【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风洞试验领域，尤其涉及一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置与方法。
技术介绍
1、飞机在飞行过程中，其结构受气动力作用发生弹性变形，而结构弹性变形导致气动载荷分布和量值发生变化，这种气动载荷变化会使结构发生新的弹性变形。上述气动力变化与结构弹性变形间的相互耦合称为气动弹性，气动弹性现象涉及气动力、弹性力和惯性力之间的耦合。气动弹性问题会使飞机的平衡状态发生变化，甚至引起结构疲劳导致飞机的破坏。目前，最受关注的动气动弹性问题主要有两类，一类为气动弹性动响应问题，比如机动载荷减缓；另一类为气动弹性动稳定性问题，比如颤振。
2、在现代飞机设计中，为了追求高速、高机动性等飞行性能，通常采用轻质和柔性材料，导致气动弹性问题更加突出。尤其是飞翼布局飞机，其飞机翼载较小，结构的柔性较大，遭遇较强阵风时会引起姿态和质心加速度的剧烈变化，并诱发柔性机翼的弹性运动，导致翼根弯矩增加、翼尖振动过大，影响飞行任务的完成，危及飞行安全；其柔性机翼结构的弹性模态频率与飞机的刚体模态频率接近，还会带来一种特殊的体自由度颤振现象；此外，对于飞机阵风响应及体自由度颤振现象均涉及模型的弹性模态与刚体模态耦合问题。
3、目前，飞机的阵风载荷减缓研究与体自由度颤振多采取风洞试验的方法开展，现有用于阵风或颤振的半模风洞试验系统无法实现升沉与俯仰自由度的完全释放、不能将弹性模型的刚体模态与弹性体模态解耦，难以实现阵风与颤振两种试验共用，不能将用于实现升沉运动的滑车重量恒定抵消、进而无法使模型自由运动，模型无法实现大范围的俯仰角调节
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置与方法，以解决现有用于阵风或颤振半模风洞试验系统无法实现升沉与俯仰自由度的完全释放，难以实现阵风与颤振两种试验共用等问题。本专利技术所采用的技术方案如下：
2、一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，包括整体框架、发条弹簧、滑车和模型安装座；
3、整体框架的后端与风洞试验段的侧壁相连，整体框架的下端与风洞试验段的底壁相连，整体框架的前端面上竖向设置有两个滑轨，滑车的后端面上左右设置有两组滑块组，两组滑块组与两组滑轨一一对应滑动配合，整体框架的顶端设有两个弹簧座，弹簧座设有水平轴，两个发条弹簧的内圈端与两个弹簧座的水平轴一一对应相连，两个发条弹簧的外圈端分别下垂与滑车相连，模型安装座呈筒形，模型安装座与滑车转动配合；
4、试验模型为弹性机翼半模型，试验模型的翼根与模型安装座的前端相连，试验模型的的后缘设有副翼和襟翼，副翼、襟翼的驱动装置分别与模型控制系统电连接，两个发条弹簧的弹力的合力依据试验模型、模型安装座、两个滑块组和滑车的重量和设置；
5、俯仰防护系统包括双轴气缸和限位块，模型安装座的后端设有限位平面，所述限位平面与模型安装座的轴线平行，限位块为楔形块，双轴气缸水平设置，双轴气缸的输出端朝向所述限位平面，限位块的一侧楔面与双轴气缸的输出端抵靠相连，限位块的另一侧楔面对所述限位平面的转动限位。
6、进一步的，滑轨的上端和下端均设有防护阻尼器，防护阻尼器的缓冲头朝向对应的滑块组。
7、进一步的，整体框架的底部四角均设有调节螺母，四个竖向设置的调节螺杆与四个调节螺母一一对应螺纹配合，调节螺杆的底部设有移动滚轮。
8、进一步的，限位块为若干个，若干限位块的楔角由0°～45°，间隔5°依次变化。
9、进一步的，整体框架的后端设有若干侧壁安装座，整体框架的下端设有若干安装孔，整体框架通过若干侧壁安装座与风洞试验段的侧壁相连，整体框架通过若干安装孔与风洞试验段的底壁相连。
10、进一步的，整体框架的前端面上设有若干导流板安装座，导流板固定在若干导流板安装座上，导流板上竖向设置有长孔，模型安装座的前端穿过所述长孔。
11、进一步的，滑车上左右设置有两个直线导轨钳制器，两个直线导轨钳制器与两个滑轨一一对应滑动配合或锁紧。
12、本专利技术还提供了一种用于低速风洞阵风试验的方法，依托于上述一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置实现，包括以下步骤：
13、步骤一、对于阵风试验，将阵风发生器安装在风洞入口处，连接阵风发生器的驱动装置与模型控制系统；
14、步骤二、将整体框架与风洞试验段的侧壁及底壁连接；
15、步骤三、将试验模型与模型安装座连接；
16、步骤四、对于阵风试验，在试验模型的重心位置处安装倾角传感器和角速率陀螺仪，通过倾角传感器测量试验模型的俯仰角，通过角速率陀螺仪测量试验模型的俯仰角速率；
17、步骤五、根据试验的需求选择相应的限位块，根据试验模型俯仰角度范围调整双轴气缸活塞杆的伸出量；
18、步骤六、在试验模型的翼尖处安装加速度传感器，在试验模型的翼根处粘贴用于测量翼根弯矩的应变计，在试验模型的翼梁上布置测量机翼变形量的光纤丝，在试验模型上固定拉绳式的位移传感器，将位移传感器的拉绳竖直与风洞试验段的顶壁或底壁相连，将加速度传感器、应变计、位移传感器和光纤丝分别与数据采集处理系统相连，并确保采集信号正常；
19、步骤七、在有来流下和无来流下，分别进行试验模型副翼和襟翼的扫频试验，获得模型的频响特性；
