用于颤振试验的可调间隙装置的制作方法

本发明涉及间隙非线性研究技术领域，尤其涉及一种用于颤振试验的可调间隙装置。

背景技术：

舵面是导弹上的重要操纵面，舵面在与舵机连接时，通常会导致舵面在旋转自由度上具有较大的间隙。由于间隙的存在，可能导致在飞行试验过程中产生极限环振荡，甚至发散。颤振试验时，可以获得翼/舵随着弯曲刚度和扭转刚度的变化规律，澄清设计参数对颤振特性的影响。由于真实的翼/舵系统存在着间隙，应当通过颤振试验获得间隙对结构的颤振特性的影响，澄清间隙对极限环和颤振的影响规律。然而，在现有技术中，无法获取不同间隙大小对颤振特性的影响规律。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于颤振试验的可调间隙装置，能够解决现有技术中无法获取不同间隙大小对颤振特性的影响规律的技术问题。

本发明提供了一种用于颤振试验的可调间隙装置，可调间隙装置包括：基座；旋转刚度弹簧件，旋转刚度弹簧件固定设置在基座上；顶针，顶针固定设置在旋转刚度弹簧件上，顶针包括第一定位环和第一连接段，第一定位环的直径大于第一连接段的直径；固定卡子，固定卡子具有开口端和连接端，固定卡子的开口端用于容纳舵轴，固定卡子的连接端具有容纳孔，顶针的第一连接段位于容纳孔内，第一定位环用于对固定卡子的连接端进行定位，舵轴的轴线方向分别与顶针的轴线方向以及固定卡子的长度方向相垂直；第一紧固组件，第一紧固组件设置在固定卡子的开口端，第一紧固组件用于将固定卡子固定设置在舵轴上；间隙调整环，间隙调整环套设在顶针的第一连接段上且位于固定卡子的容纳孔内，间隙调整环与固定卡子的连接端为间隙配合；第二紧固组件，第二紧固组件套设在顶针的第一连接段上，间隙调整环设置在第一定位环和第二紧固组件之间，第二紧固组件用于紧固间隙调整环以调节间隙调整环的高度，可调间隙装置通过调节间隙调整环的高度以调整舵轴的旋转自由度上的间隙。

进一步地，顶针的第一连接段具有外螺纹，第二紧固组件包括第一螺母，第一螺母与第一连接段螺纹配合，可调间隙装置通过拧紧第一螺母以调节间隙调整环的高度。

进一步地，舵轴的旋转自由度上的间隙δ可根据来获取，其中，h为间隙调整环的高度，h0为固定卡子的的连接端处的高度，δl为间隙调整环的高度方向的变形量，l为容纳孔的中心距离舵轴的轴线方向的距离，m为第一螺母的拧紧力矩，k为扭拉系数，d为第一连接段的螺纹工程直径，p0为第一螺母的拧紧力，a为间隙调整环的截面积，e为间隙调整环的弹性模量。

进一步地，旋转刚度弹簧件具有相连通的第一连接孔和第一定位孔，顶针还包括第二定位环和第二连接段，第二定位环与第一定位孔相配合，第二连接段设置在第一连接孔内，第二连接段具有外螺纹，可调间隙装置还包括第二螺母，第二螺母与第二连接段螺纹配合以将顶针固定设置在旋转刚度弹簧件上。

