一种折叠机翼动力学特性实验装置的制作方法

本实用新型公开了一种用于研究折叠机翼动力学特征的实验装置，属于Z型折叠机翼模态实验技术领域，尤其涉及一种能够模拟可变体飞行器Z型折叠机翼在折叠展开过程中的振动特性的实验装置。

背景技术：

飞行器在设计时，高速飞行和低速飞行对于飞行器的机翼展弦比以及机翼面积等外形设计是两种互相冲突的模式。变体飞行器可通过机翼机身气动外形在飞行状态中的自适应变化，优化自身气动性能，提高飞行器的综合性能，以解决飞机在不同飞行环境和飞行任务下的设计矛盾，该研究是目前航空领域的一大热点。

Z型折叠翼飞行器是一种经典的飞行器变体方案，理论上可以将变体飞行器的概念最优化。但由于Z型折叠机翼在折叠过程中，其惯性特性和刚度特性会发生宏观改变，进而导致其动态稳定性较差。因此，对于其折叠过程中的动态特性的研究可以为实际工程提供重要的理论依据。

现有的折叠机翼实验模型大都只用于风洞实验和静态振动，忽略了动态过程的研究，这很大程度上影响了实验研究的可靠性。本设计不仅可以模拟折叠机翼真实边界条件进行任意折叠角度下的模态实验，也可以通过伺服系统驱动，进行动态过程的振动分析。

技术实现要素：

为了填补Z型折叠机翼在横向激励下的非线性动力学特性的实验研究，以及尽可能模拟机翼边界条件，简化真实机翼复杂的机械结构设计，本实用新型提供了一种用于研究Z型折叠机翼在折叠过程的横向振动的实验装置，该实验装置能够对Z型折叠机翼进行特定的振动以及模态实验。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种折叠机翼动力学特性实验装置，该实验装置包括固定夹具、辅助系统以及传动机构三部分。传动机构由主动系统和从动系统组成，辅助系统由运动约束机构和支撑结构组成。

固定夹具固定于工作台上，辅助系统安装于固定夹具一侧。传动机构与辅助系统中的运动部件相连接，驱动装置固定于固定夹具上。

固定夹具的底座(1)上均布有螺纹孔(2)，通过螺栓连接将固定夹具固定于工作台上；底座主体(4)为H型结构，H型结构的左右两个底座壁板(5)开有相对称的布线槽(6)以及通孔(7)，底部焊接排列肋板组(3)用以保证强度，底座(1)上焊接有支座(8)，支座(8)上开有销孔(9)，销孔(9)与直线伺服电机(10)通过销钉连接固定。

辅助系统由一组互相嵌套的连杆机构组成，悬臂杆(11)用螺栓固定于夹具右侧壁板上，悬臂杆(11)上开有直线导轨a(12)，从动件(24)上的摇杆(15)通过下铰链(16)与悬臂杆(11)互相铰接，摇杆(15)的侧部开有螺孔(17)，摇杆加强筋(13)通过螺孔17与摇杆(15)进行连接。杆(18)通过上铰链(19)与摇杆(15) 铰接，直线导轨b(20)设置在直线导轨a(12)的上层，直线导轨 a(12)与直线导轨b(20)的长度相等，直线导轨b(20)的端部安装有加强筋(14)。

整体结构的最外侧有斜杆(21)通过与直线导轨a(12)和直线导轨b(20)连接，形成“全等三角形”的几何约束，保证悬臂杆(11) 与杆(18)时刻保持平行。

传动装置主动系统中的直线伺服电机(10)用圆锥销a(22)固定在固定夹具上的支座(8)上，电机动子(23)与从动件(24)通过圆锥销b(25)连接。

传动系统的从动机构与辅助系统中从动件(24)通过带法兰螺母(26)连接，并且连杆(27)的两端安装有微型滚子轴承(28)；通过微型滚子轴承(28)，连杆(27)能够在直线导轨a(12)和直线导轨b(20)上来回滑动，在传动机构往复动作时，摇杆(15)绕着下铰链(16)旋转，杆(18)随着摇杆(15)末端的上铰链(19) 运动，并且时刻保持与悬臂杆(11)平行。

