[发明专利]风洞模型支撑装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞实验装置，尤其是涉及一种用于风洞实验中模型的支撑装置。

背景技术

风洞实验是空气动力学研究三个基本手段之一，风洞实验成果最强有力地推动了航空航天事业的发展。在风洞实验中，需用支架系统把模型支撑在风洞之中，这个支架就是风洞模型支撑，它是实现风洞模型姿态控制的机构。常用的模型支撑方式包括腹撑、尾撑、背撑和张线支撑等。在不同种类的风洞试验中，不同支撑方式有各自的特点和优势。在实验中要求飞机模型的俯仰、偏航、滚转、升沉、横向平移和纵向平移。

随着并联机构的出现及相关理论的逐渐成熟，并联机构以其高刚度、高响应速度和误差不累积等优点，很快应用到风洞模型支撑系统中。目前大多采用的风洞模型支撑系统有Stewart平台的并联机构风洞模型系统和Hexaglide(6-PSS)并联机构风洞模型支撑系统。虽然这两类风洞模型支撑系统具有较高的动态响应特性，但是很难满足风洞模型试验中对飞机模型做高频率、大振幅运动的实验要求。因为在风洞试验中，飞机模型是由一根杆件与动平台固连，在试验过程中动平台不能进入风区，这就要求动平台和飞机模型之间的杆件长度至少大于风洞的半径。由于风洞半径的限制，当模型做大振幅、高频率运动时，会使风洞模型支撑系统所需要的输入加速度相当大，这是一般的驱动单元无法实现的，而且结构复杂，且制造、装配成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种可扩大模型的俯仰和滚转振幅、结构简单且可靠的用于风洞中的风洞模型支撑装置。

根据本发明的一个实施例的风洞模型支撑装置，包括动平台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动平台上，并用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度。

根据本发明的风洞模型支撑装置，可实现风洞试验中模型的六自由度，且通过并联的第一驱动单元和第二驱动单元可以有效地扩大所能实现模型的俯仰和滚转振幅，降低了驱动单元的加速度和运动速度并减少了运动行程，降低了控制系统的复杂程度，结构简单并且可靠性强。

另外，根据本发明的风洞模型支撑装置还具有如下附加技术特征：

所述第一驱动单元和所述第二驱动单元垂直布置。

第一驱动单元包括：第一驱动电机；以及第一曲柄连杆机构，所述第一驱动电机驱动所述第一曲柄连杆机构以实现所述夹持装置的纵向和横向转动自由度中的一个。

所述第一曲柄连杆机构包括：第一曲柄摇杆机构，所述第一曲柄摇杆机构的从动件为第一摇杆，且第一摇杆末端铰接有第一刚性杆，所述第一刚性杆的另一端与所述夹持装置可转动地连接且可上下运动，以使第一曲柄带动第一摇杆做摆动使第一刚性杆带动所述夹持装置运动；和第一齿轮齿条机构，所述第一齿轮齿条机构与所述第一驱动电机相连接，用以驱动第一曲柄摇杆机构，其中所述第一齿轮齿条机构中第一齿条的一端与第一曲柄相铰接。

第二驱动单元包括：第二驱动电机；以及第二曲柄连杆机构，所述第二驱动电机驱动所述第二曲柄连杆机构以实现所述夹持装置的纵向和横向转动自由度中的另一个。

所述第二曲柄连杆机构包括：第二曲柄摇杆机构，所述第二曲柄摇杆机构的从动件为第二摇杆，且第二摇杆末端铰接有第二刚性杆，所述第二刚性杆的另一端与所述夹持装置可转动地连接且可上下运动，以使第二曲柄带动第二摇杆做摆动使第二刚性杆带动所述夹持装置运动；和第二齿轮齿条机构，所述第二齿轮齿条机构与所述第二驱动电机相连接，用以驱动第二曲柄摇杆机构，其中所述第二齿轮齿条机构中第二齿条的一端与第二曲柄相铰接。

所述夹持装置为虎克铰，其包括：上铰链架，所述上铰链架的顶端与所述动平台底部通过动平台连接件进行连接，所述上铰链架成拱形且两端分别形成有在同一轴线上的第一圆孔；下铰链架，所述下铰链架的底端通过模型连接件与所述模型进行连接，所述下铰链架形成为半球壳形，且在边缘处形成在同一轴线上的两个凸缘，所述两个凸缘上分别形成有第二圆孔，所述两个第二圆孔的轴线与所述第一圆孔的轴线相垂直；以及十字轴，所述十字轴的四个轴端分别可转动地设在所述两个第一圆孔和两个第二圆孔中。