进一步地，第一连接孔与固定卡子的容纳孔为同轴设置。

进一步地，固定卡子包括固定连接段、第一卡爪和第二卡爪，第一卡爪和第二卡爪平行设置且均与固定连接段连接，第一卡爪和第二卡爪形成开口端，容纳孔设置在固定连接段上。

进一步地，第一紧固组件包括紧固螺钉和第三螺母，紧固螺钉分别穿过第一卡爪和第二卡爪并与第三螺母相配合以将固定卡子固定设置在舵轴上。

进一步地，间隙调整环的截面积为顶针的第一连接段的螺纹面积的1至2倍。

进一步地，可调间隙装置还包括第一垫片，第一垫片设置在第一螺母和间隙调整环之间。

进一步地，可调间隙装置还包括第二垫片和第三垫片，第二垫片设置在第二螺母和旋转刚度弹簧件之间，第三垫片设置在第三螺母和第一卡爪之间。

应用本发明的技术方案，通过第一紧固组件将固定卡子安装在舵轴上，顶针固定在旋转刚度弹簧片上，间隙调整环套在顶针上并穿过固定卡子的容纳腔，通过第二紧固组件将间隙调整环拧紧，该种结构就构成了舵轴旋转(扭转)自由度间隙结构。在此种方式下，通过改变间隙调整环的高度即可达到控制舵轴旋转(扭转)自由度间隙的目的。由于舵面与舵轴为一体设计，因此通过改变间隙调整环的高度也可达到控制舵面旋转(扭转)自由度间隙的目的。采用本发明的技术方案，可以获得可控的结构间隙，实现颤振试验过程中旋转(扭转)自由度间隙的可控性，在非线性颤振试验方面有广阔的应用前景。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于颤振试验的可调间隙装置的剖视图；

图2示出了图1中提供的用于颤振试验的可调间隙装置的a处的局部放大图；

图3示出了图1中提供的用于颤振试验的可调间隙装置的主视图；

图4示出了图1中提供的用于颤振试验的可调间隙装置的俯视图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的用于颤振试验的可调间隙装置的尺寸示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基座；20、旋转刚度弹簧件；21、第一连接孔；22、第一定位孔；30、顶针；31、第一定位环；32、第一连接段；33、第二定位环；34、第二连接段；40、固定卡子；41、固定连接段；42、第一卡爪；43、第二卡爪；50、第一紧固组件；51、紧固螺钉；52、第三螺母；60、间隙调整环；70、第一螺母；80、第二螺母；90、第一垫片；100、第二垫片；110、第三垫片；200、舵轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于颤振试验的可调间隙装置，该可调间隙装置包括基座10、旋转刚度弹簧件20、顶针30、固定卡子40、第一紧固组件50、间隙调整环60和第二紧固组件，旋转刚度弹簧件20固定设置在基座10上，顶针30固定设置在旋转刚度弹簧件20上，顶针30包括第一定位环31和第一连接段32，第一定位环31的直径大于第一连接段32的直径，固定卡子40具有开口端和连接端，固定卡子40的开口端用于容纳舵轴，固定卡子40的连接端具有容纳孔，顶针30的第一连接段32位于容纳孔内，第一定位环31用于对固定卡子40的连接端进行定位，舵轴的轴线方向分别与顶针30的轴线方向以及固定卡子40的长度方向相垂直，第一紧固组件50设置在固定卡子40的开口端，第一紧固组件50用于将固定卡子40固定设置在舵轴上，间隙调整环60套设在顶针30的第一连接段32上且位于固定卡子40的容纳孔内，间隙调整环60与固定卡子40的连接端为间隙配合，第二紧固组件套设在顶针30的第一连接段32上，间隙调整环60设置在第一定位环31和第二紧固组件之间，第二紧固组件用于紧固间隙调整环60以调节间隙调整环60的高度，可调间隙装置通过调节间隙调整环60的高度以调整舵轴200的旋转自由度上的间隙。

应用此种配置方式，通过第一紧固组件将固定卡子安装在舵轴上，顶针固定在旋转刚度弹簧片上，间隙调整环套在顶针上并穿过固定卡子的容纳腔，通过第二紧固组件将间隙调整环拧紧，该种结构就构成了舵轴旋转(扭转)自由度间隙结构。在此种方式下，通过改变间隙调整环的高度即可达到控制舵轴旋转(扭转)自由度间隙的目的。由于舵面与舵轴为一体设计，因此通过改变间隙调整环的高度也可达到控制舵面旋转(扭转)自由度间隙的目的。采用本发明的技术方案，可以获得可控的结构间隙，实现颤振试验过程中旋转(扭转)自由度间隙的可控性，在非线性颤振试验方面有广阔的应用前景。同时本发明的可调间隙装置也可以用于其他间隙结构设计。

