一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置。本发明专利技术的六自由度风洞试验模型姿态控制装置位于试验段内，通过隔震支柱组件固定在隔震地基上；包括从下至上、金字塔型分布的X向运动组件、Z向运动组件、β向旋转组件、Y向运动组件、α向旋转组件和γ向旋转组件；γ向旋转组件的中心轴线上安装有支杆，支杆的前端安装有面向风洞来流的试验模型。本发明专利技术的六自由度风洞试验模型姿态控制装置采用六自由度单独运动驱动方式，结构稳定、运动精度高、维修保养便捷。修保养便捷。修保养便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置


[0001]本专利技术属于高超声速风洞试验
，具体涉及一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置。

技术介绍

[0002]进行高超声速风洞试验时，风洞试验模型需要在风洞流场稳定后被平稳投送到试验气流中，并在气流中保持特定的姿态，以获得相应姿态的试验结果；作为支撑试验模型并对风洞试验模型进行姿态调整的机械平台，模型姿态控制装置是风洞系统的重要组成部分之一；在安装环境方面，为了防止风洞运行的震动传递到模型姿态控制装置以及风洞试验模型上，需要采取措施隔离风洞震动，并且满足试验段真空密封要求；在结构刚性方面，由于需要承受气动载荷冲击及模型安装人员的人为冲击，并保证整体装置长期稳定，模型姿态控制装置需具有足够刚性并且避免薄弱环节——导轨滑块及丝杠螺母的不恰当承载；在运动自由度方面，模型姿态控制装置需要将风洞试验模型从流场区域外送入流场区域内，并且适应不同尺寸的风洞试验模型在流场中的定位需求，因此需要模型姿态控制装置具备沿重力方向（Y向）、沿气流方向（X向）及垂直于XY平面的侧向（Z向）的线位移自由度；另外，在试验进行时，需要调整风洞试验模型的俯仰（α向）、偏航（β向）及滚转（γ向）姿态角以获得相应姿态的气动试验结果；因此，模型姿态控制装置需要具备相应的角位移自由度；在运动控制方面，为了使机构的伺服电机与各自由度一一对应，避免伺服电机耦合控制导致的运动学解算工作，需要合理布局各个自由度机械结构；当前，有必要发展一种新型的六自由度风洞试验模型姿态控制装置。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供及一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置；本专利技术的六自由度风洞试验模型姿态控制装置，其特点是，所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置位于试验段内，通过隔震支柱组件固定在隔震地基上；所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置包括从下至上、金字塔型分布的X向运动组件、Z向运动组件、β向旋转组件、Y向运动组件、α向旋转组件和γ向旋转组件；γ向旋转组件的中心轴线上安装有支杆，支杆的前端安装有面向风洞来流的试验模型；所述的隔震支柱组件包括支撑柱及隔震密封波纹管；支撑柱下端固定在隔震地基上，上端通过X向运动组件的支撑柱安装法兰与X向运动组件的X向基座连接；隔震密封波纹管套装在支撑柱上，隔震密封波纹管的下端焊接在支撑柱周围，上端通过法兰连接在试验段壳体的下表面。
[0004]进一步地，所述的X向运动组件包括：X向基座、X向直线导轨滑块机构、支撑柱安装法兰、X向丝杠法兰螺母组合件、X向伺服电机和X向法兰；所述的X向基座为矩形平板，上表面设置有上安装面，下表面设置有下安装面；
所述的上安装面上设置有X向直线导轨滑块机构、X向丝杠法兰螺母组合件、X向伺服电机；X向丝杠法兰螺母组合件具有丝杠螺母运动副，X向丝杠位于X向基座的中心轴线上，与X向丝杠配装的X向螺母上设置有X向法兰，Z向运动组件具有与X向法兰对应的X向法兰环，X向法兰环装卡在X向法兰上；X向直线导轨滑块机构的导轨对称安装在X向丝杠的两侧、导轨上装卡有若干滑块，Z向运动组件具有与滑块一一对应的X组件安装法兰，X组件安装法兰装卡在对应的滑块上；所述的下安装面上设置有与支撑柱对应的支撑柱安装法兰，支撑柱安装法兰与支撑柱固定连接；所述的X向伺服电机驱动X向丝杠转动，X向螺母沿X向丝杠移动，通过X向法兰和X向直线导轨滑块机构的滑块带动Z向基座沿X向运动，实现六自由度风洞试验模型姿态控制装置带动试验模型沿X向运动。
