基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的制作方法

本发明涉及一种风洞试验六自由度装置，特别涉及一种基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置。

背景技术：

风洞试验六自由度装置是用于风洞中研究风洞中飞行器在特定条件下的静态试验和动态试验，完善分离模拟试验技术。风洞试验六自由度装置(轴向X、侧向Y、升沉Z、俯仰α、偏航β和滚转γ)，它具有较大的运动范围，较高的精度和承载能力，能以最快的速度达到指定的轨迹捕获点位置，同时应尽可能达到风洞试验段截面的任何地方。试验过程中可实时显示和记录模型姿态、系统位移等随时间变化的数据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便并且可靠的基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置，其中该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置包括：

一个X向机构，该X向机构包括：

一个X向基座，该X向基座包括两个第一框架以及两个第二框架，各个该第一框架和各个该第二框架首尾相接，以在各个该第一框架和各个该第二框架之间形成一个第一通道；

两个X向驱动单元，各个该X向驱动单元分别对称地设置于各个该第一框架，并且各个该X向驱动单元分别沿着各个该第一框架的延伸方向延伸；

一个Y向机构，该Y向机构包括：

一个Y向基座，该Y向基座包括两个第三框架以及两个第四框架，各个该第三框架和各个该第四框架首尾相接，以在各个该第三框架和各个该第四框架之间形成一个第二通道，该Y向基座的各个该第三框架分别设置于各个该X向驱动单元，以使各个该X向驱动单元同步地驱动该Y向基座沿着各个该第一框架的延伸方向移动；

两个Y向驱动单元，各个该Y向驱动单元分别对称地设置于各个该第四框架，并且各个该Y向机构分别沿着各个该第四框架的延伸方向延伸；

一个偏航机构，该偏航机构包括：

一个偏航基座，该偏航基座包括两个第五框架以及两个第六框架，各个该第五框架和各个弧形的该第六框架首尾相接，以在各个该第五框架和各个该第六框架之间形成一个第三通道，该偏航基座的各个该第六框架分别设置于各个该Y向机构，以使各个该Y向机构同步地驱动该偏航基座沿着各个该第四框架的延伸方向移动；两个弧形的偏航引导单元，各个该偏航引导单元分别对称地设置于各个该第六框架；其中该偏航基座的该第三通道、该Y向基座的该第二通道和该X向基座的该第一通道相互连通；

一个俯仰升沉机构，该俯仰升沉机构包括：

一个俯仰升沉基座，该俯仰升沉基座同时保持在该偏航基座的该第三通道、该Y向基座的该第二通道和该X向基座的该第一通道；

两个第一驱动单元，各个该第一驱动单元分别对称地设置于该俯仰升沉基座的两侧，并且各个该第一驱动单元分别设置于各个该弧形偏航引导单元，以在各个该第一驱动单元分别沿着各个该偏航引导单元运动时，该俯仰升沉基座在该第三通道、该第二通道和该第一通道内转动；

两个第二驱动单元，各个该第二驱动单元分别对称地设置于该俯仰升沉基座，并且各个该第二驱动单元的延伸方向和各个该第一驱动单元的延伸方向一致；各个该第二驱动单元同步沿着其延伸方向运动时，实现升沉运动，各个该第二驱动单元沿着其延伸方向差动时，实现俯仰运动；