进一步地，在本发明中，考虑结构复杂度，可将顶针30的第一连接段32配置为具有外螺纹，第二紧固组件包括第一螺母70，第一螺母70与第一连接段32螺纹配合，可调间隙装置通过拧紧第一螺母70以调节间隙调整环60的高度。应用此种配置方式，通过第一螺母70向间隙调整环60施加不同的作用力以改变间隙调整环60的高度，从而能够实现了旋转(扭转)自由度的可调间隙。在进行颤振研究时，根据不同的间隙状态，能够获得不同间隙状态下的结构响应，得到间隙对颤振特性和极限环特性的影响规律，提高对非线性间隙的认识。

具体地，在本发明中，如图2和图5所示，舵轴200的旋转自由度上的间隙δ可根据来获取，其中，h为间隙调整环60的高度，h0为固定卡子的40的连接端处的高度，δl为间隙调整环60的高度方向的变形量，l为容纳孔的中心距离舵轴的轴线方向的距离，m为第一螺母70的拧紧力矩，k为扭拉系数，d为第一连接段32的螺纹工程直径，p0为第一螺母70的拧紧力，a为间隙调整环60的截面积，e为间隙调整环60的弹性模量。

应用此种配置方式，通过第一螺母70向间隙调整环60施加不同的作用力，能过调节间隙调整环60的高度，根据上述公式，可以获得舵轴200的旋转自由度上的间隙δ。因此，通过使用该装置能够实现旋转自由度的间隙非线性，实现旋转(扭转)自由度间隙非线性对舵面颤振特性的影响规律研究。

进一步地，在本发明中，为了实现顶针30与旋转刚度弹簧件20之间的固定连接，可将旋转刚度弹簧件20配置为具有相连通的第一连接孔21和第一定位孔22，顶针30还包括第二定位环33和第二连接段34，第二定位环33与第一定位孔22相配合，第二连接段34设置在第一连接孔21内，第二连接段34具有外螺纹，可调间隙装置还包括第二螺母80，第二螺母80与第二连接段34螺纹配合以将顶针30固定设置在旋转刚度弹簧件20上。

作为本发明的一个具体实施例，旋转刚度弹簧件20的一端通过螺钉固定设置在基座10上，旋转刚度弹簧件20的另一端上开设有第一连接孔21和第一定位孔22，在进行顶针30的安装时，通过顶针30的第二定位环33与旋转刚度弹簧件20的第一定位孔22相配合，第二连接段34设置在第一连接孔21内，第二螺母80与第二连接段34螺纹配合以将顶针30固定设置在旋转刚度弹簧件20上。

进一步地，在本发明中，为了提高可调间隙装置在进行颤振试验的精度，可将第一连接孔21与固定卡子40的容纳孔配置为同轴设置。

此外，作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，固定卡子40包括固定连接段41、第一卡爪42和第二卡爪43，第一卡爪42和第二卡爪43平行设置且均与固定连接段41连接，第一卡爪42和第二卡爪43形成开口端，容纳孔设置在固定连接段41上。

应用此种配置方式，在进行固定卡子40与舵轴200之间的安装时，固定卡子40通过第一卡爪42和第二卡爪43所形成的开口端套设在舵轴200的外部，然后通过第一紧固组件50进行固定卡子40与舵轴200之间的紧固固定。具体地，在本发明中，第一紧固组件50包括紧固螺钉51和第三螺母52，紧固螺钉51分别穿过第一卡爪42和第二卡爪43并与第三螺母52相配合以将固定卡子40固定设置在舵轴上。

进一步地，在本发明中，为了方便调节间隙，可将间隙调整环60的截面积配置为顶针30的第一连接段32的螺纹面积的1至2倍。作为本发明的一个具体实施例，间隙调整环60为圆管状，其与固定卡子40的容纳孔之间为间隙配合，固定卡子的容纳孔的直径比间隙调整环的外径略大，间隙调整环60的截面积为顶针30的第一连接段32的螺纹面积的1至2倍。在本发明中，由于间隙调整环60具有内孔，且通过内孔套设在顶针30的外部，因此此处所说的间隙调整环60的截面积是指间隙调整环60的环状截面积。

