[实用新型]颤振风洞试验中的操纵面偏转间隙产生装置

说明书

本实用新型公开了一种颤振风洞试验中的操纵面偏转间隙产生装置，即摇臂式偏转间隙机构。摇臂式偏转间隙机构通过连接件安装在主翼面梁上，摇臂式偏转间隙机构包括依次连接的间隙舵盘、圆柱轴承和间隙摇臂；间隙舵盘包括盘体、连接柱和挡块，连接柱的一端连接在盘体的盘面一侧，挡块固定于连接柱上并且位于盘体的盘面同一侧，间隙摇臂包括摇臂和配合头，配合头的一端连接摇臂，另一端设有盲孔，盲孔的孔壁上设有间隙槽，连接柱配合圆柱轴承伸入盲孔后挡块插入间隙槽内，在挡块和间隙槽之间形成旋转方向的间隙。本实用新型直接生成操纵面相对主翼面的预先设定的偏转角位移间隙，并便于直观模拟操纵面的偏转刚度，有利于开展风洞试验模型的改造。

技术领域

本实用新型属于航天航空设备技术领域，具体涉及一种颤振风洞试验中的操纵面偏转间隙产生装置。

背景技术

飞机操纵面颤振和极限环振荡是重要的气动弹性不稳定形式，军民用飞机在服役过程中都曾发生由间隙导致的气动弹性稳定性降低、结构损伤的情况。飞机设计阶段，就需要评估服役期内操纵面间隙变化对颤振特性的影响，确保在设定的间隙限制值(例如：对于后缘操纵面超出主翼面展长75％的情况，要求操纵面总间隙不超过0.13°)内不会发生颤振、过度的极限环振荡或其它有害振动，通常采用的评估方法包括：非线性颤振分析、风洞试验和/或飞行试验。目前，考虑间隙非线性的颤振分析尚处于理论探索阶段，国内外文献中一般采用时域或频域分析方法对平面二元翼面开展包含操纵面间隙的颤振机理评估，二元翼面虽能较好地反映间隙非线性特征，但与真实三维机翼结构在动力学控制方程、气动力模型等方面均存在本质差别。此外，非线性颤振分析在飞机型号中应用还需要通过试验进行验证。带间隙的颤振飞行试验一般属于故障情况下的颤振试飞，需要对各操纵面进行专门的测试改装，试飞风险大且试飞结果的影响因素比较多。因而，开展带操纵面间隙的风洞试验是解决该问题的一种有效途径，也能进一步对间隙非线性颤振分析方法进行验证。

现有技术在开展操纵面低速颤振风洞试验过程中，通过在试验模型的操纵面偏转运动方向引入间隙，测量飞机模型在风洞流场中的真实动力学响应，评估具有间隙环节的操纵面与主翼面耦合的颤振型态，研究操纵面间隙大小对颤振速度、振荡幅值、频率和阻尼等特性的影响。现有的操纵面间隙产生机构主要原理为在操纵面铰链侧边引出一弹性杆，杆的另一端被约束在主翼面上指定宽度的限位支架或槽内，以限制杆端部在垂直于杆轴线方向上的位移，产生一定大小范围的间隙。Conner等人在试验中采用的装置为在操纵面上安装片形弹簧的一端，弹簧的自由端插入主翼面上的支撑块中，通过改变片形弹簧的直径可以调节其提供的结构刚度。支撑块设计成具有一定的间隙范围，允许片形弹簧的自由端在碰到槽边缘之前在指定的范围内偏转。Abdelkefi等人在试验中采用的间隙装置，当操纵面在一定范围内偏转时，弹性杆在凹槽内自由移动时操纵面处于间隙内部，当操纵面偏转带动杆超过该范围时，杆紧贴凹槽侧壁推动凹槽，进而受到凹槽的恢复力。凹槽与周围结构以一定刚度的弹簧连接，使杆受到恢复力作用进而提供操纵面偏转的偏转刚度。

上述操纵面间隙产生方案(下面简称“弹性杆线性位移间隙装置”)具有如下局限性：

1、间隙装置的安装要求在操纵面和主翼面周围均有足够的空间和支撑物，真实的三维飞机模型操纵面前缘有操纵面连接件、舵机、传感器等多个复杂零部件，很难有足够的空间；主翼面后缘由于没有支撑物，难以安装凹槽挡板；如果安装大型支撑物，会对翼面流场引入干扰。工程上飞机翼面模型空间通常比较有限，难以实施间隙装置的安装。

2、应用对象多为二元翼面，绕铰链轴具有俯仰和沉浮两个自由度，操纵面间隙来自弹性杆和结构的接触前的空行程位移。然而，真实的机翼和操纵面往往有两个或以上的铰链/作动机构，并且需要模拟操纵面与主翼面间的连接刚度。弹性杆的空行程位移仅能表征单一的连接结构间隙情况。

另外，国内外文献中有在操纵面和主翼面之间采用四连杆机构的线性位移间隙模拟方法，该机构要求连杆机构形成平行四边形，安装要求比较高，且涉及连杆线性位移与操纵面偏转间隙之间复杂的换算，不易准确模拟偏转间隙，也不利于在风洞试验中开展模型参数化影响研究。