基礎上疊加攻角預置功能、側滑角功能、滾轉角功能，來實現風洞試驗所需要的各種模型姿態(tài)。

技術實現要素：

本實用新型的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了具有平移功能的亞跨超風洞大攻角機構。

本實用新型的技術解決方案是：一種具有平移功能的亞跨超聲速風洞大攻角機構，包括大攻角組件、平移組件,大攻角組件采用鉸鏈形式通過轉軸與模型支桿座連接，為模型支桿前端連接的模型提供試驗攻角；所述的平移組件包括上端框、滾珠光杠、滾珠絲杠、活動端框、伺服電機、齒輪副、下端框、位置傳感器；兩個滾珠光杠的光杠軸兩端固連在上端框和下端框上，滾珠光杠的直線軸承安裝在活動端框上，滾珠絲杠的絲杠軸兩端安裝在上端框和下端框上且連接端能夠相互轉動，滾珠絲杠的絲母安裝在活動端框上，伺服電機驅動齒輪副帶動絲杠軸轉動從而驅動絲母平移進而帶動活動端框上下移動，活動端框帶動大攻角組件上下移動；位置傳感器用于敏感活動端框的上下位移，利用該位移信息結合待平移的距離，對伺服電機進行閉環(huán)控制；所述的上端框與下端框之間的距離大于風洞軸線至上駐室頂板的距離。

所述的平移組件還包括配重，通過配重實現伺服電機正反轉時的力矩平衡。

還包括上限位開關和下限位開關、用于防止活動端框撞擊上端框和下端框。

限位開關采用非接觸式的霍爾式電磁開關元件。

所述的位置傳感器采用電位計。

還包括滾轉臂組件，滾轉臂組件帶動模型支桿進行轉動，利用機構的攻角、滾轉角的位置耦合，得到安裝在模型支桿前端模型的攻角、側滑角姿態(tài)。

所述的滾轉臂組件包括滾轉接頭、齒輪副Ⅰ、伺服電機Ⅰ、滾針軸承、引線保護管、模型支桿座、轉軸；伺服電機Ⅰ的轉動通過齒輪副Ⅰ傳遞至滾轉接頭使其轉動；滾轉接頭尾部插在模型支桿座內部空腔內，通過滾針軸承約束，前端與模型支桿連接。

伺服電機Ⅰ安裝在滾轉接頭的下方。

本實用新型與現有技術相比有益效果為：

(1)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，采用了模塊化設計，各個模塊的功能基本獨立，進行簡單的功能疊加就具備了“大攻角+平移+滾轉”的功能。

(2)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，提供了一種繼續(xù)進行功能模塊疊加的平臺，為機構的功能拓展和延伸打下了良好的基礎。

(3)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，集成了大攻角、模型上下移動、變攻角--上下移動的組合運動、自動變滾轉角、耦合實現攻角--側滑角姿態(tài)等功能，適用于亞跨超風洞試驗模型的多種姿態(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。

(4)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，采用多連桿為基礎的結構實現攻角和上下移動，具有結構簡單、拆裝方便、可實現攻角范圍大的優(yōu)點。

(5)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，大攻角組件和平移組件采用了拉線傳感器作為位置反饋，實現了閉環(huán)控制，具有精度高、控制可靠的優(yōu)點。

(6)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，大攻角組件和平移組件采用了非接觸式的限位開關，避免了誤操作造成的機械損壞，具有耐用性好的優(yōu)點。

(7)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，擺臂內的滾轉電機布置在滾轉接頭的下方，減弱了伺服電機對模型測量參數信號的電磁干擾，有利于獲得準確的模型測量參數，具有電磁干擾小的優(yōu)點。

(8)本實用新型一種具有平移和滾轉功能的亞跨超風洞大攻角機構，滾轉電機與滾轉接頭之間的齒輪副距離可調節(jié)，從而避免了加工誤差、磨損造成的齒形變位等因素導致的齒輪副回差較大，具有滾轉精度高的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的總體結構示意圖；

圖2為大攻角組件的結構圖；

圖3為平移組件的結構圖；

圖4為滾轉組件的結構圖；

圖5為上下平移運動示意圖；

圖6為大攻角運動示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實例對本實用新型做詳細說明，本實用新型一種多自由度的亞跨超風洞大攻角機構，如圖1所示，大攻角組件1.0、平移組件2.0，大攻角組件1.0采用鉸鏈形式通過轉軸與模型支桿座連接，為模型支桿前端連接的模型提供試驗攻角；

