一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置及方法，采用旋转试验台模拟吊挂物旋转运动，通过计算机控制实现吊挂物转速控制，天平和编码器由数据采集模块供电，只需通过外部电池对数据采集模块供电即可，装置集成度高，使用便捷，采用无线数据传输，实现了天平旋转信号和旋转相位的同步采集，对分析吊挂物在不同迎风相位下的气动特性，具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及直升机风洞试验领域，具体涉及一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置及方法。

技术介绍

[0002]吊挂飞行是直升机重要的飞行科目，通过吊挂飞行, 直升机能够把体积大、外形不规则和重量较大的货物及时运送到其它运载工具难以达到的地方, 不需要考虑直升机本身的的装载容积以及与货物外形之间的匹配问题，无需进行专用的舱门设计，不受当地交通状况、地理条件的制约，因此具有其它运载工具难以比拟的优点。直升机吊挂飞行，增加了新的气动载荷、重力载荷，和因此产生的对直升机重心的力矩。吊挂物与直升机之间的运动耦合，吊挂物自身振荡发散的隐患，飞行的安全性更成为直升机吊挂运输中的关键问题。
[0003]直升机吊挂物以集装箱、工程机械、武器装备等为主，这些吊挂物都是钝体结构，钝体吊挂物的流场环境复杂，钝体吊挂物的航向是不稳定的，在飞行中往往处于旋转状态，很难在仿真中建立精确的非定常气动模型。因此，需要一种能够模拟吊挂物旋转的风洞试验装置和获取非定常气动特性的试验方法，通过风洞试验获取外挂物的非定常气动模型，为研究直升机吊挂飞行的稳定性和控制提供数据支撑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是通过电机驱动实现外挂物模型旋转，采用无线数据采集模式实现外挂物气动载荷和旋转相位角的同步采集。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置，包括：设置在风洞试验段地板上的支撑座，支撑座上设置有两端贯通的支撑柱，所述支撑柱内同轴设置有旋转轴，所述旋转轴的底端与电机的输出轴连接，所述电机固定连接到支撑座上，旋转轴的顶端与天平的固定端连接，天平的浮动端通过连接板与试验模型连接，设置在连接板内的数据采集模块，设置在支撑柱上的编码组件。
[0006]在上述技术方案中，编码组件包括设置在支撑柱上的编码器和设置在旋转轴上的读数头。
[0007]在上述技术方案中，所述数据采集模块包括有无线模块，天平和编码组件的编码信号通过数据采集模块采集，数据采集模块通过无线模块与计算机无线连接。
[0008]一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验方法，包括以下步骤：S1：确定试验模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角；S2：电机驱动旋转轴按照给定转速旋转，启动风洞动力系统，控制风速达到试验要求；S3：转速稳定后，数据采集模块按照设定的采样频率和采样点数开始采集数据；
S4：采集数据结束后，编码器组件测量的角度值转换为模型在风轴系的相位角，计算模型载荷并转换为风轴系，保存数据；S5：改变风速或旋转速度，重复A2
‑
A4步骤，直至本次试验结束；S6：试验结束后，停止旋转机构，停止风洞动力系统。
[0009]在上述技术方案中，确定模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角的方法如下：A1：采用全站仪测量模型中轴线与风洞轴线的夹角，调整模型，使模型中轴线与风洞轴线夹角为零；A2：启动相位采集程序，按照俯视逆时针方向旋转模型，当采集到编码器Z脉冲时停止，此时相位采集程序记录的角度值即为模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角。
[0010]在上述技术方案中，天平信号和模型的相位信号，均采用外部信号触发，数据采集模块同步采集，触发信号为编码器的Z脉冲信号。
[0011]在上述技术方案中，在步骤S4中，天平与试验模型同步旋转，将测量到的天平信号数据通过下述模型进行体轴系与风轴系的转变：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017]其中： 分别为试验模型体轴系的阻力、升力、侧力、滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩， 分别为试验模型体轴系的阻力、升力、侧力、滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩, 为测得相位角。
[0018]在上述技术方案中，编码器角度值与模型在风轴系的相位角转换模型为：
[0019]其中： 为采集到的编码器角度值， 为模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角，mod表示除以360的余数。
