基于虚拟飞行试验模型的低阻尼三自由度支撑装置的制作方法

本发明涉及一种基于虚拟飞行试验模型的低阻尼三自由度支撑装置。

背景技术：

风洞虚拟飞行试验技术是上世纪末美国提出的一种先进的风洞试验和评估技术，该技术提供一种在风洞中对飞行控制系统设计进行评估和验证的方法，使得控制系统设计和气动特性研究并行开展，在研究初期发现控制系统存在的问题，从而大大降低飞行试验的风险，缩短研发周期。该技术能安全有效地评估非定常气动力对飞行器飞行品质和飞行控制系统的影响，被称为是风洞试验与飞行试验之间的桥梁。

虚拟飞行试验要求模型在角度自由状态下通过操纵面的动作，产生气动力，控制模型姿态按照要求进行运动，试验的目的是建立一种气动/运动/控制一体化的研究手段，试验系统可进行模型气动力参数的辨识、飞行控制律的验证以及各种机动运动形式的验证等。

风洞虚拟飞行试验离不开支撑系统，支撑系统是保证试验结果可信度的基础和关键。试验需要将飞行器模型安装在具有旋转自由度的专用支撑装置上以实现自由俯仰、偏航、滚转，较为逼真的模拟飞行器机动运动过程从而实现虚拟“飞行”。

传统的风洞试验模型支撑装置通常采用串联机构，其机构自由度的数量取决于相应移动轴和旋转轴的数量，其重量大，运动范围调节困难，阻尼大。

技术实现要素：

基于以上不足之处，本发明提供一种基于虚拟飞行试验模型的低阻尼三自由度支撑装置，使虚拟飞行试验模型实现俯仰、滚转、偏航三个方向的自由耦合转动，从而保证虚拟飞行风洞试验数据精度。

本发明的技术解决方案是：一种基于虚拟飞行试验模型的低阻尼三自由度支撑装置，包括由自由滚转运动副、自由俯仰运动副和自由偏航运动副，自由滚转运动副通过一对滚转深沟球轴承与自由俯仰运动副的上部两端轴向方向联接，这对滚转深沟球轴承对称布置在自由俯仰运动副两端内，在自由滚转运动副两端均配有与轴一体的滚转轴承端盖以及滚转轴承调整垫片，采用螺钉固定，保证模型在自由滚转运动时滚转深沟球轴承的正常旋转；自由俯仰运动副径向方向通过一对俯仰深沟球轴承与自由偏航运动副联接，这对俯仰深沟球轴承对称布置在自由偏航运动副上端凹槽内，自由俯仰运动副两端均配有与轴一体的俯仰轴承端盖以及俯仰轴承调整垫片，采用螺钉固定，保证模型在自由俯仰运动时俯仰深沟球轴承的正常旋转；自由偏航运动副下端的轴向装有一对偏航深沟球轴承，两偏航深沟球轴承之间配有轴套，外部套有偏航运动轴承安装座，在自由偏航运动副的底端与具有凹槽的锁紧螺帽接触，锁紧螺帽上端环向配有调整垫圈，底部采用螺钉锁紧固定，外部套有偏航运动轴承端盖，偏航运动轴承端盖的上部环向采用螺钉与偏航运动轴承安装座联接，下端作为直口与偏航支杆联接。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的自由滚转运动副的四个内拐角处对称布置了四个调节滚转角度的滚转限位螺钉，可根据实际试验要求调节或限制滚转运动的最大角度。

2、所述的自由俯仰运动副的轴套下端径向对称布置了两个调节俯仰角度的俯仰限位螺钉，可根据实际试验要求调节或限制俯仰运动的最大角度。

3、与自由偏航运动副联接的锁紧螺帽，和外部偏航运动轴承端盖之间留有间隙，同时锁紧螺帽径向具有两对称的凸台。

4、所述的调节偏航运动轴承端盖环向布置有三个偏航限位螺钉，通过调节该三个偏航限位螺钉，即达到所需要调节或限制偏航运动的最大角度。

本发明对于虚拟飞行风洞试验具有很重要的现实意义，是虚拟飞行风洞试验的关键和基础，其应用前景十分广阔。由于采用上述设计方案，可使试验模型实现俯仰、滚转、偏航三个方向的自由耦合转动，同时三自由度可两两锁紧既可以实现模型单自由度的运动功能，又可进行小角度限位以方便模型安装调试。各方向的自由转动通过高精度组合滚转轴承实现，保证其具有较低的运动阻尼。同时该装置对风洞内的流场平滑度影响较小，满足支撑强度要求，具有运动范围可调、重量轻、操作维护方便等优点。

