申请/专利权人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所

申请日：2017-11-16

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN107764506B

主分类号：G01M9/06

分类号：G01M9/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2018.03.30#实质审查的生效;2018.03.06#公开

摘要：本发明公开了一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，包括动力机构和能够与天平相连的支杆，顶出爪能够在动力机构的驱动下伸出支杆并撑紧模型尾腔的内壁，在模型尾部内腔与支杆之间形成接触支点，利用接触支点限制模型尾部位移并实现力的传递，使支杆代替天平分担冲击载荷，减小天平过载峰值，从而达到保护天平、提高风洞试验安全可靠性的目的。本发明还提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击方法，在风洞启动、关闭过程以及实验过程中，通过将模型与支杆和顶出机构固定连接，降低天平实际受到的冲击载荷峰值，保护测试设备安全。

主权项：1.一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于：包括动力机构和能够与天平相连的支杆，所述支杆为中空结构，所述支杆的内腔中设置顶出机构，所述顶出机构与所述动力机构传动相连；所述顶出机构包括至少两个顶爪，所述支杆上具有滑动槽，所述顶爪与所述滑动槽滑动连接，所述顶爪能够在所述动力机构的驱动下伸出所述支杆并撑紧模型尾腔的内壁；所述顶出机构还包括丝杠和与所述丝杠相匹配的斜面驱动螺母，所述丝杠与所述斜面驱动螺母螺纹连接，所述斜面驱动螺母具有斜面部，所述顶爪的一端与所述斜面部抵接，所述顶爪的另一端伸入所述滑动槽中，所述丝杠与所述动力机构传动连接；在所述斜面驱动螺母的较小直径一端设置挡块，在所述斜面驱动螺母的另一端设置限位环，以限定所述斜面驱动螺母运动的极限位置；所述支杆的外壁上设置弹簧钢丝并用弹簧钢丝压板压紧，所述弹簧钢丝的位置与所述滑动槽的位置相匹配；所述驱动机构正向旋转带动所述丝杠正向旋转，所述丝杠带动所述斜面驱动螺母向左运动，互成90°的四件所述顶爪受到斜面推动沿滑动槽轴线向所述支杆外伸出，同时压迫所述弹簧钢丝弯曲变形；反向释放动作时，所述丝杠反向旋转，所述丝杠带动所述斜面驱动螺母向右运动，所述顶爪底部端面不再受到所述斜面驱动螺母的斜面推动，所述弹簧钢丝依靠其弹性复位使所述顶爪回弹，所述顶爪底部端面保持与所述斜面驱动螺母的斜面滑动摩擦且沿所述滑动槽轴线逐渐缩回所述支杆内；还包括固定支座，所述固定支座套装于所述支杆的内腔中，所述固定支座为中空结构，所述斜面驱动螺母、所述丝杠设置于所述固定支座的内腔中，所述顶爪穿过所述固定支座与所述滑动槽滑动连接；所述丝杠靠近所述动力机构的一端加装深沟球轴承并用轴承挡圈固定，所述丝杠的另一端加装推力轴承并用压紧螺母压紧，所述压紧螺母与所述固定支座螺纹连接。

