本發(fā)明屬于航空航天風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種多自由度風(fēng)洞大攻角裝置。

背景技術(shù)：

空氣動力學(xué)的研究對航空航天飛行器的研制以及空氣動力學(xué)的發(fā)展起著決定性的作用，而風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)則一直是實(shí)驗(yàn)空氣動力學(xué)研究領(lǐng)域最為重要且有效的手段。

要完成風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，就需要把模型支撐在風(fēng)洞中。風(fēng)洞模型攻角的形式取決于模型的支撐形式，根據(jù)模型試驗(yàn)要求不同，模型支撐形式也有所不同，包括全機(jī)模型的尾撐、腹撐、張線支撐和半模型支撐等。一般情況下，攻角為-10°～25°左右，目前大部分風(fēng)洞都配置有大攻角試驗(yàn)裝置，模型的攻角范圍可達(dá)-90°～110°左右，而張線支撐裝置可實(shí)現(xiàn)攻角在-180°～180°之間任意變化。目前，風(fēng)洞攻角系統(tǒng)的主要發(fā)展方向?yàn)榇蠊ソ羌疤卮蠊ソ恰?/p>

隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，型號研制對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度要求越來越高，老的大攻角裝置從性能到精度已不能滿足試驗(yàn)的需要，因此，需要研制新的大攻角裝置，使其支撐的模型位置精度更高，并具有可靠的重復(fù)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多自由度風(fēng)洞大攻角裝置，該裝置能夠使模型實(shí)現(xiàn)上下、左右兩個自由度的平移運(yùn)動和俯仰、偏航兩個自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并能實(shí)現(xiàn)位置和角度的快速準(zhǔn)確定位和重復(fù)。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種多自由度風(fēng)洞大攻角裝置，包括：橫移機(jī)構(gòu)、偏航機(jī)構(gòu)、攻角機(jī)構(gòu)、主框架、上框架、主支桿、尾支桿、支桿連接桿和第一升降機(jī)；其中，所述橫移機(jī)構(gòu)位于底部；所述偏航機(jī)構(gòu)與所述橫移機(jī)構(gòu)相連接；所述攻角機(jī)構(gòu)與所述偏航機(jī)構(gòu)相連接；所述主框架與所述攻角機(jī)構(gòu)相連接；所述上框架與所述主框架相連接；所述主支桿和所述尾支桿安裝在所述攻角機(jī)構(gòu)上；所述支桿連接桿將所述主支桿和所述尾支桿相連接；所述第一升降機(jī)與所述主框架相連接。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述橫移機(jī)構(gòu)包括底座、升降機(jī)座、第二升降機(jī)和導(dǎo)軌；其中，所述底座安裝在風(fēng)洞上洞壁上；所述導(dǎo)軌與所述偏航機(jī)構(gòu)相連接；所述第二升降機(jī)通過所述升降機(jī)座安裝在所述底座上，所述第二升降機(jī)與所述偏航機(jī)構(gòu)相連接，以帶動所述偏航機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌作左或右的平移運(yùn)動。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述偏航機(jī)構(gòu)包括頂板、底板、銅套、大回轉(zhuǎn)支撐、小齒輪、上軸承座、連接板、電機(jī)、減速機(jī)、減速器輸出軸和連接座；其中，所述底板安裝在所述導(dǎo)軌上，所述大回轉(zhuǎn)支撐的固定端安裝在所述底板上，所述大回轉(zhuǎn)支撐的活動端與所述頂板相連接；所述銅套安裝在所述頂板上，主支桿穿過所述銅套與所述攻角機(jī)構(gòu)連接；所述電機(jī)安裝在所述減速機(jī)上，所述減速機(jī)安裝在所述連接板上，所述連接板和所述上軸承座均固定在所述底板上，所述上軸承座對所述減速器輸出軸進(jìn)行限位支撐，所述小齒輪安裝在所述減速器輸出軸上，與所述大回轉(zhuǎn)支撐齒配合。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述攻角機(jī)構(gòu)包括蝸桿、攻角框架、尾支桿連接桿、蝸輪、配重拉桿、蝸輪轉(zhuǎn)軸、升降機(jī)螺母、轉(zhuǎn)接軸和攻角動力總成；其中，所述攻角框架與所述主框架相連接，所述攻角框架通過所述升降機(jī)螺母與所述第一升降機(jī)連接，所述第一升降機(jī)通過所述升降機(jī)螺母能夠使所述攻角框架進(jìn)行上或下的平移運(yùn)動；所述蝸桿與所述攻角動力總成連接在一起，均安裝在所述攻角框架上，所述蝸輪通過所述蝸輪轉(zhuǎn)軸安裝在所述攻角框架上，所述蝸輪與所述蝸桿配合安裝在一起；所述尾支桿連接桿的一端與所述蝸輪相連接，另一端與所述尾支桿相連接；所述攻角框架的底部孔槽與所述主支桿配合安裝，底部孔槽的中心軸線與所述尾支桿連接桿在同一平面上；所述配重拉桿安裝在所述蝸輪上，用以安裝配重；所述轉(zhuǎn)接軸與所述蝸輪轉(zhuǎn)軸同心連接；所述主支桿、所述尾支桿、所述支桿連接桿和所述尾支桿連接桿形成一個平行四邊形，運(yùn)動時(shí)，攻角動力總成帶動所述蝸桿和所述蝸輪運(yùn)動，進(jìn)而帶動所述尾支桿連接桿轉(zhuǎn)動，從而使所述尾支桿帶動所述支桿連接桿相對主支桿銷孔的軸線轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)攻角的準(zhǔn)確變化。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述主框架包括主框架主體、軸承座總成、導(dǎo)軌總成、小回轉(zhuǎn)底座、滑輪座、升降機(jī)座和小回轉(zhuǎn)支撐；其中，所述主框架主體安裝在所述頂板上，所述軸承座總成安裝在所述主框架主體上，與所述升降機(jī)螺母和所述升降機(jī)座在一條直線上，用以安裝所述第一升降機(jī)；所述導(dǎo)軌總成安裝在所述主框架主體上，用以限制攻角機(jī)構(gòu)的上或下運(yùn)動并提供水平方向的支撐；所述小回轉(zhuǎn)底座安裝在所述主框架主體的上部，與所述小回轉(zhuǎn)支撐的轉(zhuǎn)動端相連接，所述小回轉(zhuǎn)支撐的固定端與所述上框架相連接，所述小回轉(zhuǎn)支撐與所述大回轉(zhuǎn)支撐同心安裝；所述升降機(jī)座安裝在所述主框架主體的上部，用以安裝所述第一升降機(jī)，所述滑輪座安裝在主框架主體的上部兩側(cè)，用以安裝配重。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述上框架包括上框架主體、導(dǎo)軌、連接橫板和斜支梁；其中，所述上框架主體通過所述斜支梁安裝在風(fēng)洞壁上，所述導(dǎo)軌安裝在上框架主體上；所述連接橫板安裝在所述導(dǎo)軌上，并與所述主框架的小回轉(zhuǎn)支撐的固定端連接。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述底座用型鋼焊接而成。

