高频振动非定常气动力产生装置的制作方法

本发明涉及非定常气动力试验技术领域，尤其涉及一种高频振动非定常气动力产生装置。

背景技术：

飞行器在飞行过程中结构和气动力相互作用会发生高频的弹性振动，研究非定常气动力与飞行器结构高频振动的位移关系是非定常气动力试验的关键。一个准确高效的非定常气动力模型是开展气动弹性力学的分析基础，非定常气动力是颤振和气动伺服弹性计算的原始数据之一，它的可靠性对计算结果有重要的影响。现有技术中并没有针对高频振动非定常气动力试验的相关研究。

动气弹和伺服气弹分析中，非定常气动力通常假设为结构在简谐振动下的响应，所以非定常气动力试验中试验部件是否能产生高频明确可控的简谐振动是整个试验的核心。目前，缺乏一种高频振动非定常气动力产生装置，使其能够产生形式明确且可以控制振动的频率和幅值的简谐振动。

技术实现要素：

本发明提供了一种高频振动非定常气动力产生装置，能够解决现有技术非定常气动力试验中无法产生形式明确且可以控制振动的频率和幅值的简谐振动的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种高频振动非定常气动力产生装置，高频振动非定常气动力产生装置包括：支撑组件，支撑组件包括风洞连接件，风洞连接件用于将高频振动非定常气动力产生装置与风洞连接；动力组件，动力组件设置在支撑组件上，动力组件用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力；偏心单元，偏心单元与动力组件连接，偏心单元用于将动力组件的转动运动转化为简谐运动；模型安装组件，模型安装组件设置在支撑组件上，模型安装组件与偏心单元连接，模型安装组件用于安装试验模型，模型安装组件在偏心单元的驱动下带动试验模型进行简谐运动。

进一步地，高频振动非定常气动力产生装置还包括传动组件，传动组件两端分别于偏心单元和模型安装组件连接，传动组件用于将偏心单元简谐运动传递给模型安装组件。

进一步地，传动组件包括：输出连杆，输出连杆与偏心单元连接，偏心单元带动输出连杆进行简谐运动；模型连接杆，模型连接杆两端分别与输出连杆和模型安装组件连接，模型连接杆用于带动模型安装组件进行简谐运动。

进一步地，偏心单元为偏心轮，偏心轮转动中心与偏心轮重心重合，偏心轮转动中心与偏心轮几何中心位置不重合。

进一步地，模型安装组件包括：模型固定套筒，模型固定套筒与传动组件连接，传动组件在偏心单元的带动下进行简谐运动，传动组件带动模型固定套筒进行简谐运动；模型安装轴和角度调整胀套，角度调整胀套设置在模型安装轴和模型固定套筒之间，角度调整胀套用于将模型安装轴和模型固定套筒固定连接，模型安装轴用于安装试验模型并带动试验模型进行简谐运动；位移元件，位移元件与模型安装轴连接，位移元件用于记录试验模型运动的位置信息。

进一步地，模型安装组件还包括第一位置约束轴承和第二位置约束轴承，第一位置约束轴承和第二位置约束轴承设置在支撑组件上，模型固定套筒两端通过第一位置约束轴承和第二位置约束轴承与支撑组件连接，第一位置约束轴承和第二位置约束轴承均为锥度轴承，第一位置约束轴承和第二位置约束轴承的小径均靠近模型固定套筒的端面，第一位置约束轴承和第二位置约束轴承用于固定模型固定套筒的轴向位置。

进一步地，模型固定套筒为筒状结构，筒壁上设置有关于模型固定套筒轴线对称的开口，开口用于放置测量试验模型的连接线。

进一步地，动力组件包括：电机，电机用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力；减速机构，减速机构分别与电机和偏心单元连接。

进一步地，支撑组件还包括：安装壁板，安装壁板设置在风洞连接件上；机构安装保护盒，机构安装保护盒为盒式空腔结构，机构安装保护盒用于固定和保护偏心单元，机构安装保护盒设置在安装壁板上；电机安装座，电机安装座与机构安装保护盒固定连接，电机设置在电机安装座上。

进一步地，支撑组件还包括：模型安装箱，模型安装箱设置在安装壁板上，模型固定套筒通过第一位置约束轴承和第二位置约束轴承与模型安装箱连接。装置支架，装置支架与风洞连接件连接，装置支架用于支撑高频振动非定常气动力产生装置。