一个滚转机构，该滚转机构包括：

该滚转机构包括两个连接臂以及一个滚筒，各个该连接臂的上端部分别设置于各个该第二驱动单元，各个该连接臂的下端部设置于该滚筒。

作为对本发明的该用于风动试验的俯仰升沉互动式高机动风洞试验装置的进一步优选的实施例，各个该X向驱动单元分别包括两个X向驱动组件、两个X向导轨以及至少四个X向滑块，各个该X向导轨分别对称地设置于该X向基座的该第一框架，并且各个该X向导轨分别沿着各个该X向基座的该第一框架的延伸方向延伸，各个该X向滑块分别可滑动地设置于各个该X向导轨，各个该X向驱动组件分别设置于该X向基座的各个该第一框架，以使各个该X向驱动组件分别驱动各个该X向滑块沿着各个该X向导轨形成的轨道运动，该Y向基座的各个该第三框架分别设置于各个该X向滑块和该X向驱动组件；各个该Y向驱动单元分别包括两个Y向驱动组件、两个Y向导轨以及至少四个Y向滑块，各个该Y向导轨分别对称地设置于该Y向基座的该第四框架，并且各个该Y向导轨分别沿着各个该Y向基座的该第四框架的延伸方向延伸，各个该Y向滑块分别可滑动地设置于各个该Y向导轨，各个该Y向驱动组件分别设置于该Y向基座的各个该第四框架，以使各个该Y向驱动组件分别驱动各个该Y向滑块沿着各个该Y向导轨形成的轨道运动，该偏航基座的各个该第六框架分别设置于各个该Y向滑块和该Y向驱动组件；各个该偏航引导单元分别包括两个偏航引导导轨以及两个齿轮导轨，各个该偏航引导导轨分别对称地设置于该偏航基座的该第六框架的内侧，各个该齿轮导轨分别对称地设置于该偏航基座的该第六框架的外侧；该俯仰升沉基座的两侧分别设置于各个该偏航引导导轨，各个该第一驱动单元分别包括一个第一驱动组件以及一个驱动齿轮，各个该第一驱动组件分别对称地设置于该俯仰升沉基座的两侧，并且各个该驱动齿轮分别连接于各个该第一驱动组件，各个该驱动齿轮分别连接于各个该齿轮导轨，各个该第一驱动组件得以驱动各个该驱动齿轮转动，以在各个该驱动齿轮分别沿着各个该齿轮导轨移动的同时驱动该俯仰升沉基座沿着各个该偏航引导导轨形成的轨道运动，从而使该俯仰升沉基座在该第三通道、该第二通道和该第一通道内转动。

作为对本发明的该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的进一步优选的实施例，各个该俯仰升沉机构的第二驱动单元分别包括两个俯仰升沉驱动组件、两个俯仰升沉导轨以及四个俯仰升沉滑块，各个该俯仰升沉驱动组件、各个该俯仰升沉导轨以及各个该俯仰升沉滑块分别设置于该俯仰升沉基座的两侧，并且各个该俯仰升沉导轨分别沿着该俯仰升沉基座的高度方向延伸，各个该俯仰升沉滑块分别可滑动地设置于各个该俯仰升沉导轨，并且该俯仰升沉驱动组件得以驱动该俯仰升沉滑块沿着该俯仰升沉导轨形成的轨道运动，各个该连接臂的上端部分别设置于各个该俯仰升沉滑块。

作为对本发明的该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的进一步优选的实施例，各个该俯仰升沉驱动组件分别包括两个伺服电机以及两个俯仰升沉向丝杆，各个该俯仰升沉向丝杆分别对称地设置于该俯仰升沉基座的两侧，该俯仰升沉丝杆连接于设置在该俯仰升沉基座的该俯仰升沉伺服电机，以使该俯仰升沉伺服电机驱动该俯仰升沉滑块沿着该俯仰升沉导轨的延伸方向移动。

本发明的该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置优势在于：

该发明提供一种基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置，其中该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置能够适用于风动捕获轨迹试验，保证在外挂物按照比例缩小后，模型和实物的几何形状相似及气流马赫数相同的前提下进行试验。该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置支撑外挂物模型在母机流场中运动，实现外挂物投放轨迹的模拟。另外，该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置满足试验要求的机械结构简单、堵塞度小、机构承载能力大，并且其运动范围大、精度高、响应时间短的需求，并且在悬臂较短的情况下满足高承载能力。

该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置提供一个X向机构、一个Y向机构、一个偏航机构、一个俯仰升沉机构以及一个滚转机构，该偏航机构、该Y向机构和该X向机构相互重叠，以使该偏航机构的第三通道、该Y向驱动单元的第二通道和该X向机构的第一通道相互连通，并允许该俯仰升沉机构同时保持在该第三通道、该第二通道和该第一通道，以使该X向机构、该Y向机构、该偏航机构和该俯仰升沉机构形成内嵌式结构，从而使该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的结构紧凑，以减少该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的体积。并且在有限的空间内，增加该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的刚度和扩大工作空间。