上述多自由度風(fēng)洞大攻角裝置中，所述主框架主體由型鋼焊接而成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明使模型在風(fēng)洞中能實(shí)現(xiàn)上下、左右、俯仰和偏航四自由度的運(yùn)動；偏航角度可實(shí)現(xiàn)360°變化范圍，一次模型安裝俯仰角度可實(shí)現(xiàn)-10°～+90°變化；

(2)本發(fā)明在偏航機(jī)構(gòu)中選用了上下兩個回轉(zhuǎn)支撐，提高了偏航運(yùn)動的精度和整個裝置的剛度；攻角機(jī)構(gòu)采用了平行四邊形原理，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動準(zhǔn)確；

(3)本發(fā)明的整套裝置通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)清晰，其設(shè)計(jì)方案可應(yīng)用于其他不同尺寸的風(fēng)洞中；

(4)本發(fā)明能快速準(zhǔn)確地使模型到達(dá)要求的位置和角度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多自由度風(fēng)洞大攻角裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-1是本發(fā)明的多自由度風(fēng)洞大攻角裝置的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-2是本發(fā)明的多自由度風(fēng)洞大攻角裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(c)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(a)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(b)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(c)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(a)是本發(fā)明的主框架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(b)是本發(fā)明的主框架的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(c)是本發(fā)明的主框架的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(d)是本發(fā)明的主框架的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6(a)是本發(fā)明的上框架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6(b)是本發(fā)明的上框架的又一結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

本發(fā)明是一種應(yīng)用于航空航天風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的大攻角裝置，該裝置能夠使模型實(shí)現(xiàn)上下、左右兩個自由度的平移運(yùn)動和俯仰、偏航兩個自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并能實(shí)現(xiàn)位置和角度的快速準(zhǔn)確定位和重復(fù)。