应用本发明的技术方案，通过设置支撑组件将高频振动非定常气动力产生装置与风洞进行对接，设置偏心单元将动力组件的转动运动转化为简谐运动并传递给模型安装组件，模型安装组件带动试验模型进行简谐运动，从而在风洞试验中产生高频振动非定常气动力，能够解决现有技术中缺乏产生高频振动非定常气动力的试验装置的技术问题，提高非定常气动力试验的精度及可靠性，为建立准确高效的非定常气动力模型及气动弹性力学分析提供研究基础。

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高频振动非定常气动力产生装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的动力组件、偏心单元和模型安装组件的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的偏心单元的结构示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的偏心单元的原理图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、支撑组件；11、风洞连接件；12、安装壁板；13、机构安装保护盒；14、电机安装座；15、模型安装箱；16、装置支架；20、动力组件；21、电机；22、减速机构；30、偏心单元；40、模型安装组件；41、模型固定套筒；42、模型安装轴；43、角度调整胀套；44、位移元件；45、第一位置约束轴承；46、第二位置约束轴承；50、传动组件；51、输出连杆；52、模型连接杆。

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，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4所示，根据本发明的具体实施例提供了一种高频振动非定常气动力产生装置，高频振动非定常气动力产生装置包括支撑组件10、动力组件20、偏心单元30和模型安装组件40，其中，支撑组件10包括风洞连接件11，风洞连接件11用于将高频振动非定常气动力产生装置与风洞连接，动力组件20设置在支撑组件10上，动力组件20用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力，偏心单元30与动力组件20连接，偏心单元30用于将动力组件20的转动运动转化为简谐运动，模型安装组件40设置在支撑组件10上，模型安装组件40与偏心单元30连接，模型安装组件40用于安装试验模型，模型安装组件40在偏心单元30的驱动下带动试验模型进行简谐运动。

应用此种配置方式，通过设置支撑组件将高频振动非定常气动力产生装置与风洞进行对接，设置偏心单元将动力组件的转动运动转化为简谐运动并传递给模型安装组件，模型安装组件带动试验模型进行简谐运动，从而在风洞试验中产生高频振动非定常气动力，能够解决现有技术中缺乏产生高频振动非定常气动力的试验装置的技术问题，提高非定常气动力试验的精度及可靠性，为建立准确高效的非定常气动力模型及气动弹性力学分析提供研究基础。

进一步地，如图2所示，为了实现偏心单元30和模型安装组件40的运动传动，高频振动非定常气动力产生装置还包括传动组件50，传动组件50两端分别于偏心单元30和模型安装组件40连接，传动组件50用于将偏心单元30简谐运动传递给模型安装组件40。

应用此种配置方式，通过设置传动组件50将偏心单元30的简谐运动传递给模型安装组件40，便于对高频振动非定常气动力产生装置的控制、装配、安装和维护，从而满足高频振动非定常气动力产生装置的工作要求。

进一步地，如图2所示，为了实现简谐运动的传递，传动组件50包括输出连杆51和模型连接杆52，输出连杆51与偏心单元30连接，偏心单元30带动输出连杆51进行简谐运动，模型连接杆52两端分别与输出连杆51和模型安装组件40连接，模型连接杆52用于带动模型安装组件40进行简谐运动。应用此种配置方式，通过设置输出连杆51和模型连接杆52，易于实现运动的传递，且安全可靠，传输过程稳定。

进一步地，如图4所示，为了实现对于偏心单元30的动平衡设计，偏心单元30为偏心轮，偏心轮转动中心与偏心轮重心重合，偏心轮转动中心与偏心轮几何中心位置不重合。

应用此种配置方式，通过偏心轮转动中心与偏心轮几何中心位置不重合实现转动运动向简谐运动的转化，通过偏心轮转动中心与偏心轮重心重合设计实现偏心轮的动平衡设计，使得偏心轮在实现运动转化的同时，对试验部件高频振动干扰小，有效改善整个装置的抖动特性。另外，通过可通过更换偏心轮的偏心度调整简谐运动的振动幅值，通过此种方式调节简谐运动的振动幅值操作简单且易于实现。

进一步地，为了实现对试验模型的安装，模型安装组件40包括模型固定套筒41、模型安装轴42、角度调整胀套43和位移元件44，模型固定套筒41与传动组件50连接，传动组件50在偏心单元30的带动下进行简谐运动，传动组件50带动模型固定套筒41进行简谐运动，角度调整胀套43设置在模型安装轴42和模型固定套筒41之间，角度调整胀套43用于将模型安装轴42和模型固定套筒41固定连接，模型安装轴42用于安装试验模型并带动试验模型进行简谐运动，位移元件44与模型安装轴42连接，位移元件44用于记录试验模型运动的位置信息，可采用倾角传感器或加速度传感器作为位移元件44。

