专利名称：一种用于高超声速俯仰动态试验的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于高超声速风洞俯仰方向自由振动动态测力的试验装置，属于 技术天平测量领域。
背景技术：
早期国内的高超声速俯仰动态天平方面存在空白。原因是以往的我国的动态研究 主要集中于低速，对于高超声速动态的研究，虽然理论和计算等工作已经开展，但还未到动 态试验的地步。目前国内外动态试验广泛应用的俯仰试验装置由一个同心机构组成，前端 圆锥后端圆柱，中间是“Z”字形梁，而不包含俯仰轴承和弹性铰链，在侧向和滚转方向上有 应力残余，在进行低速试验时，此残余量为小量，可以忽略不计，而当进行高超声速试验时， 残余量相对于测量值不能忽略，严重影响测量精度。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种准确反映高超声速飞 行器动态俯仰过程的角运动和阻尼特性的动态试验装置。本发明的技术解决方案是一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，包括试件固 紧锥、连接杆、调节锥、俯仰轴承、弹性铰链、轴承挡片，试件固紧锥一端为锥形，另一端为圆 柱形，连接杆一端为叉形，另一端为圆柱形，试件固紧锥的锥形端与试件连接，试件固紧锥 的圆柱端插入到连接杆的叉形端，调节锥穿过试件固紧锥的圆柱端和连接杆的叉形端将试 件固紧锥和连接杆连接在一起，连接杆的圆柱端与风洞的模型支杆连接，俯仰轴承安装在 调节锥和连接杆之间，利用调节锥和连接杆将俯仰轴承左右压紧，连接杆上安装轴承挡片 将俯仰轴承上下固定，弹性铰链两端分别与试件固紧锥和连接杆连接，其中弹性铰链由一 根两端为平台、中间折弯成a角度的弹簧片构成，在两侧斜边上各贴有两个电阻应变片测 量俯仰角应变。所述的弹性铰链中间弯折角a为100° 140°。所述的弹性铰链两端与试件固紧锥和连接杆的接触面与试件轴线在同一高度线 上。所述的俯仰轴承采用深沟球轴承。所述的弹性铰链的厚度为0. 3mm 1. 2mm，采用钢或铍青铜制成。所述的电阻应变片粘贴在距弹性铰链两端平台1/4 1/2弹簧片长度处。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明采用特殊结构的弹性铰链除了使俯仰轴承的轴向力卸载，提高俯仰轴 承的止推能力，同时还用于测量应变量和角运动，测试精度到1/60度；(2)本发明采用特殊结构的弹性铰，弹性铰链的厚度、材料可以更换，从而可以调 节试验装置的固有频率，使试验适用于和更广的飞行范围链；(3)本发明采用四个俯仰轴承固定试件位置，保证了试件的俯仰运动，使试件的侧向和滚转方向力矩卸载； (4)本发明试验机构简单，通过主要部件传递振动，可以准确提供高超声速飞行器 动态俯仰过程的角运动和阻尼特性。
图1为本发明剖视图2为本发明主视图3为本发明试件紧固锥主视图4为本发明试件紧固锥俯视图5为本发明连接杆主视图6为本发明连接杆俯视图7为本发明调节锥结构示意图；
图8为本发明弹性铰链主视图9为本发明弹性铰链俯视图10为本发明弹性铰链电阻应变片安装图
图11为本发明弹性铰链电阻应变片连接图
图12为本发明轴承挡片主视图13为本发明轴承挡片侧视图。
