基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的制作方法

本实用新型涉及风洞试验装置技术领域，具体而言，涉及一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆。

背景技术：

高速风洞测力试验通常采用尾支撑方式。试验模型通过应变天平、支杆与弯刀机构相连，形成典型的悬臂结构。出于气动干扰的限制，支杆一般设计得较为细长；同时，为了提高天平灵敏度，天平结构刚度也较小，因此，模型支撑系统整体刚度较小。

在风洞试验过程中，当受到气流激励时，模型容易发生剧烈振动现象。模型振动问题不仅影响试验数据精准度和试验包线，还可能导致支杆折断，进而危及模型和风洞安全。

传统的应对模型振动的方法包括：

1.更换支杆、修改模型质量等改变支撑系统结构动力学特性。更换直径更大的支杆虽然可以提高支撑系统刚度，减小振动幅度，但会引入较大的支撑气动干扰，造成数据准度下降；而修改模型质量的方法(如加铅块、或更换模型材料等)并不能保证修改后振动幅度下降，而且成本和时间周期都较高。

2.人工及传感器实时监测模型振动水平，采取紧急中止试验等措施。该方法虽然解决了试验安全问题，但是却会限制试验条件，不能获得完整的飞行器包线内试验数据。

随着现代飞行器对风洞试验数据精准度及试验包线的要求越来越高，国内外科研机构开始研究各种抑制模型振动问题的方法。目前，研究较多的减振方式主要是基于压电陶瓷作动器的主动减振控制方法。但主动减振方法存在系统复杂、研制成本高、容易出现系统发散的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆，其能够通过振动过程中阻尼层材料反复的剪切变形将振动能量耗散转化，从而大大的提高了模型支撑系统的机械阻尼，实现模型振动的快速收敛。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型的实施例提供了一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆，包括：

支杆基体，所述支杆基体包括用于安装应变天平的天平段、用于安装弯刀机构的过渡安装段以及等直段，所述等直段的一端与所述天平段衔接，所述等直段的另外一端与所述过渡安装段衔接；

阻尼层，所述阻尼层包裹于所述等直段，所述阻尼层的一端与所述天平段抵接，所述阻尼层的另外一端与所述过渡安装段抵接；

约束层，所述约束层包裹于所述阻尼层，所述约束层的一端与所述天平段抵接，所述约束层的另外一端与所述过渡安装段抵接；

所述约束层的外周面与所述天平段的靠近所述约束层部分的外周面、所述过渡安装段的靠近所述约束层部分的外周面齐平；

所述等直段与所述约束层的弹性模量均高于所述阻尼层的弹性模量。

另外，根据本实用新型的实施例提供的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆，还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的可选实施例中，所述阻尼层包括阻尼腔囊和弹性阻尼粒，所述阻尼腔囊内部具有腔室，所述弹性阻尼粒可活动地容置于所述阻尼腔囊的所述腔室内。

在本实用新型的可选实施例中，所述腔室沿着所述阻尼腔囊的长度方向分布。

在本实用新型的可选实施例中，所述腔室沿着所述阻尼腔囊的周向分布。

在本实用新型的可选实施例中，所述腔室为方型腔。

在本实用新型的可选实施例中，所述方型腔的数量为多个，多个所述方型腔在所述阻尼腔囊的内部均匀间隔分布。

在本实用新型的可选实施例中，所述弹性阻尼粒呈球状。

在本实用新型的可选实施例中，所述支杆基体与所述阻尼层之间、所述阻尼层与所述约束层之间均为过盈配合。

在本实用新型的可选实施例中，所述支杆基体与所述阻尼层之间粘接、所述阻尼层与所述约束层之间粘接。

在本实用新型的可选实施例中，所述天平段具有第一圆锥面，所述约束层的一端具有第二圆锥面，所述第一圆锥面与所述第二圆锥面形状契合且抵接；

所述约束层的另外一端具有第三圆锥面，所述过渡安装段具有第四圆锥面，所述第三圆锥面与所述第四圆锥面形状契合且抵接；

所述第二圆锥面为内锥面，所述第三圆锥面为外锥面。

本实用新型的有益效果是：

基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆通过支杆基体、阻尼层以及约束层的配合，能够以被动的方式，减小模型支撑系统振动对风洞测力试验数据的影响，拓宽试验包线，安全性和可靠性都较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型的实施例1提供的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆及环境元件的示意图；

图2为图1中的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的轴向剖视图；

图3为图2的局部断面示意图；

图4为图1中的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的径向局部剖视图；

图5为本实用新型的实施例2提供的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的径向局部剖视图；

图6为本实用新型的实施例2提供的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的轴向剖视图的断面视图；

图7为本实用新型的实施例3提供的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆的轴向剖视图；

图8为图7的A部分的局部放大图；

图9为图7的B部分的局部放大图。

图标：100-基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆；10-支杆基体；11-天平段；12-等直段；13-过渡安装段；20-阻尼层；30-约束层；40-阻尼腔囊；41-方型腔；50-弹性阻尼粒；61-第一圆锥面；62-第二圆锥面；63-第三圆锥面；64-第四圆锥面；200-应变天平；300-弯刀机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

请参照图1至图4，本实施例提供了一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100，包括：

支杆基体10，支杆基体10包括用于安装应变天平200的天平段11、用于安装弯刀机构300的过渡安装段13以及等直段12，等直段12的一端与天平段11衔接，等直段12的另外一端与过渡安装段13衔接；