全文数据：一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置及方法技术领域[0001]本发明涉及航空航天风洞试验控制技术领域，特别是涉及一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置及方法。背景技术[0002]流体力学方面的风洞实验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与検型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。[0003]暂冲式高速风洞测力试验中，风洞启动与关车过程中，由于流场形成前和退回后的紊乱的气流及激波通过瞬间的冲击载荷会超过天平量程几倍甚至十几倍，对天平设备测量精度及稳定性产生不利影响，严重时甚至会威胁到参试设备的安全。冲击载荷抑制目前有模型投放技术、降速压启动技术、采用防护板或防护罩暂时将模型与气流隔离开等。投放技术和防护罩隔离技术对于大展弦比的试验模型实现技术难度很大，如果针对不同模型特点对投放试验段进行不同的技术改造需要投入成本很高；降速压启动对于冲击载荷降低的效果受到流场建立所需最低总压的限制。也有技术方案使用可去除的柔性支撑使模型尾部与支杆间形成连接，以期能够通过气囊吸收部分冲击载荷能量，但由于天平元件受载荷产生的变形量较小且作用时间短，气垫能够加快振动的收敛但无法大量降低天平承受的冲击载荷峰值，因此，天平的抗载荷冲击能力仍然很不理想。[0004]因此，如何解决现有技术中，暂冲式风洞中天平抗冲击能力不理想的问题，是本领域技术人员亟待解决的。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，缓解暂冲式风洞启动关闭时模型受到气流激励产生非预期的抖动现象，提高暂冲式风洞中天平抗冲击能力和风洞试验的安全可靠性。[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下方案:本发明提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，包括动力机构和能够与天平相连的支杆，所述支杆为中空结构，所述支杆的内腔中设置顶出机构，所述顶出机构与所述动力机构传动相连；[0007]所述顶出机构包括至少两个顶爪，所述支杆上具有滑动槽，所述顶爪与所述滑动槽滑动连接，所述顶爪能够在所述动力机构的驱动下伸出所述支杆并撑紧模型尾腔的内壁。[0008]优选地，所述顶出机构还包括丝杠和与所述丝杠相匹配的斜面驱动螺母，所述丝杠与所述斜面驱动螺母螺纹连接，所述斜面驱动螺母具有斜面部，所述顶爪的一端与所述斜面部抵接，所述顶爪的另一端伸入所述滑动槽中，所述丝杠与所述动力机构传动连接。[0009]优选地，应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置还包括固定支座，所述固定支座套装于所述支杆的内腔中，所述固定支座为中空结构，所述斜面驱动螺母、所述丝杠设置于所述固定支座的内腔中，所述顶爪穿过所述固定支座与所述滑动槽滑动连接。[0010]优选地，所述丝杠靠近所述动力机构的一端加装深沟球轴承并用轴承挡圈固定，所述丝杠的另一端加装推力轴承并用压紧螺母压紧，所述压紧螺母与所述固定支座螺纹连接。[0011]优选地，所述顶爪的数量为四个，四个所述顶爪呈圆周状均布，所述顶爪的轴线与所述丝杠的轴线相垂直，所述顶爪的横截面为矩形。[0012]优选地，所述支杆的外壁上设置弹簧钢丝并用弹簧钢丝压板压紧，所述弹簧钢丝的位置与所述滑动槽的位置相匹配。[0013]优选地，所述动力机构包括顺序相连的电机、减速机和传动杆，所述传动杆与所述丝杠通过万向节相连。[0014]优选地，应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置还包括支架中轴和护套管，所述支架中轴套装于所述护套管的外部，所述护套管套装于所述传动杆的外部，所述护套管与所述传动杆之间加装轴承，所述支架中轴与所述支杆插接连接。[0015]优选地，所述支杆与天平相连的一端设置与天平相匹配的锥形孔。[0016]本发明还提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击方法，包括以下步骤：[0017]步骤一、风洞启动前，顶出机构的顶爪伸出直至与模型内腔的预制位置接触并顶紧模型；[0018]步骤二、流场建立过程中，顶出机构和支杆代替天平分担部分冲击载荷;流场建立后，顶出机构反向动作，顶爪与模型内腔分开，模型与天平处于正常连接状态；[0019]步骤三、测试完成后，模型与顶出机构、支杆再次连接成为整体;风洞关闭过程中，顶出机构和支杆代替天平承担部分冲击载荷；[0020]步骤四、风洞内气流降低至常压稳定状态后，顶爪与模型内腔再次分开，模型与天平回复正常连接的自由状态。[0021]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:本发明的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，包括动力机构和能够与天平相连的支杆，顶出爪能够在动力机构的驱动下伸出支杆并撑紧模型尾腔的内壁，在模型尾部内腔与支杆之间形成接触支点，利用接触支点限制模型尾部位移并实现力的传递，使支杆代替天平分担冲击载荷，减小天平过载峰值，从而达到保护天平、提高风洞试验安全可靠性的目的。本发明还提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击方法，在风洞启动、关闭过程以及实验过程中，通过将模型与支杆和顶出机构固定连接，降低天平实际受到的冲击载荷峰值，保护测试设备安全。