风洞模型支撑装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风洞模型支撑装置，包括：动平台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动平台上，用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度。第一驱动单元包括第一驱动电机及第一绳索牵引机构，第二驱动单元包括第二驱动电机及第二绳索牵引机构。该支撑装置可实现风洞试验中模型的六自由度，且通过并联的第一、第二驱动单元可有效扩大模型支撑所能实现的模型的俯仰和滚转振幅，降低驱动单元的加速度、运动速度和运动行程，结构简单可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风洞实验装备领域，尤其是涉及一种在风洞实验中用于对模型进行支撑的风洞模型支撑装置。
技术介绍
风洞实验是进行空气动力学研究的三个基本手段之一，风洞实验的成果强有力地 推动了航空航天事业的发展。在风洞实验中，需要飞行器模型(以下简称模型)经常作出 俯仰、偏航、滚转、升沉、横向平移和纵向平移等姿态和动作。而要实现上述姿态和动作，必 须先用支架系统将模型支撑在风洞之中，这个支架即通常所称的风洞模型支撑系统，它是 实现风洞中模型姿态控制的机构。在风洞实验中，常用的模型支撑方式包括腹撑、尾撑、背 撑和张线支撑等。在不同种类的风洞试验中，会根据具体情况采用不同的支撑方式，这些不 同的支撑方式具有各自的特点和优势。 随着并联机构的出现及相关理论的逐渐成熟，并联机构以其高刚度、高响应速度 和误差不累积等优点，很快应用到风洞模型支撑系统中。目前广泛采用的风洞模型支撑系 统有Stewart平台的并联机构风洞模型系统和Hexaglide (6-PSS)并联机构风洞模型支撑 系统。虽然这两类风洞模型支撑系统具有较高的动态响应特性，但是很难满足风洞模型试 验中对模型做高频率、大振幅运动的实验要求。因为在风洞试验中，模型是由一根杆件与动 平台固连，在试验过程中动平台不能进入风区，这就要求动平台和模型之间的杆件长度至 少大于风洞的半径。然而由于风洞半径的限制，当模型做大振幅、高频率运动时，会使风洞 模型支撑系统所需要的输入加速度相当大，这是一般的驱动单元无法实现的，而且结构复 杂，制造、装配成本较高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。 为此，本专利技术的目的在于提出一种风洞模型支撑装置，该风洞模型支撑装置可扩 大模型的俯仰和滚转振幅、提高了风洞模型的俯仰和滚转姿态实现能力，降低了驱动单元 运动行程、运动速度和加速度，动态性能好，运动精度高，可以实现高频率大振幅运动，结构 简单、工作可靠。 为了达到上述目的，根据本专利技术的一个实施例的风洞模型支撑装置，包括动平 台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所 述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱 动单元设置在所述动平台上，用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横 向转动的自由度。其中，所述第一驱动单元包括第一驱动电机，以及第一绳索牵引机构，所 述第一驱动电机驱动所述第一绳索牵引机构，所述第一绳索牵引机构进而牵引所述夹持装 置，以实现夹持装置的纵向和横向转动的自由度中的一个；所述第二驱动单元包括第二 驱动电机，以及第二绳索牵引机构，所述第二驱动电机驱动所述第二绳索牵引机构，所述第4二绳索牵引机构进而牵引所述夹持装置，以实现所述夹持装置的横向和纵向转动的自由度 中的另一个。 根据本专利技术的风洞模型支撑装置，可实现风洞试验中模型的六自由度运动，且通过并联的第一绳索牵引机构和第二绳索牵引机构，可以扩大模型的俯仰和滚转振幅、提高了风洞模型的俯仰和滚转姿态实现能力，降低了驱动单元运动行程、运动速度和加速度，动态性能好，运动精度高，可以实现高频率大振幅运动，结构简单、工作可靠。另外，根据本专利技术实施例的风洞模型支撑装置还具有如下附加技术特征 所述第一驱动单元和所述第二驱动单元相互垂直地布置。 所述第一绳索牵引机构包括第一巻绕轴，所述第一巻绕轴与所述第一驱动电机相连接；和第一绳索件，所述第一绳索件巻绕在所述第一巻绕轴上，且两端分别与所述夹持装置相连接，以在第一巻绕轴转动时牵引所述夹持装置沿着上下的方向运动。 