一种风洞主动抑振支杆压电陶瓷驱动器预紧方法与流程

本发明属于风洞实验技术领域，涉及一种适用于风洞主动抑振支杆压电陶瓷驱动器预紧方法。

背景技术：

风洞模型试验已经成为飞行器研制开发过程中的重要手段，并将继续在航空航天领域发挥无可替代的作用。合理的风洞试验有助于帮助了解飞行器的空气动力学性能，降低研制的风险和成本。跨声速风洞试验模型通常采用支杆尾撑方式，系统刚度低，进入大攻角试验状态时，在气流脉动载荷作用下，极易产生剧烈低频振动，直接影响模型载荷测量结果的准确性和试验安全性。在模型支杆系统振动的主、被动抑制方法中，采用压电陶瓷驱动器进行主动控制是一种抑振效果较好的方法。如南京航空航天大学的李杰锋，沈星等人发明的专利号为cn201310196950.1“一种主动减振的风洞模型尾支杆结构”和哈尔滨工程大学的杨铁军，黄迪等人发明的申请号为201610817794.x“一种应用于风洞模型振动解藕控制的主动抑振作动机构”分别发明了不同的风洞主动抑振支杆结构，但没有阐述风洞主动抑振支杆压电陶瓷驱动器的安装和预紧方法。

压电陶瓷驱动器的预紧有利于压电陶瓷驱动器的压电驱动力的输出，补偿动态力，由于压电陶瓷驱动器易碎，施加的机械预紧力不可过大。由于风洞试验的特殊环境，压电陶瓷驱动器的安装和预紧还存在风洞主动抑振支杆直径小轴向预紧螺钉孔加工困难，可操作轴向预紧空间小且轴向预紧螺钉孔影响支杆气动外形等问题。

技术实现要素：

本发明所解决的问题是是克服现有技术的缺陷，发明一种风洞主动抑振支杆压电陶瓷驱动器预紧方法，预紧方法通过预紧装置中的斜形预紧块和斜形移动基座的斜面相互移动配合，将较小的径向预紧力转换成较大的轴向预紧力，实现压电陶瓷驱动器的预紧。很好地解决直接轴向预紧的加工问题，保证预紧可靠，施加定量的预紧力，提高压电陶瓷驱动器使用寿命。保证了压电驱动力的输出，补偿了动态力，并解决了风洞主动抑振支杆轴向预紧螺钉孔加工困难，可操作的轴向预紧空间小和轴向预紧螺钉孔影响支杆气动外形等问题。

本发明的技术方案是一种风洞主动抑振支杆压电陶瓷驱动器预紧方法，其特征是，该方法通过预紧装置中的斜形预紧块和斜形移动基座，利用斜面相互移动配合将较小的径向预紧力转换成较大的轴向预紧力，并采用多个压电陶瓷驱动器、应变片和预紧力测量系统，实现施加定量的预紧力；预紧方法的具体步骤如下：

第一步：搭建预紧装置，

预紧装置包括风洞主动抑振支杆1，紧固螺钉2，固定基座3，压电陶瓷驱动器4，斜形移动基座5，预紧螺钉6，斜形预紧块7，应变片8；风洞主动抑振支杆1上加工有压电陶瓷驱动器安装槽101，将固定基座3通过紧固螺钉2紧固安装在压电陶瓷驱动器安装槽101的一端，斜形预紧块7通过预紧块平面702与压电陶瓷驱动器安装槽101另一端配合安装；斜形移动基座5通过移动基座斜面501与预紧块斜面701间隙配合安装在压电陶瓷驱动器安装槽101内，并通过调整两个预紧螺钉6调整斜形预紧块7径向位置进而推动斜形移动基座5在压电陶瓷驱动器安装槽101内滑动；将应变片8贴于压电陶瓷驱动器4表面；

第二步：安装压电陶瓷驱动器，搭建预紧力测量系统；

在搭建好的预紧装置中，安装压电陶瓷驱动器4；先松开两个预紧螺钉6使斜形预紧块7径向移动，斜形移动基座5便可以轴向移动以增大压电陶瓷驱动器4的安装空间，然后将压电陶瓷驱动器4放置于固定基座3和斜形移动基座5之间，调整两个预紧螺钉6，使斜形预紧块7推动斜形移动基座5移动并通过圆形凹槽502和固定基座圆形凹槽301调心定位；将应变片8与预紧力测量系统9连接，调试完成后待用；

第三步：对压电陶瓷驱动器施加定量预紧力；

旋紧两个预紧螺钉6使斜形预紧块7通过相互配合的预紧块斜面701和移动基座斜面501推动斜形移动基座5进而推紧压电陶瓷驱动器4，达到预紧力要求停止旋紧两个预紧螺钉6；预紧力大小通过预紧力测量系统9读取；

