一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置屬于壓電執(zhí)行器用于振動抑制領域。特別涉及一種內(nèi)嵌有壓電陶瓷疊堆的模型支桿外套裝置，該裝置具備抑制模型振動和提高實驗最大攻角的功能。該裝置在風洞模型的支桿外部套裝主動振動抑制裝置，該裝置中，左、右兩個脹緊套分別安裝在支桿的左右兩端，外套安裝在左、右兩個脹緊套之間；四只壓電作動器均勻分布并分別由四只螺釘固定在外套的內(nèi)腔作動器安裝平臺上。本發(fā)明可以實現(xiàn)對模型俯仰、偏擺兩個自由度的振動抑制，結構緊湊，體積小巧。本發(fā)明能夠有效減小風洞試驗中模型的振動，為提高可靠的風洞試驗數(shù)據(jù)做保障，增強試驗安全性，并能有效提升試驗可能的最大攻角。
【專利說明】一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電執(zhí)行器用于振動抑制領域。特別涉及一種內(nèi)嵌有壓電陶瓷疊堆的模型支桿外套裝置，該裝置具備抑制模型振動和提高實驗最大攻角的功能。
【背景技術】
[0002]風洞模型試驗是航空航天飛行器研制過程中了解飛行器性能、降低飛行器研制風險和成本的重要手段之一。支桿式風洞試驗模型是最為常見的安裝形式，由一根細長支桿伸入飛行器模型的尾部或者腹部，將模型置于風洞內(nèi)部流場之中，支桿的另外一端安裝在可改變攻角的固支彎刀上，構成懸臂結構。在風洞模型試驗過程中，由于氣流的脈動、風洞動力系統(tǒng)的振動、噪聲、模型結構及其產(chǎn)生的氣動力等因素的共同作用，很容易觀察到模型在試驗中存在振動現(xiàn)象，運輸機、高空偵察機等大展弦比飛機模型更為明顯。模型的振動影響風洞試驗數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，而且隨著模型攻角增大，這種振動現(xiàn)象越發(fā)劇烈，甚至對模型支桿系統(tǒng)造成破壞。為了抑制模型的振動，僅在設計過程中考慮模型自身和支桿的一些特性是不夠的，例如加粗支桿可以有效減小其振動，但是過粗的支桿會對風洞流場產(chǎn)生干擾，從而使風洞試驗條件失真、數(shù)據(jù)失準。因此必須采取抑振技術，保持模型穩(wěn)定，提高風洞試驗數(shù)據(jù)的可靠性，并提高試驗可能的最大攻角。
[0003]支桿式風動模型抑振技術主要分為被動式與主動式。被動式抑振主要由安裝在飛行器模型內(nèi)部的吸振裝置實現(xiàn)，通關調(diào)節(jié)吸振裝置參數(shù)使其與模型諧振并由其阻尼環(huán)節(jié)吸收振動能量。被動式振動抑制裝置結構簡單、造價低廉，但是其適應性差，需要模型內(nèi)有較大的安裝空間，并且專模專用；抑振裝置還會改變模型的質(zhì)量及其分布，對試驗結果產(chǎn)生不良影響；最為重要的是其抑振能力較差、響應速度慢。因此近年來，使用壓電陶瓷材料做主動振動抑振裝置成為主流。
[0004]美國專利(PatentN0.US 5, 644, 075) WIND TUNNEL MODEL SUPPORT WITHVIBRATION DETECTION BALANCE AND COUNTERVIBRATION MEANS 發(fā)明了一種安裝在支桿中的模型動態(tài)阻尼裝置。該裝置主要包括12個11000磅壓電陶瓷作動器，作動器由壓電陶瓷疊堆封裝制成，分4組，每組3個正交分布，由驅(qū)動放大器驅(qū)動。該裝置有效抑制了模型振動，將某型號運輸機的試驗最大攻角由6°提高到了 12°，但是該裝置體積龐大，只適用于較粗的支桿，而且破壞支桿結構，易造成應力集中和破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術難題是克服現(xiàn)有技術的不足，發(fā)明了一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置，該裝置采用正交布置的疊堆式壓電陶瓷作動器，輸出力大、動態(tài)響應快，外套式的結構對支桿不產(chǎn)生破壞，結合脹緊安裝的方式，可使該裝置在支桿上的安裝位置靈活改變，提高了裝置的適用范圍。本發(fā)明可以實現(xiàn)對模型俯仰、偏擺兩個自由度的振動抑制，結構緊湊，體積小巧，對試驗過程的其它環(huán)節(jié)產(chǎn)生的影響小。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案是一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置，其特征是，該裝置在風洞模型的支桿3外部套裝主動振動抑制裝置，該裝置中，左、右兩個脹緊套2、2’分別安裝在支桿3的左右兩端，外套I安裝在左、右兩個脹緊套2、2’之間；四只壓電作動器5均勻分布并分別由四只螺釘4固定在外套I的內(nèi)腔作動器安裝平臺a上，四只壓電作動器5另一端為作動器球頭b，作動器球頭b與安裝在外套I上的凹端緊定螺釘6的凹端緊密接觸，并通過凹端緊定螺釘6對壓電作動器5施加預緊力；作動器引線7由壓電作動器(5)弓丨出，并貼于支桿3上。
