一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统的制作方法
【专利摘要】一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统，涉及飞行器模型。设有飞机模型、杆式六分力天平、前锥套、后锥套、套筒和支杆，飞机模型由牵引绳牵引悬挂，牵引绳的一端通过滑轮连接到绞车电机组件，牵引绳的另一端与支杆相连接，用于悬挂和支撑飞机模型，杆式六分力天平设于飞机模型内，杆式六分力天平与飞机模型同轴，杆式六分力天平的前端通过与前锥套连接，杆式六分力天平的后端通过螺栓与后锥套连接，套筒通过螺栓固连于后锥套上，套筒与杆式六分力天平平行安装，但与杆式六分力天平表面无接触，飞机模型通过螺栓锁定在前锥套上，支杆设于套筒上用于系牵引绳，牵引绳与设于外部基座的滑轮连接。安装简便，通用性强，对流场影响小，试验方便。
【专利说明】—种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行器模型，尤其是涉及具有内置六分力天平的一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统。
【背景技术】
[0002]风洞试验是预测飞行器气动性能，获取飞行器设计所需关键气动参数的最主要的手段之一。风洞试验也是进行空气动力学基础研究和应用研究的主要手段之一，因而具有极其重要的作用。
[0003]在风洞试验中，一般通过六分力天平来获取所需的各种气动载荷数据。其中杆式六分力天平因为结构简单、测量精度高而被广泛应用于气动力参数测量。传统的做法是把杆式六分力天平串联安装于支撑杆，飞机模型再安装在六分力天平端部，即应用最广泛的串联的硬式支撑方式。但串联硬式支撑方式带来无法避免的试验误差，这主要是因为串联的硬式支撑改变了飞机模型的原有设计外型，使得模型在支撑附近的流动偏离设计状态；当用于动态试验时，也使得非定常气动力的作用区域、幅值和频率发生改变，因而造成动导数测量的失真。支撑杆振动则是另一个造成气动导数测量失真的重要因素。
[0004]中国专利CN 30910070056.3公开一种二自由度绳牵引并联机构，该机构包括机架和动平台，其特征在于该机构还包括一个中间支链和两组绳索牵引支链，所述中间支链由两个相互垂直的转动关节铰链组成，且安装在机架和动平台之间的中心位置；所述两组绳索牵引支链结构相同，并以中间支链为中心，十字型安装在支链和动平台中心；每一组绳索牵引支链均由固定在机架上的电机驱动，电机带动绳索经张紧装置和滑轮机构驱动动平台绕所述中间支链转动，实现动平台在两个相互垂直的方向转动。该发明只是实现了动平台二自由度运动的绳牵引控制运动，结构比较简单。该机构的动平台不是飞机模型，也未考虑模型的气动参数测量，不能用于风洞试验。
[0005]中国专利CN 31210086974.7公开一种绳牵引墙壁提升载运并联机构，设计了一种用于建工行业和墙壁维护作业的载运机构。该发明用四组电机驱动四组牵引绳，带动重物沿墙壁上升；机构工作空间大、支撑刚度高、工作性能稳定、机构耗能低。该发明同样无法作为风洞试验的模型支撑。
[0006]中国专利CN 31210552298.8公开一种用于风洞试验的变结构绳牵引并联机器人。设有机架、飞机模型、牵引绳、可动万向铰点；飞机模型被绳牵引实现六自由度运动；可动铰点驱动组件设有可动铰点支座、滚珠丝杠、导轨、支座、电机、联轴器；牵引绳驱动组件设有绳牵引支座、滚珠丝杆、导轨、丝杆轴承支座、电机、联轴器；固定万向铰点和可动万向铰点分别设有深沟狭缝滚轮、万向轴承、轴、锁紧螺母、竖直支座和水平支座。该发明的优势是对空气流场干扰小、试验项目多样化，工作空间大、响应速度快，克服传统硬式风洞支撑方式破坏空气流场、实验项目单一、模型运动空间小、响应速度慢的缺点；结构简单，易于制造和维护。该发明可以实现绳牵引并联机构的在风洞中的静态和动态试验，美中不足的是，该发明并没有提出气动载荷的测量及解算方法，忽略了风洞试验最为关键的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决绳索牵引并联机构在应用于风洞试验时模型气动参数的测量问题，提供结构简单、安装方便、通用性强、对流场干扰小，可推广应用于各种风洞试验中，内置有六分力天平的一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统。