[0005]进一步地，所述的Z向运动组件包括Z向基座、Z向直线导轨滑块机构、X组件安装法兰、Z向丝杠法兰螺母组合件、Z向伺服电机、β向基座固定块和X向法兰环；所述的Z向基座为矩形平板，上表面设置有上安装面，下表面设置有下安装面；所述的上安装面上设置有Z向直线导轨滑块机构、Z向丝杠法兰螺母组合件和Z向伺服电机；Z向丝杠法兰螺母组合件具有丝杠螺母运动副，Z向丝杠与X向丝杠垂直，位于Z向基座的一个侧边，与Z向丝杠配装的Z向螺母上设置有β向基座固定块，β向基座固定块与β向运动组件的β向下基座的侧壁固定连接；Z向直线导轨滑块机构有2组，每组Z向直线导轨滑块机构的导轨均平行于Z向丝杠，一根导轨和Z向丝杠位于Z向基座的同一个侧边，另一根导轨位于Z向基座的对面侧边；Z向直线导轨滑块机构的导轨上装卡有若干滑块，β向运动组件的β向下基座的下表面设置有与滑块一一对应的Z组件安装法兰，Z组件安装法兰装卡在对应的滑块上；所述的下安装面上设置有与X向直线导轨滑块机构的X向滑块对应的X组件安装法兰，X组件安装法兰装卡在X向直线导轨滑块机构的X向滑块上；还设置有与X向法兰对应的X向法兰环，X向法兰环装卡在X向法兰上；所述的Z向伺服电机驱动Z向丝杠转动，Z向螺母沿丝杠移动，通过β向基座固定块和Z向直线导轨滑块机构的滑块带动β向运动组件的β向下基座沿Z向运动，实现六自由度风洞试验模型姿态控制装置带动试验模型沿Z向运动。
[0006]进一步地，所述的β向旋转组件包括β向下基座、β向上基座、β向圆弧导轨滑块机构、Z组件安装法兰、滑块固定螺孔、β向圆弧齿轮齿条机构、Y组件安装定位法兰、β向伺服电机和中轴；所述的β向旋转组件为矩形块结构，分为上、中、下三层，上层为β向上基座，中层为β向圆弧导轨滑块机构，下层为β向下基座，上、中、下三层的中心贯穿有中轴，中轴与β向下基座中心位置安装的轴承座配装；Y向运动组件的定位法兰孔套装在中轴上，并通过Y组件安装定位法兰实现共轴定位与固定；所述的β向圆弧导轨滑块机构的圆弧导轨安装在β向下基座的上安装面上，β向圆弧齿轮齿条机构的圆弧齿条也安装在β向下基座的上安装面上，圆弧导轨的半径小于圆弧齿条的半径，两者的圆心均与中轴共轴；β向圆弧导轨滑块机构的滑块通过滑块固定螺孔固定在β向上基座的下安装面上，滑块装卡在β向圆弧导轨滑块机构的圆弧导轨上；β向伺服电
机安装β向上基座上，β向伺服电机的输出轴连接β向圆弧齿轮齿条机构的齿轮，齿轮啮合β向圆弧齿轮齿条机构的齿条；Z组件安装法兰安装在β向下基座的下安装面上，Z组件安装法兰装卡在Z向直线导轨滑块机构的滑块上；β向基座固定块通过螺母固定在β向下基座的侧安装面；所述的β向伺服电机启动，β向圆弧齿轮齿条机构的齿轮啮合齿条，带动β向伺服电机沿齿条转动，β向圆弧导轨滑块机构的滑块沿圆弧导轨滑动，β向上基座绕中轴转动，实现六自由度风洞试验模型姿态控制装置带动试验模型改变偏航角β。
[0007]进一步地，所述的Y向运动组件包括Y向U形框架基座、Y向导轨滑块机构、Y向丝杠法兰螺母组合件、Y向伺服电机、配重块、钢丝吊绳、配重块导向杆和定位法兰孔；所述的Y向U形框架基座的底部中心设有定位法兰孔，通过Y组件安装定位法兰套装在中轴上并固定；Y向U形框架基座两侧的竖直的塔形基座位于X向运动组件的X向基座中心轴线的两侧，一侧塔形基座为主动侧，另一侧塔形基座为从动侧，主动侧和从动侧的相对的侧面为内侧壁面，背离的侧面为外侧壁面；主动侧的内侧壁面设置有两组Y向导轨滑块机构，从动侧的内侧壁面设置有对应的另外两组Y向导轨滑块机构，Y向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六自由度风洞试验模型姿态控制装置，其特征在于，所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置（1）位于试验段（3）内，通过隔震支柱组件（2）固定在隔震地基（4）上；所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置（1）包括从下至上、金字塔型分布的X向运动组件（11）、Z向运动组件（12）、β向旋转组件（13）、Y向运动组件（14）、α向旋转组件（15）和γ向旋转组件（16）；γ向旋转组件（16）的中心轴线上安装有支杆（17），支杆（17）的前端安装有面向风洞来流的试验模型（18）；所述的隔震支柱组件（2）包括支撑柱（21）及隔震密封波纹管（22）；支撑柱（21）下端固定在隔震地基（4）上，上端通过X向运动组件（11）的支撑柱安装法兰（113）与X向运动组件（11）的X向基座（111）连接；隔震密封波纹管（22）套装在支撑柱（21）上，隔震密封波纹管（22）的下端焊接在支撑柱（21）周围，上端通过法兰连接在试验段（3）壳体的下表面。2.