一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置制造方法
【专利摘要】本发明一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置属于压电执行器用于振动抑制领域。特别涉及一种内嵌有压电陶瓷叠堆的模型支杆外套装置，该装置具备抑制模型振动和提高实验最大攻角的功能。该装置在风洞模型的支杆外部套装主动振动抑制装置，该装置中，左、右两个胀紧套分别安装在支杆的左右两端，外套安装在左、右两个胀紧套之间；四只压电作动器均匀分布并分别由四只螺钉固定在外套的内腔作动器安装平台上。本发明可以实现对模型俯仰、偏摆两个自由度的振动抑制，结构紧凑，体积小巧。本发明能够有效减小风洞试验中模型的振动，为提高可靠的风洞试验数据做保障，增强试验安全性，并能有效提升试验可能的最大攻角。
【专利说明】一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置
【技术领域】
[0001]本发明属于压电执行器用于振动抑制领域。特别涉及一种内嵌有压电陶瓷叠堆的模型支杆外套装置，该装置具备抑制模型振动和提高实验最大攻角的功能。
【背景技术】
[0002]风洞模型试验是航空航天飞行器研制过程中了解飞行器性能、降低飞行器研制风险和成本的重要手段之一。支杆式风洞试验模型是最为常见的安装形式，由一根细长支杆伸入飞行器模型的尾部或者腹部，将模型置于风洞内部流场之中，支杆的另外一端安装在可改变攻角的固支弯刀上，构成悬臂结构。在风洞模型试验过程中，由于气流的脉动、风洞动力系统的振动、噪声、模型结构及其产生的气动力等因素的共同作用，很容易观察到模型在试验中存在振动现象，运输机、高空侦察机等大展弦比飞机模型更为明显。模型的振动影响风洞试验数据的采集质量，而且随着模型攻角增大，这种振动现象越发剧烈，甚至对模型支杆系统造成破坏。为了抑制模型的振动，仅在设计过程中考虑模型自身和支杆的一些特性是不够的，例如加粗支杆可以有效减小其振动，但是过粗的支杆会对风洞流场产生干扰，从而使风洞试验条件失真、数据失准。因此必须采取抑振技术，保持模型稳定，提高风洞试验数据的可靠性，并提高试验可能的最大攻角。
[0003]支杆式风动模型抑振技术主要分为被动式与主动式。被动式抑振主要由安装在飞行器模型内部的吸振装置实现，通关调节吸振装置参数使其与模型谐振并由其阻尼环节吸收振动能量。被动式振动抑制装置结构简单、造价低廉，但是其适应性差，需要模型内有较大的安装空间，并且专模专用；抑振装置还会改变模型的质量及其分布，对试验结果产生不良影响；最为重要的是其抑振能力较差、响应速度慢。因此近年来，使用压电陶瓷材料做主动振动抑振装置成为主流。
[0004]美国专利(PatentN0.US 5, 644, 075) WIND TUNNEL MODEL SUPPORT WITHVIBRATION DETECTION BALANCE AND COUNTERVIBRATION MEANS 发明了一种安装在支杆中的模型动态阻尼装置。该装置主要包括12个11000磅压电陶瓷作动器，作动器由压电陶瓷叠堆封装制成，分4组，每组3个正交分布，由驱动放大器驱动。该装置有效抑制了模型振动，将某型号运输机的试验最大攻角由6°提高到了 12°，但是该装置体积庞大，只适用于较粗的支杆，而且破坏支杆结构，易造成应力集中和破坏。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术难题是克服现有技术的不足，发明了一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置，该装置采用正交布置的叠堆式压电陶瓷作动器，输出力大、动态响应快，外套式的结构对支杆不产生破坏，结合胀紧安装的方式，可使该装置在支杆上的安装位置灵活改变，提高了装置的适用范围。本发明可以实现对模型俯仰、偏摆两个自由度的振动抑制，结构紧凑，体积小巧，对试验过程的其它环节产生的影响小。