20、步骤八、在进行阵风试验前，使风洞的风速达到预设值，再开启阵风发生器，使阵风发生器的叶片按照指定的摆动角度、摆动频率及波形运动；在进行颤振半模试验前，首先启动风洞风速，使风洞的风速达到预设值，然后梯度提高来流风速，直至来流风速达到模型颤振速度；
21、步骤九、当阵风扰流到达试验模型时，通过加速度传感器测得试验模型的振动响应信号，通过角速率陀螺仪测量试验模型的俯仰角速率，所述振动响应信号和俯仰角速率通过数据采集处理系统解算出阵风的扰动量，再将扰动量传输到模型控制系统，模型控制系统驱动襟翼运动，产生与阵风带来气动力方向相反的力，达到俯仰姿态控制效果，既内回路控制，实现了弹性体载荷减缓；
22、步骤十、在步骤九进行内回路控制的同时，先通过位移传感器测得试验模型升沉运动的位移变化量，并将信号数据发送至数据采集处理系统解算，再将解算出的位移变化量传输到模型控制系统，模型控制系统驱动襟翼运动，使试验模型保持设定的高度，既外回路控制，实现了刚体载荷减缓；
23、步骤十一、对于阵风试验，综合比较步骤七及步骤八中襟翼和副翼控制前后的翼尖加速度、翼根应变及试验模型升沉运动范围，与未施加控制相比较，若实施控制后翼尖的加速度及翼根应变值低于未施加的20％，且试验模型的升沉运动稳定在预定范围内，则表示本车次试验载荷减缓效果达标，本车次试验结束，进行下一车次试验，否则继续调整襟翼和副翼参数，直至载荷减缓效果达标；
24、步骤十二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：包括整体框架(1)、发条弹簧(6)、滑车(3)和模型安装座(4)；
2.根据权利要求1所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：滑轨(2)的上端和下端均设有防护阻尼器(9)，防护阻尼器(9)的缓冲头朝向对应的滑块组(14)。
3.根据权利要求2所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：整体框架(1)的底部四角均设有调节螺母(12)，四个竖向设置的调节螺杆(11)与四个调节螺母(12)一一对应螺纹配合，调节螺杆(11)的底部设有移动滚轮(13)。
4.根据权利要求3所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：限位块(17)为若干个，若干限位块(17)的楔角由0°～45°，间隔5°依次变化。
5.根据权利要求4所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：整体框架(1)的后端设有若干侧壁安装座(5)，整体框架(1)的下端设有若干安装孔，整体框架(1)通过若干侧壁安装座(5)与风洞试验段的侧壁相连，整体框架(1)通过
6.根据权利要求5所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：整体框架(1)的前端面上设有若干导流板(7)安装座，导流板(7)固定在若干导流板(7)安装座上，导流板(7)上竖向设置有长孔(8)，模型安装座(4)的前端穿过所述长孔(8)。
7.根据权利要求6所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：滑车(3)上左右设置有两个直线导轨钳制器(15)，两个直线导轨钳制器(15)与两个滑轨(2)一一对应滑动配合或锁紧。
8.一种用于低速风洞阵风试验的方法，依托于权利要求7所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的试验方法，其特征在于：步骤七中，根据襟翼(20)操纵面的偏转，产生直接升力来抵消阵风产生的气动力及力矩增量，建立的阵风载荷减缓方程如下：
10.一种用于颤振半模试验的方法，依托于权利要求7所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：包括整体框架(1)、发条弹簧(6)、滑车(3)和模型安装座(4)；
2.根据权利要求1所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：滑轨(2)的上端和下端均设有防护阻尼器(9)，防护阻尼器(9)的缓冲头朝向对应的滑块组(14)。
3.根据权利要求2所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：整体框架(1)的底部四角均设有调节螺母(12)，四个竖向设置的调节螺杆(11)与四个调节螺母(12)一一对应螺纹配合，调节螺杆(11)的底部设有移动滚轮(13)。
4.根据权利要求3所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：限位块(17)为若干个，若干限位块(17)的楔角由0°～45°，间隔5°依次变化。
5.根据权利要求4所述的一种用于低速风洞阵风或颤振半模试验的装置，其特征在于：整体框架(1)的后端设有若干侧壁安装座(5)，整体框架(1)的下端设有若干安装孔，整体框架(1)通过若干侧壁安装座(5)与风洞试验段的侧壁相连，整体框架(1)通过若干安...
【专利技术属性】
技术研发人员：于金革，高恩和，由亮，刘南，张鹏飞，吴思禹，臧彬宇，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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