另外，该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的俯仰升沉运动通过两根等长的连接臂和设置于各个该连接臂的下端部的一个滚筒形成，相对于传统的调节六自由度装置来说，减少了一套机构，以使该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的尺寸小巧、运动灵活，并降低了风洞阻塞度。该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的六个自由度能够相互独立控制、单独驱动，可避免各个自由度相互耦合时产生的多解和误差，以提高该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的响应速度和运行精度。该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置采用层叠式的串联机构布置，能够实现空间的复用，同时保证流场内的运动部件尽可能少，悬臂短，模型更换方便，有效地降低堵塞度，能够满足高超声速风洞多体分离试验要求，且同时可应用于机床、飞行模拟器、空间对接设备等工业、军事和国防重点领域等。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的立体示意图。

图2是该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的X向机构的立体图。

图3是该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的Y向机构的立体图。

图4是该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的偏航机构的立体图。

图5是该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的俯仰升沉机构和滚转机构的立体图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1至图5，依据本发明的发明精神提供一种基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置，其包括一个X向机构10、一个Y向机构20、一个偏航机构30以及一个俯仰升沉机构40，其中该X向机构10、该Y向机构20、该偏航机构30和该俯仰升沉机构40采用内嵌式结构，以使该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置的体积小巧、结构紧凑，并且可靠性高，以使该基于俯仰升沉互动式的高机动风洞试验装置能够广泛地应用于机床、飞行模拟器、空间对接设备等工业、军事和国防重点领域等。

如图1和图2，该X向机构10包括一个X向基座11以及两个X向驱动单元12。该X向基座11包括两个第一框架111以及两个第二框架112，各个该第一框架111和各个该第二框架112首尾相接，以在各个该第一框架111和各个该第二框架112之间形成该X向基座11的一个第一通道113，各个该X向驱动单元12分别对称地设置于各个该第一框架111，并且各个该X向驱动单元12分别沿着各个该第一框架111的延伸方向延伸。

优选地，各个该第一框架111相互平行，各个该第二框架112相互平行，从而当各个该第一框架111和各个该第二框架112首尾相接时，形成一个矩形的框架结构，即，该X向基座11是一个框架结构。值得一提的是，各个该第一框架111沿着X方向延伸，以使各个该X向驱动单元12能够驱动该Y向机构20沿着X方向运动。

如图1和图3，该Y向机构20包括一个Y向基座21以及两个Y向驱动单元22。该Y向基座21包括两个第三框架211以及两个第四框架212，各个该第三框架211和各个该第四框架212首尾相接，以在各个该第三框架211和各个该第四框架212之间形成该Y向基座21的一个第二通道213，该Y向基座21的各个该第三框架211分别设置于各个该X向驱动单元12，以使各个该X向驱动单元12同步地驱动该Y向基座21沿着各个该第一框架111的延伸方向移动。也就是说，各个该X向驱动单元12能够同步地驱动该Y向基座21沿着X方向移动。各个该Y向驱动单元22分别对称地设置于各个该第四框架212，并且各个该Y向驱动单元22分别沿着各个该第四框架212的延伸方向延伸。

优选地，各个该第三框架211相互平行，各个该第四框架212相互平行，从而当各个该第三框架211和各个该第四框架212首尾相接时形成一个矩形的框架结构，及，该Y向基座21是一个框架结构。值得一提的是，各个该第三框架211沿着X方向延伸，各个该第四框架212沿着Y方向延伸，从而设置于各个该第四框架212的各个该Y向驱动单元22沿着Y方向延伸，以使各个该Y向驱动单元22能够驱动该偏航机构30沿着Y方向移动。

如图1和图4，该偏航机构30包括一个偏航基座31以及两个弧形的偏航引导单元32。该偏航基座31包括两个第五框架311以及两个第六框架312，各个该第五框架311和各个弧形的该第六框架312首尾相接，以在各个该第五框架311和各个该第六框架312之间形成该偏航基座31的一个第三通道313，该偏航基座31的各个该第六框架312分别设置于各个该Y向驱动单元22，以使各个该Y向驱动单元22同步地驱动该偏航基座31沿着各个该第四框架212的延伸方向移动。各个该偏航引导单元32分别对称地设置于各个该第六框架312，并且各个该偏航引导单元32的弧度和各个该第六框架312的弧度一致。