第四步：当采用多个压电陶瓷驱动器时，重复上述第一步、第二步和第三步，依次完成所有压电陶瓷驱动器的安装和定量预紧力的施加。

本发明的有益效果是通过斜面相互配合的斜形预紧块和斜形移动基座将较小的径向预紧力转换成较大的轴向预紧力，实现了压电陶瓷驱动器的安装与预紧，保证了压电驱动力的输出，补偿了动态力，并解决了风洞主动抑振支杆轴向预紧螺钉孔加工困难，可操作的轴向预紧空间小和轴向预紧螺钉孔影响支杆气动外形等问题。将应变片贴于压电陶瓷驱动器上，与预紧力测量系统连接构成预紧力测量系统，结合预紧力测量系统反馈的预紧力大小实现定量施加预紧力，保证了安装在风洞主动抑振支杆上的多个压电陶瓷驱动器的预紧力大小相同，防止了施加的预紧力过大使压电陶瓷驱动器遭到破坏。设置两个相同的预紧螺钉，防止压电陶瓷驱动器高频作动过程中斜形预紧块在径向方向上发生微小传动导致预紧不可靠。

附图说明

图1是风洞主动抑振支杆结构外观图，图2是风洞主动抑振支杆的局部剖视图，图3是固定基座3的结构图，图4是斜形移动基座5的结构图，图5是斜形预紧块7的结构图。图中：1‐风洞主动抑振支杆，101‐压电陶瓷驱动器安装槽，2‐紧固螺钉，3‐固定基座，301‐固定基座圆形凹槽，4‐压电陶瓷驱动器，5‐斜形移动基座，501‐移动基座斜面，502‐移动基座圆形凹槽，6‐预紧螺钉，7‐斜形预紧块，701‐预紧块斜面，702‐预紧块平面，8‐应变片，9‐预紧力测量系统。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。

图1是风洞主动抑振支杆结构外观图，图2是风洞主动抑振支杆的局部剖视图。如图1、2所示，实施例的预紧装置包括风洞主动抑振支杆1，紧固螺钉2，固定基座3，压电陶瓷驱动器4，斜形移动基座5，两个相同的预紧螺钉6，斜形预紧块7和应变片8。本实施例中，在风洞主动抑振支杆1上安装有四个压电陶瓷驱动器4，相对应的风洞主动抑振支杆1上设置有四个压电陶瓷驱动器安装槽101、四个固定基座3，四个斜形移动基座5，四个斜形预紧块7及四组预紧螺钉6，实施例中的斜形预紧块7的斜角为15°。

压电陶瓷驱动器的预紧方法具体步骤如下：

第一步：按图1、图2所示，搭建预紧装置。

固定基座3通过紧固螺钉2紧固安装在压电陶瓷驱动器安装槽101一端，斜形预紧块7通过预紧块平面702与压电陶瓷驱动器安装槽101另一端配合安装；斜形移动基座5通过斜形移动基座斜面501与预紧块斜面701配合间隙安装在压电陶瓷驱动器安装槽101内，并可通过调整两个预紧螺钉6调整斜形预紧块7径向位置进而推动斜形移动基座5在压电陶瓷驱动器安装槽101内滑动，使安装于固定基座3与斜形移动基座5之间的压电陶瓷驱动器4能够分别与固定基座圆形凹槽301和移动基座圆形凹槽502配合并调心定位。将4个应变片8分别贴于4个压电陶瓷驱动器4表面。设置两个相同的预紧螺钉6以防止压电陶瓷驱动器4作动过程中斜形预紧块7在径向方向上发生微小传动导致预紧不可靠。

第二步：安装压电陶瓷驱动器，搭建预紧力测量系统。

在搭建好的预紧装置中，安装压电陶瓷驱动器4。先松开两个预紧螺钉6使斜形预紧块7径向移动，斜形移动基座5便可以轴向移动以增大压电陶瓷驱动器4的安装空间，然后将压电陶瓷驱动器4放置于固定基座3和斜形移动基座5之间，调整两个预紧螺钉6，使斜形预紧块7推动斜形移动基座5移动并通过圆形凹槽502和固定基座圆形凹槽301调心定位，参看图3是固定基座3的结构图，图4是斜形移动基座5的结构图，图5是斜形预紧块7的结构图。将应变片8与预紧力测量系统9连接，调试完成后待用。

第三步：对压电陶瓷驱动器施加定量预紧力。

同时旋紧两个预紧螺钉6使斜形预紧块7通过相互配合的预紧块斜面701和移动基座斜面501推动斜形移动基座5进而推紧压电陶瓷驱动器4，达到预紧力要求停止旋紧两个预紧螺钉6；预紧力大小通过预紧力测量系统9读取。

第四步：重复上述第一步、第二步和第三步，依次完成4个压电陶瓷驱动器4的安装和定量预紧力的施加。

预紧装置中的固定基座3和斜形移动基座5分别设置有固定基座圆形凹槽301和斜形移动基座圆形凹槽502，它们与压电陶瓷驱动器4的两端相配合，实现压电陶瓷驱动器调心定位，降低了装配难度，提高了装配精度。