[0008]本发明设有飞机模型、杆式六分力天平、前锥套、后锥套、套筒和支杆，飞机模型由牵引绳牵引悬挂，牵引绳的一端通过滑轮连接到绞车电机组件，牵引绳的另一端与支杆相连接，用于悬挂和支撑飞机模型，杆式六分力天平设于飞机模型内，杆式六分力天平与飞机模型同轴，杆式六分力天平的前端通过与前锥套连接，杆式六分力天平的后端通过螺栓与后锥套连接，套筒通过螺栓固连于后锥套上，套筒与杆式六分力天平平行安装，但与杆式六分力天平表面无接触，飞机模型通过螺栓锁定在前锥套上，支杆设于套筒上，用于系牵引绳，牵引绳与设于外部基座的滑轮连接。
[0009]本发明将套筒由紧固螺栓连接于后锥套，后锥套和杆式六分力天平的后端连接，套筒上设有若干短支杆。短支杆穿过模型飞机壁面预留孔，与牵引绳索相连接，从而完成了杆式六分力天平的固定；另一方面，飞机模型通过前锥套与杆式六分力天平的前端连接，但与套筒和短支杆无接触。在风洞试验中，加载在飞机模型上的气动力和气动力矩传递到杆式六分力天平，引起杆式六分力天平应变片产生形变；应变片形变转换成电信号传递到计算机采集存储，从而完成气动参数的测量；通过控制，改变牵引绳索的长度，可以调整飞机模型的位姿，使其完成六自由度运动，以满足风洞试验对模型运动状态的要求。
[0010]本发明对原本应用于风洞串联支撑系统的杆式六分力天平，经过巧妙设计，应用到了绳牵引并联支撑系统中，从而解决了绳牵引并联支撑系统在风洞试验中气动参数的测量问题。此种方式安装简便、对风洞流场干扰小，可以极大改善绳牵引并联机构在风洞试验中的测量精度，提高了此类风洞试验结果的可用价值。本发明提出的新型绳索牵引并联机构支撑系统在风洞静态及动态试验中的研究进展具有重要的意义。
[0011]本发明具有如下优点:
[0012]1.安装简便。本发明采用模型与杆式六分力天平、杆式六分力天平与套筒及牵引绳索连接的方式，可以方便地实现杆式六分力天平在飞机模型内的安装。
[0013]2.通用性强。对于不同型号的各种杆式六分力天平，只需配以相应的套筒，即可以将其内置于模型，嵌入绳牵引并联支撑系统中，不影响杆式六分力天平原来的测量精度及校准方式。
[0014]3.对流场影响小。相比于传统的支撑方式，最大程度地消除了由于支撑机构的存在改变模型原有的设计外形而对气动参数测量造成误差的不良影响。
[0015]4.试验方便。根据试验要求，通过计算机进行编程，即可控制飞机-天平一体模型进行俯仰、偏航、滚转等旋转及平移运动，实现风洞虚拟飞行，方便地完成静态、动态等各种试验任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1安装图。
[0017]图2为本发明实施例1剖面图。
[0018]图3为图2的关键部件天平组件细节图。
[0019]图4为本发明实施例2安装图。
[0020]图5为本发明实施例2剖面图。
[0021]图6为图5中的关键部件天平组件的细节图。
【具体实施方式】
[0022]以下实施例将对本发明的两种具体设计和安装方式加以说明。
[0023]实施例1
[0024]本发明实施例设有飞机模型1、杆式六分力天平6、前锥套7、后锥套14、套筒12和支杆5，飞机模型I由牵引绳2牵引悬挂，牵引绳2的一端通过滑轮3连接到绞车电机组件4，牵引绳2的另一端与支杆5相连接，用于悬挂和支撑飞机模型1，杆式六分力天平6设于飞机模型I内，杆式六分力天平6与飞机模型I同轴，杆式六分力天平6的前端通过8与前锥套7连接，杆式六分力天平6的后端通过螺栓15与后锥套14连接，套筒12通过螺栓17固连于后锥套14上，套筒12与杆式六分力天平6平行安装，但与杆式六分力天平6表面无接触，飞机模型I通过螺栓10锁定在前锥套7上，支杆5设于套筒12上，用于系牵引绳2，牵引绳2与设于外部基座的滑轮3连接。
[0025]图1为本发明实施例1的示意图。图2为实施例1的剖面图，给出了内置式杆式六分力天平与模型之间关系的细节。
[0026]在图1中，为使模型完成六自由度运动，至少需要七根牵引绳索。飞机模型I由若干牵引绳2牵引悬挂起来。牵引绳2 —端通过滑轮3连接到绞车电机组件4(图1、图4中简化为立方体块)，另一端与飞机模型组件支杆5相连接，起悬挂和支撑飞机模型的作用。为绘图简洁起见，部分绳索与滑轮的连接省略不画。改变牵引绳2的长度，可以调整飞机模型的位姿，以符合风洞试验的要求。