在所述第一绳索牵引机构中，所述第一绳索件包括第一绳索和第二绳索，所述第一和第二绳索的第一端分别反向巻绕在所述第一巻绕轴，所述第一和第二绳索的第二端分别与所述夹持装置的相对的两个位置相连接。 在所述第一绳索牵弓|机构中，还包括用于固定支撑第一 电机的第一 电机支撑；以及固定支撑第一巻绕轴的第一支架，所述第一电机支撑和第一支架固定于所述动平台上。 所述第二绳索牵引机构包括第二巻绕轴，所述第二巻绕轴与所述第二驱动电机相连接；和第二绳索件，所述第二绳索件巻绕在所述第二巻绕轴上，且两端分别与所述夹持装置相连接以在第二巻绕轴转动时牵引所述夹持装置沿着上下的方向运动。 所述第二绳索件由第三绳索和第四绳索构成，其中所述第三和第四绳索的第一端分别反向巻绕在所述第二巻绕轴，所述第三和第四绳索的第二端分别与所述夹持装置上另外的两个相对位置相连接。 在所述第一绳索牵弓|机构中，还包括用于固定支撑第二电机的第二电机支撑；以及固定支撑第二巻绕轴的第二支架，所述第二电机支撑和第二支架固定于所述动平台上。 所述夹持装置为虎克铰，其包括上铰链架，所述上铰链架的顶端与所述动平台底部通过动平台连接件进行连接，所述上铰链架成拱形且两端分别形成有在同一轴线上的第一圆孔；下铰链架，所述下铰链架的底端通过模型连接件与所述模型进行连接，所述下铰链架形成为半球壳形，且在边缘处形成在同一轴线上的两个凸缘，所述两个凸缘上分别形成有第二圆孔，所述两个第二圆孔的轴线与所述第一圆孔的轴线相垂直；以及十字轴，所述十字轴的四个轴端分别可转动地设在所述两个第一圆孔和两个第二圆孔中。 所述第一绳索件的两端分别穿过动平台后与所述下铰链架上的两个相对位置相连接，所述第二绳索件的两端分别穿过所述动平台后与所述下铰链架上的另外两个相对位置相连接，所述另外两个相对位置的连线与所述两个相对位置的连线垂直。 所述动平台具有3个平动自由度和三个转动自由度。 根据本专利技术的风洞模型支撑装置，采用第一和第二绳索牵引机构牵引虎克铰转动 的并联机构，显著提高了模型的俯仰和滚转姿态实现能力，同时降低了六自由度并联风洞 模型支撑各驱动单元的加速度、运动速度、运动行程，此外该机构还具有运动质量小，动态 性能好，运动精度高的优点。 作为一种新型的并联机构，绳索牵引并联机构具有工作空间大、可重组、结构简5单、易拆装、高负载能力和负载/重量比、价格低廉和运动速度快等优点。将绳牵引并联机 构应用于风洞模型不仅仅可以实现模型较大的转角范围而且能够很好的解决模型支撑的 刚度与气动干扰之间的矛盾。 并且由于所有的运动副都是低副，且组成运动副的原件表面全是圆柱面或平面， 因而加工、安装和调整都比较方便，可以获得较高的精度；组成运动副的原件间的接触都是 面接触，它所承受的单位压力较小，故磨损较小，可靠性较高。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 图1是根据本专利技术实施例的风洞模型支撑装置的结构示意图；以及 图2是图1中所示的风洞模型支撑装置的虎克铰的结构示意图。 主要附图标记说明 1并联机构 2动平台 3绳索 31第三绳索32第一绳索 33第二绳索 34第四绳索 4十字轴 5下铰链架 6模型连接件7模型 8电机支撑 81第一电机支撑82第二电机支撑 9动平台连接件 IO上铰链架 11电机 111第一驱动电机 112第二驱动电机 15支架 151第一支架(X方向) 152第一支架(X方向) 153第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风洞模型支撑装置，包括：动平台，所述动平台具有三个平动自由度和至少一个转动自由度；夹持装置，所述夹持装置与所述动平台相连接并用于固定支撑所述模型；以及第一和第二驱动单元，所述第一和第二驱动单元设置在所述动平台上，用于驱动所述夹持装置以使所述夹持装置获得沿着纵向和横向转动的自由度，其中，所述第一驱动单元包括：第一驱动电机，以及第一绳索牵引机构，所述第一驱动电机驱动所述第一绳索牵引机构，所述第一绳索牵引机构进而牵引所述夹持装置，以实现夹持装置的纵向和横向转动的自由度中的一个；所述第二驱动单元包括：第二驱动电机，以及第二绳索牵引机构，所述第二驱动电机驱动所述第二绳索牵引机构，所述第二绳索牵引机构进而牵引所述夹持装置，以实现所述夹持装置的横向和纵向转动的自由度中的另一个。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：关立文，王立平，汪劲松，张浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]