如圖1、圖1-1和圖1-2所示，該大攻角裝置包括橫移機(jī)構(gòu)1、偏航機(jī)構(gòu)2、攻角機(jī)構(gòu)3、主框架4、上框架5、主支桿6、尾支桿7、支桿連接桿8和第一升降機(jī)9。橫移機(jī)構(gòu)1在最下方，上面依次安裝有偏航機(jī)構(gòu)2、主框架4、上框架5和第一升降機(jī)9，攻角機(jī)構(gòu)3安裝在主框架4上，主支桿6和尾支桿7安裝在攻角機(jī)構(gòu)3上，支桿連接桿8將主支桿6和尾支桿7連接在一起，同時(shí)另一端連接模型。

圖2為本發(fā)明的橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，橫移機(jī)構(gòu)1包括底座10、升降機(jī)座11、第二升降機(jī)12和導(dǎo)軌13。底座10用型鋼焊接而成，安裝在風(fēng)洞上洞壁上，其安裝導(dǎo)軌13的安裝面需加工，以滿足導(dǎo)軌13的安裝要求；導(dǎo)軌13與偏航機(jī)構(gòu)2中的底板15連接；第二升降機(jī)12通過升降機(jī)座11安裝在底座10上，第二升降機(jī)12與偏航機(jī)構(gòu)2中的連接座23連接，以帶動偏航機(jī)構(gòu)2沿導(dǎo)軌13作左右的平移運(yùn)動。

圖3(a)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(c)是本發(fā)明的偏航機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)所示，偏航機(jī)構(gòu)2主要由頂板14、底板15、銅套16、大回轉(zhuǎn)支撐17、小齒輪18、上軸承座19、連接板20、電機(jī)21、減速機(jī)22和連接座23等組成。底板15安裝在橫移機(jī)構(gòu)1的導(dǎo)軌13上，大回轉(zhuǎn)支撐17固定端安裝在底板15上，活動端與頂板14連接；銅套16安裝在頂板14上，主支桿6從此穿過偏航機(jī)構(gòu)2與攻角機(jī)構(gòu)3連接，銅套16對主支桿6起限位支撐作用，減小其變形位移；電機(jī)21安裝在減速機(jī)22上，減速機(jī)22安裝在連接板20上，連接板20和上軸承座19均固定在底板15上，上軸承座19對減速器輸出軸221進(jìn)行限位支撐，小齒輪18安裝在減速器輸出軸221上，與大回轉(zhuǎn)支撐17齒配合。運(yùn)動時(shí)，電機(jī)21帶動減速機(jī)22的減速機(jī)輸出軸221轉(zhuǎn)動，帶動小齒輪18轉(zhuǎn)動，小齒輪18帶動大回轉(zhuǎn)支撐17活動端及頂板14做偏航運(yùn)動。

圖4(a)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(b)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(c)是本發(fā)明的攻角機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)所示，攻角機(jī)構(gòu)3主要由蝸桿24、攻角框架25、尾支桿連接桿26、蝸輪27、配重拉桿28、蝸輪轉(zhuǎn)軸29、升降機(jī)螺母30、轉(zhuǎn)接軸31和攻角動力總成32等組成。攻角框架25與主框架4中的導(dǎo)軌總成35連接，通過升降機(jī)螺母30與第一升降機(jī)9連接，第一升降機(jī)9通過升降機(jī)螺母30可使攻角機(jī)構(gòu)3沿導(dǎo)軌總成35進(jìn)行上下的平移運(yùn)動，導(dǎo)軌總成35不但對攻角機(jī)構(gòu)3起限位作用，同時(shí)還起水平方向的支撐作用；蝸桿24與攻角動力總成32連接在一起，均安裝在攻角框架25上，蝸輪27通過蝸輪轉(zhuǎn)軸29安裝在攻角框架25上，蝸輪27與蝸桿24配合安裝在一起；尾支桿連接桿26安裝在蝸輪27上，另一端與尾支桿7連接，蝸輪27的正下方、攻角框架25的底部孔槽251與主支桿6配合安裝，孔槽251中心軸線與尾支桿連接桿26在同一平面上；見圖1，主支桿6、尾支桿7、支桿連接桿8和尾支桿連接桿26處在一個平行四邊形中，運(yùn)動時(shí)，攻角動力總成32帶動蝸桿24、蝸輪27運(yùn)動，帶動尾支桿連接桿26轉(zhuǎn)動，從而使尾支桿7帶動支桿連接桿8相對主支桿銷孔61的軸線轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)攻角的準(zhǔn)確變化；配重拉桿28安裝在蝸輪27上，用以安裝配重，轉(zhuǎn)接軸31與蝸輪轉(zhuǎn)軸29同心連接，可連接角度傳感器用以檢測角度。