在辅助系统中悬臂杆(11)、摇杆(15)和杆(18)上开有数个沉头螺纹孔，通过沉头螺钉(29)在表面覆上一层蒙皮(30)，蒙皮 (30)为铝合金材质。

本实用新型的技术优势是：通过机械设计方法，控制连杆机构尺寸关系，对机构各部件进行运动约束，可以很好地达到要求运动关系。在不影响其运动特性的情况下，减轻了机构重量和加工难度。整个辅助系统和传动机构依靠悬臂杆(11)的支撑作用固定于底座(1) 上，可以模拟飞机机翼固定于飞机机身时的悬臂的边界条件。辅助系统表面的蒙皮(30)模拟飞机机翼表面的航空蒙皮。驱动时采用特定行程的直线伺服系统，利用其承载性能，不仅可以模拟Z型折叠机翼折叠动态过程，还可以模拟Z型折叠机翼固定在任意折叠角度下的静态特征。

附图说明

图1是折叠机翼动力学特性实验装置的装配示意图。

图2是折叠机翼动力学特性实验装置内部框架的装配示意图。

图3是固定夹具的示意图。

图4是辅助系统的装配示意图。

图5是传动系统示意图。

图中：1、底座，2、螺栓孔，3、肋板组，4、底座主体，5、底座壁板，6、布线槽，7、通孔，8、支座，9、销孔，10、直线伺服电机，11、悬臂杆，12、直线导轨a，13、摇杆加强筋，14、加强筋， 15、摇杆，16、下铰链，17、螺孔，18、杆，19、上铰链，20、直线导轨b，21、斜杆，22、圆锥销a，23、电机动子，24、从动件， 25、圆锥销b，26、法兰盘紧定螺母，27、连杆，28、微型滚子轴承， 29、沉头螺钉，30、蒙皮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

一种折叠机翼动力学特性实验装置，该装置包括专用固定夹具 (图3)、辅助系统(图4)以及传动机构(图5)三个部分。

将底座(1)用六角螺栓固定于激振台上，直线伺服电机通过圆锥销a(22)和圆锥销b(25)两端分别固定与支座(8)和从动件(24) 上，将蒙皮(30)覆于连杆机构表面，使用一系列沉头螺钉(29) 固定，将机构通过螺栓连接悬臂杆(11)与底座壁板(5)，使整个装置固定于底座上，模拟悬臂的边界条件。通电驱动直线伺服系统(10)，电机动子(23)进行不同速度的进给与回收运动，整个辅助机构通过从动件(24)和连杆(27)的直线运动，摇杆(15)绕下铰链(16) 进行圆周运动，杆(18)因为斜杆(21)的约束作用，做一种直线和圆周的耦合运动，且始终保持水平。

实施例

底座(1)固定于激振台上，直线伺服电机两端分别固定与支座 (8)和从动件(24)上，将蒙皮(30)覆于连杆机构表面，使用一系列沉头螺钉(29)固定，将机构通过螺栓连接悬臂杆(11)与底座壁板(5)，使整个装置的辅助系统和传动机构都固定于底座上。

辅助系统(图4)中，连杆(27)的两端安装有微型滚子轴承(28)；通过微型滚子轴承(28)，连杆(27)两端可同时在直线导轨a(12) 和直线导轨b(20)上来回滑动，以实现预期运动。为了在保证整个装置的强度的同时最大程度的减轻重量，主要承重的悬臂杆(11)为合金钢，其余各杆件均为铝型材。

传动机构(图5)中直线伺服电机10采用的型号为YNT-03，对应的自动控制器型号为YNK-03-W。

本装置在做振动实验时，需要研究机翼在折叠与展开过程中的横向振动问题，将底座(1)固定于激振台上，辅助系统以及传动机构固定于底座上，通过控制器控制直线伺服电机(10)在行程内往复运动，摇杆(15)绕着下铰链(16)旋转，杆(18)随着摇杆(15) 末端的上铰链(19)运动，并且同时保持与悬臂杆(11)平行。整个装置就可以模拟折叠机翼的展开与折叠动作，并且同时内翼和外翼时刻保持平行。在装置运动过程中，通过激振台施加初始激励，装置发生振动。

本装置在做模态测试实验时，需要机翼在不同的角度下保持静止以研究其不同形状下的振动模态。将底座(1)固定于激振台上，辅助系统以及传动机构固定于底座上，通过控制器控制直线伺服电机(10)运动到指定行程，持续供电，利用伺服系统的承载性能，使得装置辅助系统可以在任意所需位置保持静止，使用激振装置给予一定的初始条件，装置发生自由振动。