一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置及使用方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于航空气动力风洞特种试验技术领域，具体为一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置及使用方法。背景技术：2.直升机旋翼的外形设计，是以叶栅理论为依据，针对翼型剖面的空气动力特性为基础，对桨叶进行整体设计。翼型气动力性能的优良与否是桨叶性能好坏的关键因素。以往，翼型的气动性能主要只关注翼型的静态气动性能，对动态气动性能关注很少。翼型的静态气动性能的获取主要靠风洞中的静态翼型测力和测压试验；随着直升机的速度越来越高，直升机旋翼翼型剖面在旋转中表现出来的动态气动特性变得越来越重要。直升机旋翼在旋转过程中，在每一个旋转周期内，都要经历上下挥舞运动、前后摆振运动和变桨距运动（俯仰运动）。对每个翼型剖面来说，翼型相对于自由来流所作的运动为：上下平移振动，前后平移振动以及变迎角（俯仰角）振动，如图5-6所示；要准确获取旋翼翼型的动态气动性能需要在风洞中模拟翼型的这三种运动，通常，翼型前后运动的动态效应不明显，主要关注上下平移振动与变迎角振动。为了能够获取旋翼翼型的动态气动特性，需要在风洞中开发一种旋翼翼型俯仰与平移振动试验装置，来实现模型的振动，并测量其振动过程中的动态气动力；由于高速风洞中气动载荷大，实现模型的振动本身就存在技术难点，需要实现模型的俯仰和平移复合振动，技术难点较高；现有的俯仰与平移振动试验装置大都采用串联的运动形式，即机构整体作平移振动，俯仰机构坐落于平移机构上，平移机构要承担模型与俯仰机构的载荷，驱动负载大。然而，在高速风洞中，受空间尺寸限制，驱动动力又不可能无限增大，因此，在高速风洞中采用串联运动形式的运动机构很难满足试验要求；针对上述问题，亟需一种并联运动形式即可以实现旋翼翼型俯仰与平移复合振动，又可以实现旋翼翼型单独进行俯仰或平移振动的试验装置用以解决上述问题。技术实现要素：3.本发明研发目的是为了解决上述技术问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。4.本发明的技术方案：方案一：一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置，包括模型、模型支撑轴、转窗和驱动机构，模型设置在风洞侧壁内侧，转窗安装在风洞侧壁上，驱动机构设置在风洞侧壁外侧，转窗上加工有第一滑槽，第一滑槽纵向设置在转窗上，模型支撑轴滑动连接在第一滑槽上，模型支撑轴穿过第一滑槽与模型建立连接，驱动机构包括俯仰驱动机构和平移驱动机构，俯仰驱动机构与平移驱动机构分别与模型支撑轴建立连接。5.进一步的，所述俯仰驱动机构包括俯仰电机、俯仰减速器、第一偏心轮、第一滑块、第一滑轨、齿条和齿轮，俯仰电机通过俯仰减速器与第一偏心轮建立连接，第一偏心轮与第一滑块连接，第一滑块滑动安装在第一滑轨上，第一滑轨竖直设置在转窗上，第一滑块上设置有齿条，齿条与第一滑轨平行布置，齿条与齿轮啮合，齿轮套装在模型支撑轴上。6.进一步的，所述第一偏心轮上设置有第一固定杆，第一滑块的侧壁上横向加工有第二滑槽，第一固定杆滑动设置在第二滑槽内。7.进一步的，所述平移驱动机构包括平移电机、平移减速器、第二偏心轮、第二滑块和第二滑轨，平移电机通过平移减速器与第二偏心轮建立连接，第二偏心轮与第二滑块连接，第二滑块滑动设置在第二滑轨上，第二滑轨竖直设置在转窗上，第二滑块与模型支撑轴可拆卸连接。8.进一步的，所述第二偏心轮上设置有第二固定杆，第二滑块的侧壁上横向加工有第三滑槽，第二固定杆滑动设置在第三滑槽内。9.方案二：基于方案一所述的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置的使用方法，包括以下三种振动状态：单独俯仰振动：将模型支撑轴与第二滑块之间滚转运动限制放开，模型支撑轴在第二滑块内自由旋转，俯仰电机经由俯仰减速器带动第一偏心轮连续旋转，第一偏心轮带动第一滑块在第一滑轨上上下移动，第一滑块上的齿条上下移动带动齿轮作正弦振动，进而带动模型做正弦俯仰振动；单独俯仰振动时，模型迎角的运动规律为：式中，是时刻的模型迎角，是时间，以模型开始振动时刻为0点，是为平均迎角；为俯仰振动角度振幅；为俯仰振动频率；单独平移振动：将模型支撑轴与第二滑块之间滚转运动限制住，两者之间固定连接，将齿轮与齿条脱开，平移电机经由平移减速器带动第二偏心轮连续旋转，带动第二滑块作上下方向运动，第二滑块带动模型上下平移振动；单独平移振动时，模型垂直方向位移的运动规律为：式中，y(t)是t时刻的模型的垂直方向位移，是为平移振动位移振幅；是为平移振动频率；t为时间，以模型开始振动时刻为0点；俯仰和平移复合振动：将模型支撑轴与第二滑块之间滚转运动限制放开，将齿轮与齿条之间啮合，俯仰电机与平移电机同时启动，在第一偏心轮和第二偏心轮的带动下，模型作俯仰与平移的复合运动，俯仰振动频率与平移振动频率相同；模型复合振动时，模型迎角的运动规律为：式中，是时刻的模型迎角，是为平均迎角； 