[发明专利]一种前后并联的三关节双支撑攻角机构及其控制方法

说明书

本发明涉及风洞实验技术领域，公开了一种前后并联的三关节双支撑攻角机构及其控制方法，包括安装于进气道模型底部的前支撑和后支撑，前支撑一端固定于进气道模型底部前端，另一端通过活动关节一铰接有固定杆，固定杆固定在风洞底部壁板上；后支撑一端固定于进气道模型底部的后端，另一端通过活动关节二铰接有连杆，连杆端头铰接有由驱动机构驱动上下移动的推拉杆。本发明利用驱动机构推动推拉杆上下移动，带动进气道模型以活动关节一为转动中心变换攻角，既能支撑进气道模型，又能实现进气道模型变攻角功能，完全取代或部分取代风洞现有的攻角机构；操作控制简单、成本低；避免了内流试验模型气动载荷过大容易损伤传统外流试验用攻角机构的问题。

技术领域

本发明涉及风洞实验技术领域，具体涉及一种前后并联的三关节双支撑攻角机构及其控制方法。

背景技术

常规超声速、高超声速闭式风洞设计之初大多以外流试验为主，如开展模型的气动力、气动力矩、气动热的测试等，整个试验模型都需要放在风洞试验段均匀区内，模型尺寸相对较小，堵塞比常在试验段面积的5％以内，模型通过尾支连接架设在风洞的攻角机构上。由于模型尺寸较小，风洞的攻角机构承受的气动载荷较小。

在这些风洞中开展进气道内流试验时，模型的尺度可以接近于风洞的极限阻塞比，如在0.6米×0.6米亚跨超风洞中，在来流马赫数4时可取到试验段面积的16％。此时决定模型大小的因素不再是整个模型的长度，而是同时满足以下两个因素：1模型内流的捕获口应在风洞的均匀区内，2模型形成的堵塞比小于风洞的极限堵塞比。

为了开展内流测量、流动显示、内流拍摄以及内流的流动控制并减少内流壁面效应对内流的影响，需要将内通道尽量做大尺度越小，则雷诺数越小，边界层占比越大，壁面效应越明显，从而导致内流试验模型尺度远大于外流试验模型。

按照空气动力学欧拉相似准则可知，模型受到的气动力与模型的特征尺寸的平方成正比或者说与特征面积成正比)。当进气道模型尺度较大时，其所受气动力就比外流试验模型大很多，这种情况下再使用风洞原有的攻角机构做支撑，原攻角机构将无法承载内流模型的气动载荷。此时必须额外加工承载能力较大的、与大尺度进气道模型相适应的攻角机构。

国内外在闭式风洞中开展内流试验有两种模型支撑方式：一种是上下并联双支撑形式，模型的气动载荷由上下支撑共同承担，从而大大减轻了攻角机构的载荷；另一种是“张线法”支撑形式，通过在模型上布置若干张线并牵引到风洞洞壁来支撑模型。

上下并联双支撑方式需要上下联动的双攻角机构来实现内流试验模型变攻角，成本高且控制复杂；张线结构可以形成支撑并代替攻角机构，然而想改变内流试验模型攻角则需要各个张线多自由度的联动伸缩，控制尤为复杂。因此如何设计这种既能支撑模型，又能实现模型变攻角的机构是一个很现实的问题。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种前后并联的三关节双支撑攻角机构及其控制方法，利用驱动机构推动推拉杆上下移动，带动进气道模型以活动关节一为转动中心变换攻角，既能支撑进气道模型，又能实现进气道模型变攻角功能，完全取代或部分取代风洞现有的攻角机构；操作控制简单、成本低，还避免了内流试验模型气动载荷过大容易损伤传统外流试验用攻角机构的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种前后并联的三关节双支撑攻角机构，包括安装于进气道模型底部的前支撑和后支撑，前支撑一端通过标准件固定于进气道模型底部前端，另一端通过活动关节一铰接有固定杆，固定杆上远离前支撑的端头固定在风洞底部壁板上；后支撑一端通过标准件固定于进气道模型顶部的后端，另一端通过活动关节二铰接有连杆，连杆上远离后支撑的端头通过活动关节三铰接有推拉杆，推拉杆上远离连杆的端头设置有可控制推拉杆在竖直方向上下运动的驱动机构，前支撑、后支撑、固定杆、连杆以及推拉杆的中心轴均位于同一竖直平面内。