在本发明中，为了提高可调间隙装置的调节精度，可将可调间隙装置配置为还包括第一垫片90、第二垫片100和第三垫片110，第一垫片90设置在第一螺母70和间隙调整环60之间，第二垫片100设置在第二螺母80和旋转刚度弹簧件20之间，第三垫片110设置在第三螺母52和第一卡爪42之间。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图5对本发明的用于颤振试验的可调间隙装置的工作过程进行详细说明。

如图1至图5所示，作为本发明的一个具体实施例，可调间隙装置包括基座10、旋转刚度弹簧件20、顶针30、固定卡子40、第一紧固组件50、间隙调整环60、第一螺母70、第二螺母80、第一垫片90、第二垫片100和第三垫片110，固定卡子40包括固定连接段41、第一卡爪42和第二卡爪43，第一卡爪42和第二卡爪43平行设置且均与固定连接段41连接，第一卡爪42和第二卡爪43形成开口端，容纳孔设置在固定连接段41上。

工作时，首先将固定卡子40通过第一卡爪42和第二卡爪43所形成的开口端套设在舵轴200的外部，然后紧固螺钉51分别穿过第一卡爪42和第二卡爪43并与第三螺母52相配合，此时紧固螺钉51处于未完全拧紧状态。将旋转刚度弹簧件20通过螺钉预固定在基座10上。

然后，选择合适的顶针30，并将间隙调整环60套在顶针30上。顶针30包括第一定位环31、第一连接段32、第二定位环33和第二连接段34，将顶针30的第二定位环33与旋转刚度弹簧件20的第一定位孔22相配合，第二连接段34设置在第一连接孔21内，第二螺母80与第二连接段34螺纹配合以将顶针30的一端固定设置在旋转刚度弹簧件20上，此时第二螺母80处于未完全拧紧状态。顶针30的第一定位环31与固定卡子40的连接端相配合定位，顶针30的第一连接段32和间隙调整环60共同位于固定卡子40连接端的容纳孔内。

接着，微调固定卡子40与舵轴200以及旋转刚度弹簧件20与基座10的相对位置，以使旋转刚度弹簧件20的第一连接孔21与固定卡子40的容纳孔以及顶针30同轴。拧紧紧固螺钉51以将固定卡子40与舵轴200相固定，拧紧旋转刚度弹簧件20与基座10的连接螺钉以将旋转刚度弹簧件20与基座10完全固定。拧紧第二螺母80，测量固定卡子40的容纳孔的中心距离舵轴200的轴线方向的距离l，测量间隙调整环60的高度h并将间隙调整环60安放在固定卡子40上。

最后，使用力矩扳手将间隙调整环60处的第一螺母70拧紧，记下第一螺母70的拧紧力矩m。根据公式来获取舵轴200的旋转自由度上的间隙δ，其中，h为间隙调整环60的高度，h0为固定卡子40的连接端处的高度，δl为间隙调整环60的高度方向的变形量，l为容纳孔的中心距离舵轴的轴线方向的距离，m为第一螺母70的拧紧力矩，k为扭拉系数，d为第一连接段32的螺纹工程直径，p0为第一螺母70的拧紧力，a为间隙调整环60的截面积，e为间隙调整环60的弹性模量。由此，通过调节间隙调整环60的高度可以得到不同的间隙值。该装置实现了旋转自由度的间隙非线性，实现了旋转(扭转)自由度间隙非线性对舵面颤振特性的影响规律研究。

综上所述，本发明提供的用于颤振试验的可调间隙装置相对于现有技术而言，实现了颤振试验模型设计的旋转(或者扭转)自由度具有可调间隙的结构实现问题。试验过程中，通过调整间隙调整环的高度，实现了旋转(扭转)自由度的可调间隙，得到了间隙对颤振特性和极限环特性的影响规律。因此，本发明的技术先进、试验实现方法简单实用，不仅大幅度地减少了模型设计的难度和风洞试验的成本，节约了研制经费，同时具有较高的型号实用价值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。