为俯仰振动角度振幅；为俯仰振动频率；t为时间，以模型开始振动时刻为0点；模型复合振动时，模型垂直方向位移的运动规律为：式中，y(t)是t时刻的模型的垂直方向位移，是为平移振动位移振幅；是为平移振动频率，；为平移运动与俯仰振动之间的相位角；t为时间，以模型开始振动时刻为0点。10.本发明具有一下有益效果：1、本发明的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置及使用方法能够实现在高速风洞中实现模型的单独俯仰、平移以及俯仰和平移复合振动试验，且俯仰方向和平移方向上的运动是并联关系，所需驱动力矩低，可满足试验要求；2、本发明的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置在两种运动之间的相位角可调节，调节简单，相位角易于保持，不易变化；3、本发明的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置俯仰振动频率可到10赫兹，角度振幅可到10度，平移振动振幅可到50毫米。附图说明11.图1是一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置的整体结构布置图；图2是驱动机构的示意图；图3是图2的局部示意图；图4是驱动机构的轴测图；图5是模型俯仰振动、平移振动、复合振动状态示意图；图6是模型在风洞中三种运动的示意图；图7是实施例2中模型的迎角随时间变化的曲线图；图8是实施例3中模型的位移随时间变化的曲线图；图9是实施例4中模型的迎角和位移随时间变化的曲线图。12.图中1-俯仰电机，2-俯仰减速器，3-第一偏心轮，4-第一滑块，5-第一滑轨，6-齿条，7-齿轮，8-模型，9-平移电机，10-平移减速器，11-第二偏心轮，12-第二滑块，13-第二滑轨，14-模型支撑轴，15-第一滑槽，16-第一固定杆，17-第二滑槽，18-第二固定杆，19-第三滑槽，20-转窗，21-驱动机构，22-风洞侧壁。具体实施方式13.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。14.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接（即为不可拆卸连接）包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。15.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。16.实施例1，结合图1-图4说明本实施例，本实施例的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置，包括模型8、模型支撑轴14、转窗20和驱动机构21，模型8设置在风洞侧壁22内，转窗20安装在风洞侧壁22上，驱动机构21设置在风动侧壁22外侧，转窗20上加工有第一滑槽15，第一滑槽14纵向设置在转窗20上，模型支撑轴14滑动连接在第一滑槽15上，模型支撑轴14穿过第一滑槽15与模型8建立连接，驱动机构21包括俯仰驱动机构和平移驱动机构，俯仰驱动机构与平移驱动机构分别与模型支撑轴14建立连接，俯仰驱动机构与平移驱动机构为两个单独的机构；俯仰驱动机构包括俯仰电机1、俯仰减速器2、第一偏心轮3、第一滑块4、第一滑轨5、齿条6和齿轮7，俯仰电机1经由俯仰减速器2与第一偏心轮3建立连接，在俯仰电机1的作用下，带动第一偏心轮3转动，第一偏心轮3上设置有第一固定杆16，第一滑块4的侧壁上横向加工有有第二滑槽17，第一固定杆16滑动安装在第二滑槽17内，第一滑块4滑动安装在第一滑轨5上，第一滑轨5竖直安装在转窗20上，当第一偏心轮3转动时，带动第一滑块4上下往复运动，第一滑块4上安装有齿条6，齿条6与第一滑轨5平行布置，模型支撑轴14上套装有齿轮7，齿条