具体实施例方式高超声速俯仰自由振动试验要求的装置具有四个特点1、能够提供俯仰方向的自由度，同时使侧向和滚转两个方向载荷卸载；2、俯仰实验装置感受应变的部分必须有足够的刚度，不致在受力后断裂，损害试 验系统中其它部件；3、俯仰方向的感受到的动态气动力应与天平系统的应变量成线性关系；4、在俯仰方向，试验装置的机械阻尼要小于该方向上飞行器提供的气动阻尼。通过对高超声速流场和高超声速飞行器(试件)外形的仔细分析研究，本发明提 供一种高超声速风洞自由振动试验俯仰方向的试验装置，它可以准确提供高超声速飞行器 俯仰方向角应变，并能通过改变弹性铰链的厚度和材料，改变试验装置的固有频率，可以更 大范围地模拟实际飞行情况，同时可以重复多次使用。本发明如图1、2所示，包括试件固紧锥1、连接杆2、调节锥3、俯仰轴承4、弹性铰 链5、轴承挡片6，试件固紧锥1 一端插入连接杆2的一端中，通过调节锥3将两者连接，试 件固紧锥1的另一端与试件连接，连接杆2的另一端与风洞模型支杆连接，俯仰轴承4上下 各两个安装在调节锥3的上下两端，轴承挡片6安装在连接杆2与试件固紧锥1连接一端， 固定俯仰轴承4，弹性铰链5两端分别与试件固紧锥1和连接杆2连接。试件固紧锥1用于支撑试件(试件用来模拟实际高超声速飞行器)，试件紧固锥1 与试件采用螺钉连接。试件紧固锥1如图3、4所示，一端为锥形，另一端为圆柱形。锥形端 加工有与试件连接的安装孔，圆柱端加工有与弹性铰链5和调节锥3连接的孔13、12，圆柱 端插入到连接杆2的叉形端，调节锥3穿过孔12。
4
连接杆2将试验装置和试件安装在风洞的支撑系统(模型支杆)上，连接杆与模 型支杆采用销连接。连接杆2如图5、6所示，一端为叉形，另一端为圆柱形，叉形端加工有与调节锥3 连接的安装孔21，调节锥3穿过试件固紧锥1圆柱端的孔13和连接杆2叉形端的安装孔 21，将试件固紧锥1和连接杆2连接在一起。圆柱端加工有与风洞模型支杆、弹性铰链5连 接的孔23、22，连接杆2圆柱端通过孔23与风洞的模型支杆销连接，俯仰轴承4与连接杆2 的叉形端是压紧连接，连接杆2的叉形端上安装轴承挡片6，将俯仰轴承4上下固定。调节锥3如图7所示，用来安装俯仰轴承4，同时将试件紧固锥1和连接杆2连接 在一起。俯仰轴承4采用深沟球轴承，用来固定试件位置，保证了试件的俯仰运动，使试件 的侧向和滚转方向力矩卸载。弹性铰链5除了使俯仰轴承沿轴承的轴向力的卸载，提高俯仰轴承的止推能力， 同时还用于测量应变量和角运动，测试精度到1/60度。弹性铰链5如图8、9所示，由一根两端为平台、中间折弯成a角度的弹簧片构成。 弹性铰链5根据试验需要，可以安装一根或两根，它通过螺钉和垫片7分别与试件紧固锥1 和连接杆2连接。本实施例图2中，弹性铰链5选择使用两根，安装位置呈180°。
弹性铰链5左右两端平台各加工有一个与试件紧固锥1和连接杆2连接的孔，分 别通过螺纹与试件紧固锥1和连接杆2连接，同时两端头下分别加垫片7(如图2)以保证 为两端固支的状态，使弹性铰链5两端与试件固紧锥1和连接杆2的接触面与试件轴线在 同一高度线上。可以通过改变弹性铰链5的厚度和材料，来改变试验装置的固有频率，满足更广 泛飞行范围的模拟需求。弹性铰链5中间弯折角a —般为100° 140°，厚度为0.3mm 1. 2mm，采用钢或铍青铜制成。一般随弹性铰链5厚度的增加，减缩频率增加。弹性铰链5在两侧斜边上各贴有两个电阻应变片来测量角应变和角运动，弹性铰 链表面贴片方式和电阻应变片的连接方式如图10、11所示，应变片a、b、c、d距弹性铰链5 左右边缘，大约1/4 1/2弹簧片长度处。图11中接口 A、C分别与电源连接，接口 B、D分 别和输入信号相连，组成全桥桥路，通过测量通过电阻应变片的电压变化，反推变形量，从 而得到相应的气动力。轴承挡片6的作用在于固定俯仰轴承4，轴承挡片6和连接杆2采用一字螺钉连 接，可以更换。轴承挡片6如图12、13所示，两端加工有与连接杆2连接的通孔61，中间加 工有盲孔62，目的是防止轴承档片6与调节锥发生摩擦。垫圈7为圆环状，厚度0. 1mm左右，数量视情况而定。