值得一提的是，该偏航基座31的该第三通道313、该Y向基座21的该第二通道213和该X向基座11的该第一通道113相互连通。

如图1和图5，该俯仰升沉机构40包括一个俯仰升沉基座41、两个第一驱动单元42、两个第二驱动单元43以及一个滚转机构44。该俯仰升沉基座41同时保持在该偏航基座31的该第三通道3113、该Y向基座21的该第二通道213和该X向基座11的该第一通道113。各个该第一驱动单元42分别对称地设置于该俯仰升沉基座41的两侧，并且各个该第一驱动单元42分别设置于各个该偏航引导单元32，以在各个该第一驱动单元42分别沿着各个该偏航引导单元32运动时，该俯仰升沉基座41在该第三通道313、该第二通道213和该第一通道113内转动。各个该第二驱动单元43分别对称地设置于该俯仰升沉基座41，并且各个该第二驱动单元43的延伸方向和各个该第一驱动单元42的延伸方向一致。该滚转机构44包括两个连接臂441以及一个滚筒442，各个该连接臂441的上端部分别设置于各个该第二驱动单元43，各个该连接臂441的下端部设置于该滚筒442。该连接臂441带动该滚筒442进行俯仰运动和升沉运动。

进一步地，各个该X向驱动单元12分别包括一个X向驱动组件121、一个X向导轨122以及至少一个X向滑块123，各个该X向导轨122分别对称地设置于该X向基座11的该第一框架111，并且各个该X向导轨122分别沿着各个该X向基座11的该第一框架111的延伸方向延伸，各个该X向滑块123分别可滑动地设置于各个该X向导轨122，各个该X向驱动组件121分别设置于该X向基座11的各个该第一框架111，以使各个该X向驱动组件121分别驱动各个该X向滑块123沿着各个该X向导轨122形成的轨道运动，该Y向基座21的各个该第三框架211分别设置于各个该X向滑块123和该X向驱动组件121。优选地，一个该X向导轨122上分别设置有三个该X向滑块123。

类似地，各个该Y向驱动单元22分别包括一个Y向驱动组件221、一个Y向导轨222以及至少一个Y向滑块223，各个该Y向导轨222分别对称地设置于该Y向基座21的该第四框架213，并且各个该Y向导轨222分别沿着各个该Y向基座21的该第四框架212的延伸方向延伸，各个该Y向滑块223分别可滑动地设置于各个该Y向导轨222，各个该Y向驱动组件221分别设置于该Y向基座21的各个该第四框架212，以使各个该Y向驱动组件221分别驱动各个该Y向滑块223沿着各个该Y向导轨222形成的轨道运动，该偏航基座31的各个该第六框架312分别设置于各个该Y向滑块223和该Y向驱动组件221。优选地，一个该Y向导轨222上设有三个该Y向滑块223。

各个该偏航引导单元32分别包括一个引导导轨321以及一个齿轮导轨322，各个该引导导轨321分别对称地设置于该偏航基座31的该第六框架312的内侧，各个该齿轮导轨322分别对称地设置于该偏航基座31的该第六框架312的外侧。该俯仰升沉基座41的两侧分别设置于各个该引导导轨321，各个该第一驱动单元42分别包括一个第一驱动组件421以及一个驱动齿轮422，各个该第一驱动组件421分别对称地设置于该俯仰升沉基座41的两侧，并且各个该驱动齿轮422分别连接于各个该第一驱动组件421，各个该驱动齿轮421分别连接于各个该齿轮导轨322，各个该第一驱动组件421得以驱动各个该驱动齿轮422转动，以在各个该驱动齿轮422分别沿着各个该齿轮导轨322移动的同时驱动该俯仰升沉基座41沿着各个该引导导轨321形成的轨道运动，从而使该俯仰升沉基座41在该第三通道313、该第二通道213和该第一通道113内转动。

进一步地，如图1和图2，各个该X向驱动组件121分别包括一个X向伺服电机1211、一个X向丝杆1212以及一个X向丝杆螺母1213，该X向伺服电机1211，该X向丝杆1212和该X向丝杆螺母1213分别设置于该第一框架111，并且该X向丝杆1212连接于该X向伺服电机1211，该X向丝杆螺母1213设置于该X向丝杆1212，该X向丝杆螺母1213连接于该Y向基座211，以使该X向伺服电机1211驱动该X向丝杆1212和该X向丝杆螺母1213带动该Y向基座21沿着该X向导轨122运动。类似地，如图1和图3，各个该Y向驱动组件221分别包括一个Y向伺服电机2211、一个Y向丝杆2212以及一个Y向丝杆螺母2213，该Y向伺服电机2211、该Y向丝杆2212和该Y向丝杆螺母2213分别设置于该第四框架212，并且该Y向丝杆2212连接于该Y向伺服电机2211，该Y向丝杆螺母2213设置于该Y向丝杆2212，该Y向丝杆螺母2213连接于该偏航基座311，以使该Y向伺服电机2211驱动该Y向丝杆2212和该Y向丝杆螺母2213带动该偏航基座31沿着Y向导轨222运动。