6与齿轮7啮合，当第一滑块4上下往复运动时，带动齿条6作上下运动，从而带动齿轮7转动，齿轮7与模型支撑轴14固定连接，模型8随之作俯仰振动；平移驱动机构包括平移电机9、平移减速器10、第二偏心轮11、第二滑块12和第二滑轨13，平移电机9经由平移减速器10与第二偏心轮11建立连接，在平移电机9的作用下，带动第二偏心轮11转动，第二偏心轮11上安装有第二固定杆18，第二滑块12的侧壁上横向加工有第三滑槽19，第二固定杆18滑动设置在第三滑槽19内，第二滑块12滑动安装在第二滑轨13上，第二滑轨13竖直安装在转窗20上，第二滑块12与模型支撑轴14可拆卸连接，当第二偏心轮11转动时，第二滑块12在第二滑轨13的约束下，做垂直方向上的平移运动，从而带动模型支撑轴14在第一滑槽15内作平移运动，模型8随之作平移运动。17.实施例2，结合图1-图4、图7说明本实施例，本实施例的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置的单独俯仰振动方法，将模型支撑轴14与第二滑块12之间滚转运动限制放开，模型支撑轴14在第二滑块12内自由旋转，俯仰电机1经由俯仰减速器2带动第一偏心轮3连续旋转，第一偏心轮3带动第一滑块4在第一滑轨5上上下移动，第一滑块4上的齿条6上下移动带动齿轮7作正弦振动，进而带动模型8做正弦俯仰振动；单独俯仰振动时，模型迎角的运动规律为：式中，是时刻的模型8迎角，是时间，以模型8开始振动时刻为0点，是为平均迎角；为俯仰振动角度振幅；为俯仰振动频率；典型试验状态，模型8在平均迎角5度做振幅为10度的俯仰振动，俯仰振动频率为5赫兹，则模型8迎角振动方程为：实施例3，结合图1-图4、图8说明本实施例，本实施例的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置的单独平移振动方法，将模型支撑轴14与第二滑块12之间滚转运动限制住，两者之间固定连接，将齿轮7与齿条6脱开，平移电机9经由平移减速器10带动第二偏心轮11连续旋转，第二滑块12作上下方向上的振动，第二滑块带动模型8上下平移振动；单独平移振动时，模型8垂直方向位移的运动规律为：式中，y(t)是t时刻的模型8的垂直方向位移，是为平移振动位移振幅；是为平移振动频率；t是时间，以模型开始振动时刻为0点；典型试验状态，模型8在做振幅为50毫米的平移振动，平移振动频率为5赫兹，则模型8平移振动方程为：实施例4：结合图1-图4、图9说明本实施例，本实施例的一种旋翼翼型俯仰与平移复合振动试验装置的俯仰与平移复合振动方法，将模型支撑轴14与第二滑块12之间滚转运动限制放开，将齿轮7与齿条6之间啮合， 俯仰电机1与平移电机9同时启动，在第一偏心轮3和第二偏心轮11的带动下，模型8作俯仰与平移的复合运动，俯仰振动频率与平移振动频率相同；模型8复合振动时，模型8迎角的运动规律为：式中，是时刻的模型8迎角，是为平均迎角； 为俯仰振动角度振幅；为俯仰振动频率；t为时间，以模型8开始振动时刻为0点；模型8复合振动时，模型8垂直方向位移的运动规律为：式中，y(t)是t时刻的模型8的垂直方向位移，是为平移振动位移振幅；是为平移振动频率，；为平移运动与俯仰振动之间的相位角；t为时间，以模型8开始振动时刻为0点；典型试验状态，模型8在平均迎角5度做振幅为10度的俯仰振动，俯仰振动频率为5赫兹，同时模型做振幅为50毫米的平移振动，平移振动频率为5赫兹，模型8平移振动与俯仰振动相位角为30度，则模型8的复合振动方程为：式中t为时间，以模型8开始振动时刻为0点。18.此外，俯仰振动与平移振动频率相同，相位角可以调节，调节方法如下：步骤一：将模型支撑轴14与第二滑块12之间滚转运动限制固定，将齿轮7与齿条6之间脱离啮合， 俯仰电机1启动，变化模型8的俯仰角度，将模型8俯仰角调整至目标值，即与平均迎角相等；步骤二：启动平移电机9，驱动第二滑块12运动至其上下振动的中间平衡位置；步骤三：运行俯仰电机1，模型8俯仰角随之变化，当模型8俯仰角达到预先所设定的相位角时，停止运动，将齿轮7与齿条6之间啮合；步骤四：记录此位置，定义为初始位置。19.试验每次运行时都须从初始位置开始，俯仰电机1和平移电机9同时运行，运行过程中，平移振动与俯仰振动之间的相位角始终固定。20.本实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。









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