附图说明

图1为本发明装置的上部结构主视剖面图；

图2为本发明装置的下部结构侧视剖面图；

其中，1、自由滚转运动副，2、自由俯仰运动副，3、自由偏航运动副，4、螺钉，5、滚转轴承端盖，6、滚转轴承调整垫片，7、滚转深沟球轴承，8、俯仰限位螺钉，9、俯仰轴承端盖，10、俯仰轴承调整垫片，11、俯仰深沟球轴承，12、偏航深沟球轴承，13、偏航运动轴承安装座，14、轴套，15、调整垫圈，16、锁紧螺帽，17、偏航运动轴承端盖，18是偏航支杆。

具体实施方式

结合说明书附图列举出下述具体实施实例，对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

如图1-2所示，一种基于虚拟飞行试验模型的低阻尼三自由度支撑装置，包括由自由滚转运动副1、自由俯仰运动副2和自由偏航运动副3，自由滚转运动副3上预留与虚拟飞行试验模型主体联接的安装螺孔，自由滚转运动副1通过一对滚转深沟球轴承7与自由俯仰运动副2的上部两端轴向方向联接，这对滚转深沟球轴承7对称布置在自由俯仰运动副2两端内，在自由滚转运动副1两端均配有与轴一体的滚转轴承端盖5以及滚转轴承调整垫片6，采用螺钉固定，保证模型在自由滚转运动时滚转深沟球轴承7的正常旋转；自由俯仰运动副2径向方向通过一对俯仰深沟球轴承11与自由偏航运动副3联接，这对俯仰深沟球轴承11对称布置在自由偏航运动副3上端凹槽内，自由俯仰运动副2两端均配有与轴一体的俯仰轴承端盖9以及俯仰轴承调整垫片10，采用螺钉固定，保证模型在自由俯仰运动时俯仰深沟球轴承11的正常旋转；自由偏航运动副3下端的轴向装有一对偏航深沟球轴承12，两偏航深沟球轴承12之间配有轴套14，外部套有偏航运动轴承安装座13，在自由偏航运动副3的底端与具有凹槽的锁紧螺帽16接触，锁紧螺帽上端环向配有调整垫圈15，底部采用螺钉锁紧固定，外部套有偏航运动轴承端盖17，偏航运动轴承端盖17的上部环向采用螺钉与偏航运动轴承安装座13联接，下端作为直口与偏航支杆18联接。所述的自由滚转运动副1的四个内拐角处对称布置了四个调节滚转角度的滚转限位螺钉。所述的自由俯仰运动副2的轴套下端径向对称布置了两个调节俯仰角度的俯仰限位螺钉8。与自由偏航运动副3联接的锁紧螺帽16，和外部偏航运动轴承端盖17之间留有间隙，同时锁紧螺帽16径向具有两对称的凸台。

自由滚转运动副与虚拟飞行试验模型主体联接，通过一对高精度深沟球轴承与自由俯仰运动副轴向方向联接，当模型在风洞中自由滚转运动时可同时承受径向载荷和轴向载荷，且这两对深沟球轴承对称布置，保证了模型在自由滚转运动时深沟球轴承的正常旋转。同理，自由俯仰运动副径向方向通过一对高精度深沟球轴承与自由偏航运动副径向方向联接，且这两对深沟球轴承对称布置，保证了模型在自由俯仰运动时深沟球轴承的正常旋转。自由偏航运动副在轴向方向通过一组高精度深沟球轴承与偏航支杆联接，实现自由偏航运动。模型在风洞中自由滚转运动时可同时承受径向载荷和轴向载荷。通过控制虚拟飞行试验模型操纵面偏转来控制模型的运动，最终实现风洞试验模型飞行状态的模拟。

自由滚转运动副的四个内拐角处对称布置了四个调节滚转角度的滚转限位螺钉，可根据实际需要调节螺钉位置从而限制滚转角度。同理自由俯仰运动副的轴套下端径向对称布置了两个调节俯仰角度的俯仰限位螺钉，可根据实际需要调节螺钉位置从而调节限制俯仰的角度。与自由偏航运动副联接的锁紧螺帽，和外部偏航运动轴承端盖之间留有间隙，同时其径向具有两对称的凸台。通过调节偏航运动轴承端盖17环向布置的三个偏航限位螺钉，即可达到所需要调节或限制偏航运动的最大角度。

本实施例的三自由度支撑装置已成功应用于某飞机虚拟飞行风洞试验中。本装置具有低阻尼、对风洞流场干扰小、运动范围可调等优点，应用到虚拟飞行风洞试验中运动灵活，安装、拆卸方便。