具体地说，该X向运动机构10通过该X向基座11和两套X向驱动单元12来实现，该X向驱动单元12是由该X向伺服电机1211驱动该X向丝杆1212及该X向丝杆螺母1213带动该Y向基座211沿该X向导轨122运动来实现的，其中该X向基座11固定，且该X向基座11为一个内空的矩形箱体，为其让五自由度机构提供安转隔阂运动空间。在该X向基座11的两侧，分别安装两个该X向驱动单元12，将两根该X向导轨122布置在该X向基座11的内侧，相应的该X向丝杆1212安装在该X向导轨122旁边，两根该X向丝杆1212布置在该X向基座11的外侧。每根该X向导轨122上安装三个该X向滑块，每根该X向丝杆1212上安装一个该丝杆螺母1213。该X向伺服电机1211带动该X向丝杆1212转动，带动其上的该丝杆螺母1213运动，该丝杆螺母1213和该Y向基座21固定连接，以带动该Y向基座21沿着X向运动。

该Y向运动单元20由固定在该Y向基座21上的两套该Y向驱动单元22来实现的，该Y向驱动单元22由固定在该Y向基座21上的两套Y向驱动组件组成的，由该Y向伺服电机2211驱动该Y向丝杆2122带动偏航基座31沿着该Y向导轨222运动来实现Y向运动的。该Y向基座21属于内空的矩形箱体，在该Y向基座21沿Y方向放置两组该Y向驱动单元22，两根该Y向导轨222平行安装在该Y向基座21的内侧，两个该Y向丝杆2122安装在该Y向导轨222的旁边，每根该Y向导轨222上分别安装两个该Y向滑块123，每根该Y向丝杆2122上安装一个该Y向丝杆螺母2213。该Y向丝杆螺母2213与该偏航基座31固定连接，当该Y向丝杆螺母2213沿着该Y向丝杆2122运动时，该偏航基座31沿Y向移动。该偏航基座31包括两个偏航滑块314，各个该偏航滑块314分别一体地延伸于各个该第六框架312的下侧，各个该偏航滑块314分别可滑动地设置于各个该Y向丝杆2212。

优选地，各个该X向丝杆1212分别对称地设置于该X向基座11的各个该第一框架111的外侧，各个该X向导轨122分别对称地设置于该X向基座11的各个该第一框架111的内侧，各个该Y向丝杆2212分别对称地设置于各个该Y向基座21的各个该第四框架212的外侧，各个该Y向轨道222分别对称地设置于该Y向基座21的各个该第四框架212的内侧。

如图1和图5，各个该第二驱动单元43分别包括一个俯仰升沉驱动组件431、一个俯仰升沉导轨432以及一个俯仰升沉滑块433，各个该俯仰升沉驱动组件431、各个该俯仰升沉导轨432以及各个该俯仰升沉滑块433分别设置于该俯仰升沉基座41的两侧，并且各个该俯仰升沉导轨432分别沿着该俯仰升沉基座41的高度方向延伸，各个该俯仰升沉滑块433分别可滑动地设置于各个该俯仰升沉导轨432，并且该俯仰升沉驱动组件421得以驱动该俯仰升沉滑块433沿着该俯仰升沉导轨432形成的轨道运动，各个该连接臂441的上端部分别设置于各个该俯仰升沉滑块433。进一步地，各个该俯仰升沉驱动组件431分别包括一个俯仰升沉伺服电机4311以及一个俯仰升沉丝杆4312，各个该俯仰升沉丝杆4312分别对称地设置于该俯仰升沉基座41的两侧，并且各个该俯仰升沉丝杆4312上分别设置一个与该俯仰升沉滑块433固定连接的螺母，该俯仰升沉丝杆4312连接于设置在该俯仰升沉基座41的该俯仰升沉伺服电机4311，以使该俯仰升沉伺服电机4311驱动该俯仰升沉滑块433沿着该俯仰升沉导轨432的延伸方向移动。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。