应用此种配置方式，通过角度调整胀套43将模型安装轴42与模型固定套筒41锁死，模型安装轴42用于安装试验模型并带动试验模型进行简谐运动，位移元件44记录试验模型运动的位置信息，实现控制试验模型进行简谐运动并对其位置信息进行记录。作为本发明的一个具体实施例，可采用有锥度的圆环部件作为角度调整胀套43，通过螺钉拉紧可实现内圈缩小外圈胀大，抱死模型安装轴42。

进一步地，为了放置试验模型连接线，模型固定套筒41为筒状结构，筒壁上设置有关于模型固定套筒41轴线对称的开口，开口用于放置测量试验模型的连接线。

应用此种配置方式，通过在模型固定套筒41上设置轴线对称的开口，可将测量试验模型的连接线放置于开口处，有利于固定试验模型连接线，防止连接线在风洞中被吹风吹散，有利于提高试验过程的安全性和整洁程度。

进一步地，为了提供稳定的动力，动力组件20包括电机21和减速机构22，电机21用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力，减速机构22分别与电机21和偏心单元30连接。

应用此种配置方式，采用电机21作为动力装置构造简单且控制方便，采用减速机构22连接电机21和偏心单元30可以实现对电机转速和输出扭矩的调控，可根据试验需要调节减速机构防止出现转速或者扭矩不满足试验要求的情况。

进一步地，为了固定和保护电机21和偏心单元30，支撑组件10还包括安装壁板12、机构安装保护盒13和电机安装座14，安装壁板12设置在风洞连接件11上，机构安装保护盒13为盒式空腔结构，机构安装保护盒13用于固定和保护偏心单元30，机构安装保护盒13设置在安装壁板12上，电机安装座14与机构安装保护盒13固定连接，电机21设置在电机安装座14上。

应用此种配置方式，通过设置机构安装保护盒13可以实现对偏心单元30的固定和保护，防止试验过程中偏心单元30位置发生偏移或者受到外界破坏，通过设置电机安装座14固定电机21，实现对电机21的固定和保护。

进一步地，为了保护模型安装组件40，并便于高频振动非定常气动力产生装置的地面调试，支撑组件10还包括模型安装箱15和装置支架16，模型安装箱15设置在安装壁板12上，模型固定套筒41通过第一位置约束轴承45和第二位置约束轴承46与模型安装箱15连接。装置支架16与风洞连接件11连接，装置支架16用于支撑高频振动非定常气动力产生装置。

应用此种配置方式，通过设置模型安装箱15，将模型安装组件40设置在模型安装箱15内可以对模型安装组件40进行固定和保护，既可以保证安装空间又能有效保护高速机构的运作，实现安装定位的同时起到保护模型避免高速振动的作用，降低试验的危险性，通过设置装置支架16，便于装置在地面进行调试，试验时需要在地面调试标定完成后，将装置支架16拆除，将高频振动非定常气动力产生装置安装在风洞试验位置，将电机21通电使模型产生高频振动进行试验，将调试后的高频振动非定常气动力产生装置用于风洞试验可有效提高试验的准确性。

为了对本发明有进一步的了解，下面结合图1至图4对本发明的高频振动非定常气动力产生装置进行详细说明。

如图1至图4所示，高频振动非定常气动力产生装置包括支撑组件10、动力组件20、偏心单元30、模型安装组件40和传动组件50，其中，支撑组件10包括风洞连接件11、安装壁板12、机构安装保护盒13、电机安装座14、模型安装箱15和装置支架16，动力组件20包括电机21和减速机构22，模型安装组件40包括模型固定套筒41、模型安装轴42、角度调整胀套43和位移元件44，传动组件50包括输出连杆51和模型连接杆52。

风洞连接件11用于将高频振动非定常气动力产生装置与风洞连接，风洞连接件11通过螺钉垂直固定在装置支架16上，可采用风洞试验方窗作为风洞连接件11，试验方窗为带窗口的平板结构，安装壁板12与风洞连接件11通过固定螺钉连接，对气动力产生装置进行定位，安装壁面12为平板结构，机构安装保护盒13为盒式空腔结构，机构安装保护盒13用于固定和保护偏心单元30，机构安装保护盒13用螺钉固定在安装壁板12上，电机安装座14与机构安装保护盒13通过螺钉固定连接在院里安装壁板12的位置，模型安装箱15为盒式空腔结构，模型安装箱15通过螺钉固定在安装壁板12的中间位置，机构安装保护盒13与模型安装箱15的距离为万向输出连杆的长度，装置支架16为角钢焊接结构，装置支架16用于支撑高频振动非定常气动力产生装置。