[0006]本发明采用的技术方案是一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置，其特征是，该装置在风洞模型的支杆3外部套装主动振动抑制装置，该装置中，左、右两个胀紧套2、2’分别安装在支杆3的左右两端，外套I安装在左、右两个胀紧套2、2’之间；四只压电作动器5均匀分布并分别由四只螺钉4固定在外套I的内腔作动器安装平台a上，四只压电作动器5另一端为作动器球头b，作动器球头b与安装在外套I上的凹端紧定螺钉6的凹端紧密接触，并通过凹端紧定螺钉6对压电作动器5施加预紧力；作动器引线7由压电作动器(5)弓丨出，并贴于支杆3上。
[0007]本发明的显著效果是由四只压电作动器产生位移和力，使得支杆在俯仰和偏摆两个方向上产生主动变形，通过快速动态响应，抵消风洞中的风载在这两个方向上产生的振动，保持模型稳定，提高风洞试验数据的可靠性，并提高试验可能的最大攻角。针对不同模型需求，可以改变装置在在支杆上的安装位置，通用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1主动振动抑制装置三维模型图，图2为装置的旋转剖视图。其中:1_外套，2-左胀紧套，2’ -右胀紧套，3-支杆，4-螺钉，5-压电作动器，6-凹端紧定螺钉，7-压电作动器引线，a-作动器安装平台，b-作动器球头。
【具体实施方式】
[0009]以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。主动振动抑制装置为执行构件，通过四只正交分布的压电作动器产生的变形抵消风洞支杆产生的变形。具体实施中，包括主动振动抑制装置的安装和装置中四个压电作动器的控制。
[0010]参见图1和图2，先将压电作动器5安放在作动器安装平台a上，并用螺钉4固定在压电作动器5底部的螺纹孔内，在外套I的另一端拧入凹端紧定螺钉6，使凹端紧定螺钉6的凹端与压电作动器的输出端球头b紧密接触，对凹端紧定螺钉6施加一定值的扭矩，使其对压电作动器产生预紧力。在四只压电作动器5均安装完成后，需要根据风洞模型所受的风载(一般使用在试验攻角下模型所受升力)确定外套I在风洞模型支杆3上的安装位置:如风载较大，则需使外套I靠近风洞模型安装；如风载较小，可以使外套I靠近支杆3的固支端。按照确定的位置使用左、右两个胀紧套2、2’将外套I可靠胀紧于支杆3上，注意按照如图1所示位置，将四只压电作动器5分别置于与竖直水平方向呈45°角的位置，将压电作动器引线7贴于支杆3上。
[0011]通过风洞天平测量模型在俯仰和偏摆两个方向上的振动信号，一般采用正弦信号，经过输入模块、处理器、输出模块、电压放大器，输出两路信号(一般为正弦信号)，并将信号修整、限幅在正负作动器最大驱动电压的一半，来驱动四只压电作动器。首先通过固定的直流电源对每个压电作动器施加最大驱动电压一半的偏置电压；然后将俯仰方向输出信号正向接入上方两个作动器，反向接入下方两个作动器；将偏摆方向输出信号正向接入左方两个作动器，反向接入右方两个作动器。如有需要，可以分别控制各路信号，具体方向以实现装置驱动变形方向与模型振动方向相反为准。以此，实现对模型振动实时的、闭环的主动抑制。
[0012]本发明能够有效减小风洞试验中模型的振动，为提高可靠的风洞试验数据做保障，增强试验安全性，并能有效提升试验可能的最大攻角。
【权利要求】
1.一种支杆式风洞模型主动振动抑制装置，其特征是，该装置在风洞模型的支杆(3)外部套装主动振动抑制装置，该装置中，左、右两个胀紧套(2、2’)分别安装在支杆(3)的左右两端，外套(I)安装在左、右两个胀紧套(2、2’)之间；四只压电作动器(5)均匀分布并分别由四只螺钉(4)固定在外套(I)的内腔作动器安装平台(a)上，四只压电作动器(5)另一端为作动器球头(b)，作动器球头(b)与安装在外套(I)上的凹端紧定螺钉(6)的凹端紧密接触，并通过凹端紧定螺钉(6)对压电作动器(5)施加预紧力；作动器引线(7)由压电作动器(5)引出，并贴于支杆(3)上。
【文档编号】G01M9/04GK103487231SQ201310442832
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】刘巍, 贾振元, 姜尓东, 毕晓丹, 任宗金 申请人:大连理工大学