阻尼层20，阻尼层20包裹于等直段12，阻尼层20的一端与天平段11抵接，阻尼层20的另外一端与过渡安装段13抵接；

约束层30，约束层30包裹于阻尼层20，约束层30的一端与天平段11抵接，约束层30的另外一端与过渡安装段13抵接；

约束层30的外周面与天平段11的靠近约束层30部分的外周面、过渡安装段13的靠近约束层30部分的外周面齐平；

等直段12与约束层30的弹性模量均高于阻尼层20的弹性模量。

其中，应变天平200以及弯刀机构300均可以参照现有技术，本实施例未对其做改进，不进行赘述。

通过将约束层30的外周面与天平段11的靠近约束层30部分的外周面、过渡安装段13的靠近约束层30部分的外周面设计成齐平的状态，本实施例的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100的几何外形特征与传统支杆一致，不增加气动干扰。

具体的，支杆基体10和约束层30材料通常使用弹性模量较高的合金钢材料，如F141、30CrMnSiA等。

具体的，阻尼层20材料一般选用阻尼高的粘弹性材料，如橡胶。

可以选择的是，支杆基体10与阻尼层20之间、阻尼层20与约束层30之间均为过盈配合。

可以选择的是，支杆基体10与阻尼层20之间粘接、阻尼层20与约束层30之间粘接，粘接剂通常选用环氧树脂等。

本实施例的原理是：

风洞试验过程中，非定常气流激励引起模型大幅振动，模型振动的能量通过应变天平200传递到基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100处。由于等直段12基体材料与阻尼层20材料之间、阻尼层20材料与约束层30材料之间弹性模量差异都较大，引起各接触面处阻尼层20材料产生较大的剪切变形。通过振动过程中阻尼层20材料反复的剪切变形将振动能量耗散转化为热能，从而大大的提高了模型支撑系统的机械阻尼，实现模型振动的快速收敛。

可以想见的是，欲提高减振效果，可以通过选用阻尼尽量高的材料，以增加消耗振动能量的速度。

基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100是一种被动的减振结构，相对于主动减振结构来说，由于不需要复杂的控制设备，不会出现系统发散的问题，因此成本更低、可靠性更高。减小了模型支撑系统振动对风洞测力试验数据的影响，拓宽了试验包线。

本实施例的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100与现有模型减振技术相比，具有诸多优点，如：

可在不增加气动干扰的条件下，实现模型支撑系统整体机械阻尼的大幅度提升，进而快速消耗振动能量，起到减振效果；

与主动减振技术相比，由于不需要复杂的测量、控制、作动系统，因此，研制周期短、制造成本低；

与主动减振技术相比，由于减振结构仅被动消耗能量，不存在因控制律设计不当导致的发散问题，安全性和可靠性都较高。

实施例2

请参照图5和图6，本实施例同样提供了一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100，本实施例与实施例1的区别在于：

阻尼层20包括阻尼腔囊40和弹性阻尼粒50，阻尼腔囊40内部具有腔室，弹性阻尼粒50可活动地容置于阻尼腔囊40的腔室内。

其中，阻尼腔囊40为阻尼高的粘弹性材料，如橡胶。

具体的，腔室沿着阻尼腔囊40的长度方向分布。

进一步的，腔室沿着阻尼腔囊40的周向分布。

详细的，腔室为方型腔41。

更为详细的，方型腔41的数量为多个，多个方型腔41在阻尼腔囊40的内部均匀间隔分布。

可以想见的是，除了方型腔41，也可以是其他形状的腔室，只要能够容纳弹性阻尼粒50且容许弹性阻尼粒50活动即可。

在本实施例中，弹性阻尼粒50呈球状。

可以想见的是，除了球状，还能够是其他一些诸如块状、椭球状或者异形形状，或者是诸多形状的综合，只要是阻尼高的弹性材料即可。

其余结构均可参照实施例1。

本实施例的原理是：

通过在阻尼腔囊40内放置球状弹性阻尼粒50，振动过程中除了阻尼腔囊40自身反复的剪切变形将振动能量耗散转化为热能，球状弹性阻尼粒50还能够将振动能量耗散转化为热能与动能，在腔室内跳动，这样也能加剧振动能量的耗散。

加之对方型腔41的布设方式的设计，可以使得上述耗散振动能量的过程变得更加均匀，避免基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100内局部能量过于集中，保障可靠性。

实施例3

请参照图7至图9，本实施例同样提供了一种基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100，本实施例与实施例1的区别在于：

天平段11具有第一圆锥面61，约束层30的一端具有第二圆锥面62，第一圆锥面61与第二圆锥面62形状契合且抵接；

约束层30的另外一端具有第三圆锥面63，过渡安装段13具有第四圆锥面64，第三圆锥面63与第四圆锥面64形状契合且抵接；

第二圆锥面62为内锥面，第三圆锥面63为外锥面。

其余结构均可参照实施例1。

通过设置第一圆锥面61、第二圆锥面62、第三圆锥面63和第四圆锥面64，约束层30与支杆基体10之间在振动过程中相互间的应力不容易淤积，保障基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100有一个较好的使用寿命。

此外，第二圆锥面62为内锥面，第三圆锥面63为外锥面的设计，使得风洞试验中，约束层30相对于支杆基体10的连接可以保持稳定，避免约束层30发生脱离。

上述多个实施例中的技术特征，在不冲突的情况下可以相互结合。

综上所述，本实用新型的基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆100通过支杆基体10、阻尼层20以及约束层30的配合，能够以被动的方式，减小模型支撑系统振动对风洞测力试验数据的影响，拓宽试验包线，安全性和可靠性都较高。

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