[0007]本發(fā)明的顯著效果是由四只壓電作動器產(chǎn)生位移和力，使得支桿在俯仰和偏擺兩個方向上產(chǎn)生主動變形，通過快速動態(tài)響應，抵消風洞中的風載在這兩個方向上產(chǎn)生的振動，保持模型穩(wěn)定，提高風洞試驗數(shù)據(jù)的可靠性，并提高試驗可能的最大攻角。針對不同模型需求，可以改變裝置在在支桿上的安裝位置，通用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1主動振動抑制裝置三維模型圖，圖2為裝置的旋轉(zhuǎn)剖視圖。其中:1_外套，2-左脹緊套，2’ -右脹緊套，3-支桿，4-螺釘，5-壓電作動器，6-凹端緊定螺釘，7-壓電作動器引線，a-作動器安裝平臺，b-作動器球頭。
【具體實施方式】
[0009]以下結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的實施。主動振動抑制裝置為執(zhí)行構件，通過四只正交分布的壓電作動器產(chǎn)生的變形抵消風洞支桿產(chǎn)生的變形。具體實施中，包括主動振動抑制裝置的安裝和裝置中四個壓電作動器的控制。
[0010]參見圖1和圖2，先將壓電作動器5安放在作動器安裝平臺a上，并用螺釘4固定在壓電作動器5底部的螺紋孔內(nèi)，在外套I的另一端擰入凹端緊定螺釘6，使凹端緊定螺釘6的凹端與壓電作動器的輸出端球頭b緊密接觸，對凹端緊定螺釘6施加一定值的扭矩，使其對壓電作動器產(chǎn)生預緊力。在四只壓電作動器5均安裝完成后，需要根據(jù)風洞模型所受的風載(一般使用在試驗攻角下模型所受升力)確定外套I在風洞模型支桿3上的安裝位置:如風載較大，則需使外套I靠近風洞模型安裝；如風載較小，可以使外套I靠近支桿3的固支端。按照確定的位置使用左、右兩個脹緊套2、2’將外套I可靠脹緊于支桿3上，注意按照如圖1所示位置，將四只壓電作動器5分別置于與豎直水平方向呈45°角的位置，將壓電作動器引線7貼于支桿3上。
[0011]通過風洞天平測量模型在俯仰和偏擺兩個方向上的振動信號，一般采用正弦信號，經(jīng)過輸入模塊、處理器、輸出模塊、電壓放大器，輸出兩路信號(一般為正弦信號)，并將信號修整、限幅在正負作動器最大驅(qū)動電壓的一半，來驅(qū)動四只壓電作動器。首先通過固定的直流電源對每個壓電作動器施加最大驅(qū)動電壓一半的偏置電壓；然后將俯仰方向輸出信號正向接入上方兩個作動器，反向接入下方兩個作動器；將偏擺方向輸出信號正向接入左方兩個作動器，反向接入右方兩個作動器。如有需要，可以分別控制各路信號，具體方向以實現(xiàn)裝置驅(qū)動變形方向與模型振動方向相反為準。以此，實現(xiàn)對模型振動實時的、閉環(huán)的主動抑制。
[0012]本發(fā)明能夠有效減小風洞試驗中模型的振動，為提高可靠的風洞試驗數(shù)據(jù)做保障，增強試驗安全性，并能有效提升試驗可能的最大攻角。
【權利要求】
1.一種支桿式風洞模型主動振動抑制裝置，其特征是，該裝置在風洞模型的支桿(3)外部套裝主動振動抑制裝置，該裝置中，左、右兩個脹緊套(2、2’)分別安裝在支桿(3)的左右兩端，外套(I)安裝在左、右兩個脹緊套(2、2’)之間；四只壓電作動器(5)均勻分布并分別由四只螺釘(4)固定在外套(I)的內(nèi)腔作動器安裝平臺(a)上，四只壓電作動器(5)另一端為作動器球頭(b)，作動器球頭(b)與安裝在外套(I)上的凹端緊定螺釘(6)的凹端緊密接觸，并通過凹端緊定螺釘(6)對壓電作動器(5)施加預緊力；作動器引線(7)由壓電作動器(5)引出，并貼于支桿(3)上。
【文檔編號】G01M9/04GK103487231SQ201310442832
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】劉巍, 賈振元, 姜尓東, 畢曉丹, 任宗金 申請人:大連理工大學