安装在试件紧固锥1、连接杆 2上，目的是调节使弹性铰链5与两者的固定处，相对于试件轴线处于同一高度上。使用过程如下试验前可以通过更换弹性铰链5及其不同厚度和材料的匹配，可以改变试验装置 的固有频率。确定弹性铰链之后将整套试验装置安装在高超声速飞行器内部，通过模型支 杆传递自由振荡，然后经过连接杆、弹性铰链传递给试件，同时进行测量和数据采集工作。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于包括试件固紧锥(1)、连接杆(2)、调节锥(3)、俯仰轴承(4)、弹性铰链(5)和轴承挡片(6)，试件固紧锥(1)一端为锥形，另一端为圆柱形，连接杆(2)一端为叉形，另一端为圆柱形，试件固紧锥(1)的锥形端与试件连接，试件固紧锥(1)的圆柱端插入到连接杆(2)的叉形端，调节锥(3)穿过试件固紧锥(1)的圆柱端和连接杆(2)的叉形端将试件固紧锥(1)和连接杆(2)连接在一起，连接杆(2)的圆柱端与风洞的模型支杆连接，俯仰轴承(4)安装在调节锥(3)和连接杆(2)之间，利用调节锥(3)和连接杆(2)将俯仰轴承(4)左右压紧，连接杆(2)上安装轴承挡片(6)将俯仰轴承(4)上下固定，弹性铰链(5)两端分别与试件固紧锥(1)和连接杆(2)连接，其中弹性铰链(5)由一根两端为平台、中间折弯成α角度的弹簧片构成，在两侧斜边上各贴有两个电阻应变片测量俯仰角应变。
2.根据权利要求1所述的一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于所述 的弹性铰链(5)中间弯折角α为100° 140°。
3.根据权利要求1所述的一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于所述 的弹性铰链(5)两端与试件固紧锥(1)和连接杆(2)的接触面与试件轴线在同一高度线 上。
4.根据权利要求1所述的一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于所述 的俯仰轴承(4)采用深沟球轴承。
5.根据权利要求1所述的一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于所述 的弹性铰链(5)的厚度为0. 3mm 1. 2mm，采用钢或铍青铜制成。
6.根据权利要求1所述的一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，其特征在于所述 的电阻应变片粘贴在距弹性铰链(5)两端平台1/4 1/2弹簧片长度处。
全文摘要
一种用于高超声速俯仰动态试验的装置，包括试件固紧锥、连接杆、调节锥、俯仰轴承、弹性铰链和轴承挡片，弹性铰链由一根两端为平台、中间折弯成α角度的弹簧片构成，在两侧斜边上各贴有两个电阻应变片测量俯仰角应变。本发明采用特殊结构的弹性铰链除了使俯仰轴承的轴向力卸载，提高俯仰轴承的止推能力，同时还用于测量应变量和角运动，测试精度到1/60度；本发明采用特殊结构的弹性铰，弹性铰链的厚度、材料可以更换，从而可以调节试验装置的固有频率，使试验适用于和更广的飞行范围链；本发明采用四个俯仰轴承固定试件位置，保证了试件的俯仰运动，使试件的侧向和滚转方向力矩卸载；本发明试验机构简单，通过主要部件传递振动，可以准确提供高超声速飞行器动态俯仰过程的角运动和阻尼特性。
文档编号G01M9/02GK101839798SQ20101019488
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者宋玉辉, 李潜, 高清 申请人:中国航天空气动力技术研究院