[发明专利]一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器模型，尤其是涉及具有内置六分力天平的一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统。

背景技术

风洞试验是预测飞行器气动性能，获取飞行器设计所需关键气动参数的最主要的手段之一。风洞试验也是进行空气动力学基础研究和应用研究的主要手段之一，因而具有极其重要的作用。

在风洞试验中，一般通过六分力天平来获取所需的各种气动载荷数据。其中杆式六分力天平因为结构简单、测量精度高而被广泛应用于气动力参数测量。传统的做法是把杆式六分力天平串联安装于支撑杆，飞机模型再安装在六分力天平端部，即应用最广泛的串联的硬式支撑方式。但串联硬式支撑方式带来无法避免的试验误差，这主要是因为串联的硬式支撑改变了飞机模型的原有设计外型，使得模型在支撑附近的流动偏离设计状态；当用于动态试验时，也使得非定常气动力的作用区域、幅值和频率发生改变，因而造成动导数测量的失真。支撑杆振动则是另一个造成气动导数测量失真的重要因素。

中国专利CN 30910070056.3公开一种二自由度绳牵引并联机构，该机构包括机架和动平台，其特征在于该机构还包括一个中间支链和两组绳索牵引支链，所述中间支链由两个相互垂直的转动关节铰链组成，且安装在机架和动平台之间的中心位置；所述两组绳索牵引支链结构相同，并以中间支链为中心，十字型安装在支链和动平台中心；每一组绳索牵引支链均由固定在机架上的电机驱动，电机带动绳索经张紧装置和滑轮机构驱动动平台绕所述中间支链转动，实现动平台在两个相互垂直的方向转动。该发明只是实现了动平台二自由度运动的绳牵引控制运动，结构比较简单。该机构的动平台不是飞机模型，也未考虑模型的气动参数测量，不能用于风洞试验。

中国专利CN 31210086974.7公开一种绳牵引墙壁提升载运并联机构，设计了一种用于建工行业和墙壁维护作业的载运机构。该发明用四组电机驱动四组牵引绳，带动重物沿墙壁上升；机构工作空间大、支撑刚度高、工作性能稳定、机构耗能低。该发明同样无法作为风洞试验的模型支撑。

中国专利CN 31210552298.8公开一种用于风洞试验的变结构绳牵引并联机器人。设有机架、飞机模型、牵引绳、可动万向铰点；飞机模型被绳牵引实现六自由度运动；可动铰点驱动组件设有可动铰点支座、滚珠丝杠、导轨、支座、电机、联轴器；牵引绳驱动组件设有绳牵引支座、滚珠丝杆、导轨、丝杆轴承支座、电机、联轴器；固定万向铰点和可动万向铰点分别设有深沟狭缝滚轮、万向轴承、轴、锁紧螺母、竖直支座和水平支座。该发明的优势是对空气流场干扰小、试验项目多样化，工作空间大、响应速度快，克服传统硬式风洞支撑方式破坏空气流场、实验项目单一、模型运动空间小、响应速度慢的缺点；结构简单，易于制造和维护。该发明可以实现绳牵引并联机构的在风洞中的静态和动态试验，美中不足的是，该发明并没有提出气动载荷的测量及解算方法，忽略了风洞试验最为关键的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决绳索牵引并联机构在应用于风洞试验时模型气动参数的测量问题，提供结构简单、安装方便、通用性强、对流场干扰小，可推广应用于各种风洞试验中，内置有六分力天平的一种可实现风洞虚拟飞行的模型绳索支撑系统。

本发明设有飞机模型、杆式六分力天平、前锥套、后锥套、套筒和支杆，飞机模型由牵引绳牵引悬挂，牵引绳的一端通过滑轮连接到绞车电机组件，牵引绳的另一端与支杆相连接，用于悬挂和支撑飞机模型，杆式六分力天平设于飞机模型内，杆式六分力天平与飞机模型同轴，杆式六分力天平的前端通过与前锥套连接，杆式六分力天平的后端通过螺栓与后锥套连接，套筒通过螺栓固连于后锥套上，套筒与杆式六分力天平平行安装，但与杆式六分力天平表面无接触，飞机模型通过螺栓锁定在前锥套上，支杆设于套筒上，用于系牵引绳，牵引绳与设于外部基座的滑轮连接。

本发明将套筒由紧固螺栓连接于后锥套，后锥套和杆式六分力天平的后端连接，套筒上设有若干短支杆。短支杆穿过模型飞机壁面预留孔，与牵引绳索相连接，从而完成了杆式六分力天平的固定；另一方面，飞机模型通过前锥套与杆式六分力天平的前端连接，但与套筒和短支杆无接触。在风洞试验中，加载在飞机模型上的气动力和气动力矩传递到杆式六分力天平，引起杆式六分力天平应变片产生形变；应变片形变转换成电信号传递到计算机采集存储，从而完成气动参数的测量；通过控制，改变牵引绳索的长度，可以调整飞机模型的位姿，使其完成六自由度运动，以满足风洞试验对模型运动状态的要求。