如圖2所示，控制大攻角組件1.0的伺服電機1.1運動，帶動電機齒輪1.2轉動并傳遞至主動齒輪1.3和主動絲杠1.4，從而帶動前臂1.9上下運動；主動齒輪1.3再帶動從動齒輪1.13及從動絲杠1.14運動，從而帶動后臂1.17上下運動。通過預先設定的主動齒輪1.3與動齒輪1.13的齒數比，前臂1.9與后臂1.17的上下運動即存在固定的速度差【一般為前臂1.9速度慢、后臂1.17速度快】，該速度差引起小臂1.18與滾轉臂組件3.0的相對位置和角度關系發(fā)生變化，模型的運動軌跡為上下擺動，此功能用以實現風洞模型的攻角，攻角范圍為-10°～65°，如圖6示意。其中，配重1.5的作用是為了實現伺服電機1.1正反轉時候的力矩平衡。為了控制前臂1.9只具有垂直方向唯一的自由度，設置滾動導軌1.8，滾動導軌1.8的導軌與前臂1.9的前端面固定，滾動導軌1.8的滑塊與活動端框2.4連接。從動絲杠1.14與后臂1.17之間通過法蘭座1.15連接，當整套裝置安裝在風洞上的時候，需手動微調后臂1.17的姿態(tài)，使模型支桿處于風洞軸線位置時攻角的為0°±0.05°，此時人工搖動手搖把1.10、通過減速機1.11和齒輪1.12傳動，使從動齒輪1.13旋轉，從而帶動從動絲杠1.14和后臂1.17上下移動。

如圖2所示，大攻角組件1.0采用拉線式電位計作為位置傳感器1.16。位置傳感器1.16的基座固定在框架1.7上，拉線與前臂1.9連接。伺服電機1.1通過位置傳感器1.16的位置反饋通過實現攻角的閉環(huán)控制。采用霍爾式電磁開關元件作為限位開關1.6，作為前臂1.9的上下位置限位。

如圖3所示，平移組件2.0包括上端框2.1、滾珠光杠2.2、滾珠絲杠2.3、活動端框2.4、伺服電機2.5、齒輪副2.6、下端框2.7、位置傳感器2.11；平移組件2.0的固定結構是以上端框2.1、下端框2.7、滾珠光杠2.2為基本組件構建的一個框架式結構，運動結構是以伺服電機2.5、齒輪副2.6、滾珠絲杠2.3、滾珠光杠2.2、活動端框2.4為基礎搭建的直線運動平臺，伺服電機2.5的轉動通過齒輪副2.6傳遞至滾珠絲杠2.3，帶動活動端框2.4沿著滾珠光杠2.2的導向上下移動，移動范圍根據風洞和試驗情況設定，平移位置示意見圖5。具體的兩個滾珠光杠2.2的光杠軸兩端固連在上端框2.1和下端框2.7上，滾珠光杠的直線軸承安裝在活動端框2.4上，滾珠絲杠2.3的絲杠軸兩端安裝在上端框2.1和下端框2.7上且連接端能夠相互轉動，滾珠絲杠的絲母安裝在活動端框2.4上，伺服電機2.5驅動齒輪副2.6帶動絲杠軸轉動從而驅動絲母平移進而帶動活動端框上下移動，活動端框帶動大攻角組件上下移動；此時整套機構控制的模型的運動軌跡為上下平移，此功能用以實現風洞模型在試驗段流場均勻區(qū)內的上下平移，達到躲避試驗段激波、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和圖5示意，配重2.8實現伺服電機正反轉時的力矩平衡；

如圖3所示，平移組件2.0采用拉線式電位計作為位置傳感器2.11,用于敏感活動端框的上下位移，其基座固定在下端框2.7上，拉線與活動端框2.4連接。伺服電機2.5通過位置傳感器2.11的位置反饋實現上下平移位置的閉環(huán)控制。采用霍爾式電磁開關元件作為限位開關2.9，2.10，作為活動端框2.4的上下位置限位。所述的上端框與下端框之間的距離大于風洞軸線至上駐室頂板的距離。

本實用新型還包括安裝在模型支桿座上的滾轉臂組件3.0，滾轉臂組件帶動模型支桿進行轉動，利用機構的攻角、滾轉角的位置耦合，得到安裝在模型支桿前端模型的攻角、側滑角姿態(tài)。具體如圖1、4所示，包括滾轉接頭3.1、齒輪副Ⅰ3.2、伺服電機Ⅰ3.3、滾針軸承3.4、引線保護管3.5、模型支桿座3.6、轉軸3.7；伺服電機Ⅰ3.3的轉動通過齒輪副Ⅰ3.2傳遞至滾轉接頭3.1使其轉動，控制模型的滾轉姿態(tài)，達到滾轉角度范圍為-180°～180°；滾轉接頭3.1尾部插在模型支桿座3.6內部空腔內，通過滾針軸承3.4約束，前端與模型支桿連接。伺服電機Ⅰ3.3安裝在滾轉接頭3.1的下方，從而將減弱了伺服電機對模型測量參數信號的電磁干擾，有利于獲得準確的模型測量參數。

本實用新型還可設計齒輪副Ⅰ3.2兩個齒輪之間的距離可調節(jié)，從而避免了加工誤差、磨損造成的齒形變位等因素導致的齒輪副回差較大，將回轉誤差控制在風洞試驗所要求的角度精度控制范圍內。

大攻角組件1.0、平移組件2.0、滾轉臂組件3.0三者的功能基本獨立，即本實用新型可認為是“大攻角+平移+滾轉”功能的簡單疊加，去除三者之間的任何一個組件，仍然可以實現剩余組件的功能，從而為本實用新型的功能簡化、或者功能拓展、或者其他功能的繼續(xù)疊加搭建了一個模塊化的設計平臺，在此平臺上進行的“大攻角+平移+滾轉”及其他組合設計具有良好的功能適應性

本實用新型未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。