[0027]结合图2与图3，可以方便地了解本发明的设计。图2是本发明实施例1中模型机身与杆式六分力天平的纵向剖面图。图3为实施例1中杆式六分力天平组件的细节图。杆式六分力天平6置于飞机模型I内，两者同轴。与杆式六分力天平6连接的是前锥套7和后锥套14。螺栓8将前锥套7与杆式六分力天平6的前端固连，螺栓15将后锥套14与杆式六分力天平6后端固连。套筒12通过螺栓17固连于后锥套14，与杆式六分力天平6平行安装，与杆式六分力天平6表面无接触，与飞机模型机身也无接触。螺栓10将机身锁定在前锥套7上。机头11插入机身，通过螺钉9将机头11与机身固定。套筒12上设有若干支杆5，用于系牵引绳。为使支杆5伸出机身在机身上预留了直径比支杆大的孔13。支杆的长度及系绳的方法都将以尽量减少对气流干扰为度，而且必须保证支杆5与所系绳都始终与模型呈非接触状态。模型机尾堵头16内的空腔可放置测量模型姿态的惯性系统。为便于安装，模型上半身(背部)设计了一个可掀开的飞机背部盖18。
[0028]牵引绳2连接到外部基座的滑轮3上，从而完成杆式六分力天平组件的固定。当电机驱动绞车工作时，可改变牵引绳的长度。在绳系的牵引下，模型可以完成俯仰、偏航、振荡等各种运动。
[0029]飞机模型所受气动力和气动力矩通过天平前端锥套7传递到杆式六分力天平前端，引起杆式六分力天平应变片形变，将气动力的作用转换成电参数信号，再经计算机采集存储，从而完成数据的采集。整个试验过程中飞机模型I与套筒12之间不接触，支杆5和牵引绳2与飞机也不接触，以保证杆式六分力天平测量的独立性。
[0030]模型机头11、机尾封闭堵头16和模型飞机背部盖18被设计成了可拆卸方式，方便飞机模型内部组件安装及故障检修。
[0031]实施例2
[0032]图4为本发明实施例2的示意图。飞机模型和杆式六分力天平组件的安装固定方式同实施例1。结合图5的实施例剖面图与图6的天平组件细节图，可知，实施例2与实施例I的不同之处是，没有机尾堵头，设于天平后端的后锥套14延设一个伸出机尾的延长空心管19，在延长空心管19上设置了若干小支杆5，用于系牵引绳。
[0033]实施例2是对实施例1的应用拓展。可根据模型外型的气动布局和试验目的要求采用不同的实施例，或采用实施例1的堵头16，或采用实施例2中的加有延长空心管19，改变绳系的布局，从而改变绳牵引并联机构的结构构型，起到支撑和控制飞机模型位姿的作用。
[0034]飞机模型中内置杆式六分力天平，牵引绳索用以支撑模型及六分力天平，并驱动模型进行虚拟飞行的6自由度运动。
[0035]各牵引绳索通过滑轮或滑轮系与绞车、电机等组件连接，由计算机控制电机驱动绞车带动牵引绳索运动并调整绳索长度，从而控制飞机模型进行6自由度的运动，改变模型的位置和姿态。杆式六分力天平外设有平行套筒，并设有前、后连接锥套。所述套筒和天平后端连接锥套可以分别加工，也可以作为一个组合件；所述飞机模型和天平前端连接锥套可以分别加工，也可以作为一个组合件。机头、机尾及机身上部设计成可分解模式，方便模型与天平的安装及故障检修。
【权利要求】
1.一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统，其特征在于设有飞机模型、杆式六分力天平、前锥套、后锥套、套筒和支杆，飞机模型由牵引绳牵引悬挂，牵引绳的一端通过滑轮连接到绞车电机组件，牵引绳的另一端与支杆相连接，用于悬挂和支撑飞机模型，杆式六分力天平设于飞机模型内，杆式六分力天平与飞机模型同轴，杆式六分力天平的前端通过与前锥套连接，杆式六分力天平的后端通过螺栓与后锥套连接，套筒通过螺栓固连于后锥套上，套筒与杆式六分力天平平行安装，但与杆式六分力天平表面无接触，飞机模型通过螺栓锁定在前锥套上，支杆设于套筒上，用于系牵引绳，牵引绳与设于外部基座的滑轮连接。
【文档编号】G01M9/04GK104132795SQ201410392466
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】林麒, 冀洋锋, 江子扬, 王义龙, 彭苗娇 申请人:厦门大学