圖5(a)是本發(fā)明的主框架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(b)是本發(fā)明的主框架的又一結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(c)是本發(fā)明的主框架的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(d)是本發(fā)明的主框架的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)和圖5(d)所示，主框架4主要由主框架主體33、軸承座總成34、導(dǎo)軌總成35、小回轉(zhuǎn)底座36、滑輪座37、升降機(jī)座38、小回轉(zhuǎn)支撐39等組成。主框架主體33由型鋼焊接而成，安裝在偏航機(jī)構(gòu)2的頂板14上，軸承座總成34安裝在主框架主體33上，與升降機(jī)螺母30和升降機(jī)座38在一條直線上，用以安裝第一升降機(jī)9；導(dǎo)軌總成35安裝在主框架主體33的四個角上，用以限制攻角機(jī)構(gòu)3的上下運(yùn)動并提供水平方向的支撐；小回轉(zhuǎn)底座36安裝在主框架主體33的上面，與小回轉(zhuǎn)支撐39的轉(zhuǎn)動端連接，小回轉(zhuǎn)支撐39的固定端與上框架5的連接橫板42連接，小回轉(zhuǎn)支撐39與大回轉(zhuǎn)支撐17同心安裝；升降機(jī)座38安裝在主框架主體33的上面，用以安裝第一升降機(jī)9，滑輪座37安裝在主框架主體33上面兩側(cè)，用以安裝配重。

圖6(a)是本發(fā)明的上框架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6(b)是本發(fā)明的上框架的又一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6(a)和圖6(b)所示，上框架5主要由上框架主體40、導(dǎo)軌41、連接橫板42和斜支梁43等組成。上框架主體40通過斜支梁43安裝在風(fēng)洞壁上，導(dǎo)軌41安裝在上框架主體40上，連接橫板42安裝在導(dǎo)軌41上，同時(shí)與主框架4上的小回轉(zhuǎn)支撐39的固定端連接。上框架5的導(dǎo)軌41可限制主框架4左右平移時(shí)的運(yùn)動軌跡，同時(shí)通過連接橫板42、小回轉(zhuǎn)支撐39對主框架4起到支撐作用，提高了偏航運(yùn)動的精度和整個裝置的剛度。

裝置工作描述：如圖1所示，整套裝置安裝在風(fēng)洞上壁，安裝在底座10上的第二升降機(jī)12通過與偏航機(jī)構(gòu)2中的連接座23連接，帶動偏航機(jī)構(gòu)2及其以上機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌13和導(dǎo)軌41作左右方向的平移運(yùn)動；電機(jī)21和減速機(jī)22通過小齒輪18傳動，帶動大回轉(zhuǎn)支撐17及其以上機(jī)構(gòu)做偏航運(yùn)動，同時(shí)小回轉(zhuǎn)支承39也一同轉(zhuǎn)動，并起到限位和支撐作用；第一升降機(jī)9通過升降機(jī)螺母30帶動攻角機(jī)構(gòu)3沿導(dǎo)軌總成35進(jìn)行上下的平移運(yùn)動，導(dǎo)軌總成35不但對攻角機(jī)構(gòu)3起限位作用，同時(shí)還起水平方向的支撐作用；攻角動力總成32帶動蝸桿24、蝸輪27運(yùn)動，帶動尾支桿連接桿26轉(zhuǎn)動，使尾支桿7帶動支桿連接桿8相對主支桿銷孔61的軸線轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)模型攻角的變化。該裝置各自由度運(yùn)動互不干涉，既可同時(shí)運(yùn)動，又可單獨(dú)運(yùn)動。

本發(fā)明使模型在風(fēng)洞中能實(shí)現(xiàn)上下、左右、俯仰和偏航四自由度的運(yùn)動；偏航角度可實(shí)現(xiàn)360°變化范圍，一次模型安裝俯仰角度可實(shí)現(xiàn)-10°～+90°變化；本發(fā)明在偏航機(jī)構(gòu)中選用了上下兩個回轉(zhuǎn)支撐，提高了偏航運(yùn)動的精度和整個裝置的剛度；攻角機(jī)構(gòu)采用了平行四邊形原理，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動準(zhǔn)確；本發(fā)明的整套裝置通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)清晰，其設(shè)計(jì)方案可應(yīng)用于其他不同尺寸的風(fēng)洞中；本發(fā)明能快速準(zhǔn)確地使模型到達(dá)要求的位置和角度。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。