[0020]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术的直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置及方法，采用旋转试验台模拟吊挂物旋转运动，通过计算机控制实现吊挂物转速控制。天平和编码器由数据采集模块供电，只需通过外部电池对数据采集模块供电即可，装置集成度高，使用便捷。采用无线数据传输，实现了天平旋转信号和旋转相位的同步采集，对分析吊挂物在不同迎风相位下的气动特性，具有重要意义。
附图说明
[0021]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是试验装置结构示意图；图2是试验方法流程框图；图3是坐标转换原理示意图；图4相位转换前后对比；
图5a是典型状态下体轴系的实验数据；图5b是典型状态下风轴系的实验数据；其中：1是支撑座， 2是电机，3是旋转轴，4是连接板，5是磁编码器组件，6是天平，7是数据采集，8是试验模型，9是无线路由，10是支撑柱。
具体实施方式
[0022]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0023]本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0024]如图1 所示，本实施例的直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置包括：支撑座，电机，旋转轴，吊挂物模型，连接板，光电编码器，光电编码器读数头，六分量天平，数据采集，无线路由器。
[0025]支撑座固定于风洞试验段地面上，支撑柱安装于支撑座上，支撑柱内部安装旋转轴，旋转轴的底端与电机的旋转轴连接，电机外壳与支撑座连接；六分量天平固定端与旋转轴顶端连接，六分量天平固浮动端通过连接板与试验模型连接；数据采集模块、电池和无线路由模块安装于连接板上，数据采集模块通过无线TCP/IP协议与地面计算机连接，数据通过无线传输；磁编码器安装于支撑柱上，读数头安装于旋转轴上，并随旋转轴旋转；六分量天平和编码器通过数据采集模块供电，六分量天平将载荷转换为模拟信号，模拟信号进入数据采集模块，数据采集模块通过A/D转换，将模拟信号转换为数字信号并保存在计算机硬盘中，编码器将相位转换为脉冲信号，脉冲信号进入数字输入模块，数字输入模块通过对脉冲信号计数，将脉冲信号转换为相位并保存在计算机硬盘中；所获得的模型载荷为模型体轴数据，需要通过轴系转换将体轴数据转换为风轴数据。
[0026]如图2所示，直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验方法步骤包括转速控制、数据采集、数据处理等。其实现过程如下：S1：确定模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角；S2：控制旋转机构按照给定转速旋转，启动风洞动力系统，控制风速达到试验要求风速；S3：转速稳定后，采集模块按照设定的采样频率和采样点数开始采集数据；S4：采集数据结束后，编码器角度值转换为模型在风轴系的相位角，计算模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置，其特征在于包括：设置在风洞试验段地板上的支撑座，支撑座上设置有两端贯通的支撑柱，所述支撑柱内同轴设置有旋转轴，所述旋转轴的底端与电机的输出轴连接，所述电机固定连接到支撑座上，旋转轴的顶端与天平的固定端连接，天平的浮动端通过连接板与试验模型连接，设置在连接板内的数据采集模块，设置在支撑柱上的编码组件。2.根据权利要求1所述的一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置，其特征在于编码组件包括设置在支撑柱上的编码器和设置在旋转轴上的读数头。3.根据权利要求1所述的一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验装置，其特征在于所述数据采集模块包括有无线模块，天平和编码组件的编码信号通过数据采集模块采集，数据采集模块通过无线模块与计算机无线连接。4.一种直升机吊挂物旋转气动特性风洞试验方法，其特征在于包括以下步骤：S1：确定试验模型零相位与编码器Z脉冲之间的夹角；S2：电机驱动旋转轴按照给定转速旋转，启动风洞动力系统，控制风速达到试验要求；S3：转速稳定后，数据采集模块按照设定的采样频率和采样点数开始采集数据；S4：采集数据结束后，编码器组件测量的角度值转换为模型在风轴系的相位角，计算模型载荷并转换为风轴系，保存数据；S5：改变风速或旋转速度，重复A2
‑
A4步骤，直至本次试验结束；S6：试验结束后...

【专利技术属性】
技术研发人员：车兵辉，黄志远，史喆羽，雷洪胜，彭先敏，章贵川，邓皓轩，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：