一种大载荷滚转动导数试验装置的制作方法

本发明涉及一种大载荷滚转动导数试验装置，属于航空气动力风洞特种试验。

背景技术：

1、高速动导数试验是一项特种风洞试验，为了获得飞行器在俯仰、偏航、滚转方向上的动导数系数。目前主流试验过程为强迫飞行器在俯仰、偏航、滚转三个方向上做正弦运动，从而获取三个方向上的动导数。俯仰和偏航运动方向相似，可共用一套试验机构，但滚转方向的正弦运动需绕模型中心线做滚转运动，需另外设计相应机构。

2、高速风洞滚转动导数试验作为一项成熟的试验技术，常规滚转试验装置的结构形式基本为:电机、减速器、连轴器、运动转换部件组合、主振动轴、试验天平、试验模型。为实现模型以一定幅度进行滚转正弦运动，通常运动转换部件主要由偏心滑轮与传动构建组成，偏心滑轮经由电机和减速器进行自转，通过传动构建，带动主振动轴进行左右摆动，从而实现飞行器的正弦运动，电机轴线与主振动轴线之间的距离与偏心滑轮偏心距之间的比值决定了滚转振动的角度幅值。

3、由于滚转风洞试验中结构尺寸的限制，电机轴线与主振动轴线之间的距离不会太大，对现有主力暂冲式直径1.2米的风洞来说，为消除尾支撑的枝杆影响及满足风洞阻塞度等问题，该具体距离通常在50毫米以内。对高速滚转动导数试验来说，滚转振动幅值在1.5°左右，为满足振幅需求就决定了偏心滑轮的偏心距很小，通常低于1.4毫米。由于偏心距尺寸小，存在两个明显的缺陷：运动转换部件尺寸小，刚度弱，在大负载情况下，模型的振动失真度大并且存在进行几次吹风试验后，偏心滑轮损坏的问题；而且由于尺寸小，对加工要求度高，如果整个机构中存在装配间隙，则在运动过程中，间隙的影响量大，典型的是在大载荷下，模型振动幅值明显降低，运动传动过程中，将运动幅值消磨掉了一部分，严重影响试验质量。

4、因此，亟需提出一种大载荷滚转动导数试验装置，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明研发目的是为了解决由于机构整体刚度不足导致的正弦运动不标准的问题，进而提升滚转动导数是试验精度，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种大载荷滚转动导数试验装置，包括支撑套筒、驱动电机、第一联轴器、运动转换组件、减速器、第二联轴器、振动轴、模型支杆和天平，支撑套筒端部安装有模型支杆，支撑套筒内固定安装有驱动电机，驱动电机通过第一联轴器与运动转换组件连接，运动转换组件与减速器的输入端连接，减速器的输出端通过第二联轴器与振动轴一端连接，振动轴另一端穿出模型支杆和天平连接。

4、优选的：所述运动转换组件包括偏心凸轮、转换块和支撑轴承，偏心凸轮一端与驱动电机的输出端通过第一联轴器固定连接，偏心凸轮另一端设置有偏心滑轴，支撑轴承固定安装于支撑套筒内，转换块转动安装于支撑轴承上，转换块一端设置有滑槽，偏心滑轴滑动设置于滑槽内，转换块另一端与减速器的输入端连接。

5、优选的：所述驱动电机通过驱动减速器与第一联轴器固定连接。

6、优选的：所述驱动减速器将驱动电机的转动角速度降速为试验需求角速度，并通过第一联轴器将试验需求角速度转递给运动转换组件；

7、对于运动转换组件，偏心凸轮受驱动减速器带来的圆周运动，带动转换块进行左右摆动呈正弦运动；

8、转换块左右摆动的正弦运动经过减速器，将正弦运动幅值缩减为试验所需要的转动角度，从而带动振动轴进行滚转正弦运动，进而带动模型运动，完成试验过程。

9、优选的：所述减速器的输出端与输入端的转动角角速度比为减速器的减速比n；

10、则减速器的输入端的角速度为：

11、；

12、减速器的输出端的角速度为：

13、；

14、其中使=，，确保试验角速度不变。

15、本发明具有以下有益效果：

16、1.本发明在不额外增加机构尺寸的情况下，大幅提升滚转运动机构的负荷能力，进而提升滚转动导数机构的整体刚度,降低机构对间隙的敏感度，增加机构在滚转方向的自振频率，提升振动稳定性，从而提高试验的测量精准度，满足大载荷滚转动导数试验需求；

17、2.本发明的偏心凸轮的偏心距距离增加，可以降低机构对装配间隙的敏感度，在同等机械加工水平情况下，可以大幅提升机构振动的正弦性，提升试验精度；

18、3.本发明的结构设计简单，在有限的风洞尺寸下，不增加机构尺寸，满足风洞阻塞度要求，将偏心凸轮直接驱动改为间接驱动，减少凸轮受力及损耗，提升机构使用寿命。

技术特征：

1.一种大载荷滚转动导数试验装置，其特征在于：包括支撑套筒（1）、驱动电机（2）、第一联轴器（3）、运动转换组件（4）、减速器（5）、第二联轴器（6）、振动轴（7）、模型支杆（8）和天平（9），支撑套筒（1）端部安装有模型支杆（8），支撑套筒（1）内固定安装有驱动电机（2），驱动电机（2）通过第一联轴器（3）与运动转换组件（4）连接，运动转换组件（4）与减速器（5）的输入端连接，减速器（5）的输出端通过第二联轴器（6）与振动轴（7）一端连接，振动轴（7）另一端穿出模型支杆（8）和天平（9）连接；所述运动转换组件（4）包括偏心凸轮（41）、转换块（42）和支撑轴承（43），偏心凸轮（41）一端与驱动电机（2）的输出端通过第一联轴器（3）固定连接，偏心凸轮（41）另一端设置有偏心滑轴（44），支撑轴承（43）固定安装于支撑套筒（1）内，转换块（42）转动安装于支撑轴承（43）上，转换块（42）一端设置有滑槽（45），偏心滑轴（44）滑动设置于滑槽（45）内，转换块（42）另一端与减速器（5）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种大载荷滚转动导数试验装置，其特征在于：所述驱动电机（2）通过驱动减速器（21）与第一联轴器（3）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种大载荷滚转动导数试验装置，其特征在于：所述驱动减速器（21）将驱动电机（2）的转动角速度降速为试验需求角速度，并通过第一联轴器（3）将试验需求角速度转递给运动转换组件（4）；

4.根据权利要求3所述的一种大载荷滚转动导数试验装置，其特征在于：所述减速器（5）的输出端与输入端的转动角角速度比为减速器（5）的减速比n；

技术总结
一种大载荷滚转动导数试验装置，属于航空气动力风洞特种试验技术领域。本发明包括支撑套筒、驱动电机、第一联轴器、运动转换组件、减速器、第二联轴器、振动轴、模型支杆和天平，支撑套筒端部安装有模型支杆，支撑套筒内固定安装有驱动电机，驱动电机通过第一联轴器与运动转换组件连接，运动转换组件与减速器的输入端连接，减速器的输出端通过第二联轴器与振动轴一端连接，振动轴另一端穿出模型支杆和天平连接。本发明研发目的是为了解决由于机构整体刚度不足导致的正弦运动不标准的问题，进而提升滚转动导数是试验精度，将偏心凸轮直接驱动改为间接驱动，减少凸轮受力及损耗，提升机构使用寿命。

技术研发人员：潘金柱,李海钦,徐明
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17