动力组件20设置在支撑组件10上，动力组件20用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力，电机21用于为高频振动非定常气动力产生装置提供动力，可采用伺服电机作为电机21，试验时可通过控制伺服电机转速调整试验模型振动的频率，电机21设置在电机安装座14上，减速机构22分别与电机21的输出轴和偏心单元30连接，减速机构22的输出轴设置在机构安装保护盒13内，减速机构22的输出轴与机构安装保护盒13通过多组轴承连接。

偏心单元30用于将动力组件20的转动运动转化为简谐运动，可采用偏心轮或凸轮作为偏心单元30，偏心单元30的转动中心与重心重合，偏心单元30的转动中心与偏心单元30的几何中心位置不重合，可通过去除转动中心关于理论中心对称位置的相应质量，使偏心单元30重心位置位于实际转动中心上达到动平衡态，偏心单元30与减速机构22的输出轴固定连接，试验时可通过更换偏心轮的偏心度调整模型振动的幅值。

如图4所示，电机21高速转动通过偏心轮可转化为高频偏转继而产生高频振动，由于偏心轮的转动中心与偏心理论中心不在同一位置，存在一个偏心度l，偏心远端点o的位移表达式为x＝(r+l)sin(ωt)，x为偏心远端点o的位移，r为偏心轮真实半径，ω为电机转动速度，t为时间，通过偏心轮实现将电机21的转动运动转化为简谐运动。

传动组件50两端分别于偏心单元30和模型安装组件40连接，传动组件50用于将偏心单元30简谐运动传递给模型安装组件40。可采用万向输出连杆为输出连杆51，输出连杆51与偏心单元30通过万向活动球轴承采用过盈配合连接，如图3所示，偏心单元30带动输出连杆51进行简谐运动，模型连接杆52与输出连杆51通过活动轴承连接，输出连杆51可通过活动轴承带动模型连接杆52做简谐运动，轴承径向游隙选用c2标准以保证间隙足够小，球头可自由转动但不能晃动，模型连接杆52和模型固定套筒41通过四个螺钉固定连接，模型连接杆52用于带动模型安装组件40进行简谐运动。

模型固定套筒41为厚壁直筒状中心对称结构，模型固定套筒41设置在模型安装箱子15的的空腔内，模型固定套筒41两端通过第一位置约束轴承45和第二位置约束轴承46与模型安装箱15连接进行定位，模型固定套筒41可相对于模型安装箱15自由转动，第一位置约束轴承45和第二位置约束轴承46均为锥度轴承，优选1：12的锥度轴承，轴承小径均靠近模型固定套筒端面，用于防止模型运动过程中产生轴向运动。模型固定套筒41与模型连接杆52通过螺钉连接，传动组件50在偏心单元30的带动下进行简谐运动，进一步带动模型固定套筒41进行简谐运动，筒壁上设置有关于模型固定套筒41轴线对称的开口，保证模型固定套筒41中心位置处于轴线上，避免出现偏心，开口用于放置测量试验模型的连接线。模型安装轴42设置在模型固定套筒41内，角度调整胀套43设置在模型安装轴42和模型固定套筒41之间，角度调整胀套43用于将模型安装轴42和模型固定套筒41固定连接，角度调整胀套43通过螺钉固定在模型固定套筒41的安装边上，模型安装轴42用于安装试验模型并带动试验模型进行简谐运动，位移元件44粘贴在模型安装轴42末端，位移元件44用于记录试验模型运动的位置信息。

综上所述，本发明的高频振动非定常气动力产生装置相对于现有技术而言，实现了在试验中产生高频明确可控的简谐振动从而产生高频振动非定常气动力，通过采用偏心单元将高速转动转化为高频振动，转换形式简单，通过调整电机频率以及减速机构可使振动频率可控，通过更换偏心单元的偏心度可调整振动幅值，操作简单，偏心单元采用动平衡设计，可有改善整个装置的抖动特性，对试验部件高频振动干扰小，采用盒式空腔结构既可保证安装空间又能有效保护高速机构的运作，降低试验危险性，该方案结构简单、有效、振动形式单纯且振动频率和幅值可调节，可以用于高频振动非定常试验中，有效提高非定常气动力试验的准确性。

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。