附图说明[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0023]图1为本发明应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置的整体剖切结构示意图；[0024]图2为本发明应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置的支杆和顶出机构的放大剖切结构示意图；[0025]其中，1为动力机构，101为电机和减速机，102为传动杆，103为万向节，2为天平，3为支杆，301为滑动槽，4为顶出机构，401为顶爪，402为丝杠，403为斜面驱动螺母，404为轴承挡圈，405为丝杠锁紧螺母，406为压紧螺母，5为固定支座，6为弹簧钢丝，7为弹簧钢丝压板，8为支架中轴，9为护套管。具体实施方式[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有宜他实施例，都属于本发明保护的范围。'[0027]本发明的目的是提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，缓解暂冲式风洞启动关闭时模型受到气流激励产生非预期的抖动现象，提高暂冲式风洞中天平抗冲击能力和风洞试验的安全可靠性。[0028]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0029]请参考图1和图2,图1为本发明应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置的整体剖切结构示意图，图2为本发明应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置的支杆和顶出机构的放大剖切结构示意图。[0030]本发明提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，包括动力机构丨和能够与天平2相连的支杆3,支杆3为中空结构，支杆3的内腔中设置顶出机构4,顶出机构4与动力机构1传动相连。[0031]其中，顶出机构4包括至少两个顶爪401，支杆3上具有滑动槽301，顶爪401与滑动槽301滑动连接，顶爪401能够在动力机构1的驱动下伸出支杆3并撑紧模型尾腔的内壁。[0032]顶爪401能够在动力机构1的驱动下伸出支杆3并撑紧模型尾腔的内壁，在模型尾部内腔与支杆3之间形成接触支点，利用接触支点限制模型尾部位移并实现力的传递，使支杆3代替天平2分担冲击载荷，减小天平2过载峰值，从而达到保护天平2、提高风洞试验安全可靠性的目的。[0033]具体地，顶出机构4还包括丝杠4〇2和与丝杠402相匹配的斜面驱动螺母403，丝杠4〇2与斜面驱动螺母403螺纹连接，斜面驱动螺母4〇3具有斜面部，顶爪401的一端与斜面部抵接，顶爪401的另一端伸入滑动槽3〇1中，丝杠4〇2与动力机构1传动连接。动力机构1带动丝杠402转动，丝杠402转动带动斜面驱动螺母403沿着丝杠402左右移动，斜面驱动螺母403移动过程中，推动顶爪401沿着滑动槽301滑动；如图2所示，当斜面驱动螺母403向右运动时，顶爪401沿着滑动槽301向上运动伸出支杆3外，抵住模型内壁；当斜面驱动螺母403向左运动时，顶爪401沿着滑动槽301向下运动，与模型内壁脱离，为了避免斜面驱动螺母403与顶爪401脱开令顶出机构4失效，在斜面驱动螺母4〇3较小直径一端设置了挡块，挡块与顶爪401相配合，限定了斜面驱动螺母403运动的极限位置，同时在斜面驱动螺母403的另一端设置限位环，配合挡块限定斜面驱动螺母403的运动行程。[0034]另外，应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置还包括固定支座5,固定支座5套装于支杆3的内腔中，固定支座5为中空结构，斜面驱动螺母4〇3、丝杠402设置于固疋叉座5的内腔中，顶爪401穿过固定支座5与滑动槽301滑动连接。固定支座5为丝杠4〇2提供了支撑，同时限定了斜面驱动螺母403的运动轨迹，避免斜面驱动螺母403在支杆3的径向发生较大位移，影响抗冲击装置的正常工作。[0035]更具体地，丝杠402靠近动力机构1的一端加装深沟球轴承并用轴承挡圈4〇4固定，丝杠402的另一端加装推力轴承，加装丝杠锁紧螺母405和压紧螺母4〇6配合，固定推力轴承，丝杠锁紧螺母405和丝杠402螺纹连接，压紧螺母406与固定支座5螺纹连接。[0036]在本具体实施方式中，顶爪401的数量为四个，四个顶爪401呈圆周状均布，顶爪401的轴线与丝杠402的轴线相垂直，当四个顶爪401伸出支杆3时，保证顶爪401能够将模型内壁撑紧，实现支杆3与天平2固定连接，导向槽301的数量和位置与顶爪401相匹配。顶爪401的横截面为矩形，防止顶爪401运动过程中出现转动，提高装置稳定性。[0037]为了防止顶爪401伸出后无法复位，在支杆3的外壁上设置弹簧钢丝6并用弹簧钢丝压板7压紧，弹簧钢丝6的位置与滑动槽301的位置相匹配。动力机构1包括顺序相连的电机和减速机101、传动杆102,传动杆102与丝杠402通过万向节103相连。由于传动距离较长，采用万向节103连接传动杆102和丝杠402,避免因传动轴线长、传动角度偏转导致传动工作无法完成，提高装置整体可靠性。[0038]当需要顶出机构4顶紧模型内腔时，驱动机构1正向旋转带动丝杠402正向旋转，丝杜402带动斜面驱动螺母403向左运动，互成90°的四件顶爪401受到斜面推动沿导向槽301轴线向支杆3外伸出，同时压迫弹簧钢丝6弯曲变形;顶爪401伸出支杆3外接触模型内腔后，传动杆102无法继续转动，电机和减速机101进入力矩保持状态或抱闸锁死状态，此时模型尾部内腔通过顶爪401与支杆3形成刚性连接，模型位移受到限制，模型所受到的一部分载荷通过顶爪401传递给支杆3。