根据权利要求1所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置，其特征在于，所述的X向运动组件（11）包括：X向基座（111）、X向直线导轨滑块机构（112）、支撑柱安装法兰（113）、X向丝杠法兰螺母组合件（114）、X向伺服电机（115）和X向法兰（116）；所述的X向基座（111）为矩形平板，上表面设置有上安装面，下表面设置有下安装面；所述的上安装面上设置有X向直线导轨滑块机构（112）、X向丝杠法兰螺母组合件（114）、X向伺服电机（115）；X向丝杠法兰螺母组合件（114）具有丝杠螺母运动副，X向丝杠位于X向基座（111）的中心轴线上，与X向丝杠配装的X向螺母上设置有X向法兰（116），Z向运动组件（12）具有与X向法兰（116）对应的X向法兰环（127），X向法兰环（127）装卡在X向法兰（116）上；X向直线导轨滑块机构（112）的导轨对称安装在X向丝杠的两侧、导轨上装卡有若干滑块，Z向运动组件（12）具有与滑块一一对应的X组件安装法兰（123），X组件安装法兰（123）装卡在对应的滑块上；所述的下安装面上设置有与支撑柱（21）对应的支撑柱安装法兰（113），支撑柱安装法兰（113）与支撑柱（21）固定连接；所述的X向伺服电机（115）驱动X向丝杠转动，X向螺母沿X向丝杠移动，通过X向法兰（116）和X向直线导轨滑块机构（112）的滑块带动Z向基座（121）沿X向运动，实现六自由度风洞试验模型姿态控制装置（1）带动试验模型（18）沿X向运动。3.根据权利要求1所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置，其特征在于，所述的Z向运动组件（12）包括Z向基座（121）、Z向直线导轨滑块机构（122）、X组件安装法兰（123）、Z向丝杠法兰螺母组合件（124）、Z向伺服电机（125）、β向基座固定块（126）和X向法兰环（127）；所述的Z向基座（121）为矩形平板，上表面设置有上安装面，下表面设置有下安装面；所述的上安装面上设置有Z向直线导轨滑块机构（122）、Z向丝杠法兰螺母组合件（124）和Z向伺服电机（125）；Z向丝杠法兰螺母组合件（124）具有丝杠螺母运动副，Z向丝杠与X向丝杠垂直，位于Z向基座（121）的一个侧边，与Z向丝杠配装的Z向螺母上设置有β向基座固定块（126），β向基座固定块（126）与β向运动组件（13）的β向下基座（131）的侧壁固定连接；Z向直线导轨滑块机构（122）有2组，每组Z向直线导轨滑块机构（122）的导轨均平行于Z向丝杠，一根导轨和Z向丝杠位于Z向基座（121）的同一个侧边，另一根导轨位于Z向基座（121）的对面侧边；Z向直线导轨滑块机构（122）的导轨上装卡有若干滑块，β向运动组件（13）的β向下基座（131）的下表面设置有与滑块一一对应的Z组件安装法兰（134），Z组件安装法兰（134）
装卡在对应的滑块上；所述的下安装面上设置有与X向直线导轨滑块机构（112）的X向滑块对应的X组件安装法兰（123），X组件安装法兰（123）装卡在X向直线导轨滑块机构（112）的X向滑块上；还设置有与X向法兰（116）对应的X向法兰环（127），X向法兰环（127）装卡在X向法兰（116）上；所述的Z向伺服电机（125）驱动Z向丝杠转动，Z向螺母沿丝杠移动，通过β向基座固定块（126）和Z向直线导轨滑块机构（122）的滑块带动β向运动组件（13）的β向下基座（131）沿Z向运动，实现六自由度风洞试验模型姿态控制装置（1）带动试验模型（18）沿Z向运动。4.根据权利要求1所述的六自由度风洞试验模型姿态控制装置，其特征在于，所述的β向旋转组件（13）包括β向下基座（131）、β向上基座（132）、β向圆弧导轨滑块机构（133）、Z组件安装法兰（134）、滑块固定螺孔（135）、β向圆弧齿轮齿条机构（136）、Y组件安装定位法兰（137）、β向伺服电机（138）和中轴（139）；所述的β向旋转组件（13）为矩形块结构，分为上、中、下三层，上层为β向上基座（132），中层为β向圆弧导轨滑块机构（133），下层为β向下基座（131），上、中、下三层的中心贯穿有中轴（139），中轴（139）与β向下基座（131）中心位置安装的轴承座配装；Y向运动组件（14）的定位法兰孔（148）套装在中轴（139）上，并通过Y组件安装定位法兰（137）实现共轴定位与固定；所述的β向圆弧导轨滑块机构（133）的圆弧导轨安装在β向下基座（131）的上安装面上，β向圆弧齿轮齿条机构（136）的圆弧齿条也安装在β向下基座（131）的上安装面上，圆弧导轨的半径小于圆弧齿条的半径，两者的圆心均与中轴（139）共轴；β向圆弧导...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮兴才，闵夫，龙正义，李绪国，毛春满，彭傲平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：