反向释放动作时，电机和减速机101反向旋转带动传动杆4反向旋转，传动杆4带动万向节103及丝杠402反向旋转，丝杠402带动斜面驱动螺母403向右运动，顶爪401底部端面不再受到斜面驱动螺母403的斜面推动，弹簧钢丝6依靠其弹性复位使顶爪401回弹，顶爪401底部端面保持与斜面驱动螺母403的斜面滑动摩擦且沿导向槽301轴线逐渐缩回支杆3内；斜面驱动螺母403右移动至限位环后传动杆102无法继续转动，电机和减速机101进入力矩保持状态或抱闸锁死状态，此时模型尾部内腔与顶爪401外端留有足够的间隙，模型在受到载荷作用时仅与天平2测量端刚性连接，模型所有载荷均由天平2承担。[0039]进一步地，应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置还包括支架中轴8和护套管9，支架中轴8套装于护套管9的外部，护套管9套装于传动杆102的外部，护套管9与传动杆1〇2之间加装轴承，支架中轴8与支杆3插接连接。支架中轴8和护套管9为传动杆102提供了支撑，传动杆102通过适配接头与电机和减速机101相连。[0040]更进一步地，支杆3与天平2相连的一端设置与天平2相匹配的锥形孔，使支杆3与天平2连接更便捷，提高试验效率。另外，对于不同尾腔直径的模型，仅需替换接触支撑的部件，加工量小；对于不使用抗冲击装置的风洞试验，拆卸方便，节省时间；本发明的结构布置，令动力机构1远离测量元件及信号线，将动力机构1对测量信号的干扰降至最低。[0041]本发明还提供一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击方法，包括以下步骤：[0042]步骤一、风洞启动前，顶出机构4的顶爪401伸出直至与模型内腔的预制位置接触并顶紧模型，在模型与天平2和支杆3之间增加刚性约束，限制天平发生弹性变形；[0043]步骤二、流场建立过程中，顶出机构4和支杆3代替天平2分担部分冲击载荷;流场建立后，顶出机构4反向动作，顶爪401与模型内腔分开，模型与天平2处于正常连接状态；[0044]步骤二、测试完成后，模型与顶出机构4、支杆3再次连接成为整体;风洞关闭过程中，顶出机构4和支杆3代替天平2承担部分冲击载荷；[0045]步骤四、风洞内气流降低至常压稳定状态后，顶爪401与模型内腔再次分开，模型与天平2回复正常连接的自由状态，模型所有载荷均由天平2承担。[0046]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:包括动力机构和能够与天平相连的支杆，所述支杆为中空结构，所述支杆的内腔中设置顶出机构，所述顶出机构与所述动力机构传动相连；所述顶出机构包括至少两个顶爪，所述支杆上具有滑动槽，所述顶爪与所述滑动槽滑动连接，所述顶爪能够在所述动力机构的驱动下伸出所述支杆并撑紧模型尾腔的内壁。2.根据权利要求1所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述顶出机构还包括丝杠和与所述丝杠相匹配的斜面驱动螺母，所述丝杠与所述斜面驱动螺母螺纹连接，所述斜面驱动螺母具有斜面部，所述顶爪的一端与所述斜面部抵接，所述顶爪的另一端伸入所述滑动槽中，所述丝杠与所述动力机构传动连接。3.根据权利要求2所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:还包括固定支座，所述固定支座套装于所述支杆的内腔中，所述固定支座为中空结构，所述斜面驱动螺母、所述丝杠设置于所述固定支座的内腔中，所述顶爪穿过所述固定支座与所述滑动槽滑动连接。4.根据权利要求3所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述丝杠靠近所述动力机构的一端加装深沟球轴承并用轴承挡圈固定，所述丝杠的另一端加装推力轴承并用压紧螺母压紧，所述压紧螺母与所述固定支座螺纹连接。5.根据权利要求2所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述顶爪的数量为四个，四个所述顶爪呈圆周状均布，所述顶爪的轴线与所述丝杠的轴线相垂直，所述顶爪的横截面为矩形。6.根据权利要求5所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述支杆的外壁上设置弹簧钢丝并用弹簧钢丝压板压紧，所述弹簧钢丝的位置与所述滑动槽的位置相匹配。7.根据权利要求2所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述动力机构包括顺序相连的电机、减速机和传动杆，所述传动杆与所述丝杠通过万向节相连。8.根据权利要求7所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:还包括支架中轴和护套管，所述支架中轴套装于所述护套管的外部，所述护套管套装于所述传动杆的外部，所述护套管与所述传动杆之间加装轴承，所述支架中轴与所述支杆插接连接。9.根据权利要求1所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于:所述支杆与天平相连的一端设置与天平相匹配的锥形孔。10.—种应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击方法，利用权利要求1-9任一项所述的应用于暂冲式风洞中天平的抗冲击装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、风洞启动前，顶出机构的顶爪伸出直至与模型内腔的预制位置接触并顶紧模型；…步骤二、流场建立过程中，顶出机构和支杆代替天平分担部分冲击载荷;流场建立后，顶出机构反向动作，顶爪与模型内腔分开，模型与天平处于正常连接状态；步骤三、测试完成后，模型与顶出机构、支杆再次连接成为整体;风洞关闭过程中，顶出机构和支杆代替天平承担部分冲击载荷；'步骤四、风洞内气流降低至常压稳定状态后，顶爪与模型内腔再次分开，模型与天平回复正常连接的自由状态。

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