本發(fā)明涉及一種基于虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡妥枘崛杂啥戎窝b置。

背景技術(shù)：

風(fēng)洞虛擬飛行試驗(yàn)技術(shù)是上世紀(jì)末美國(guó)提出的一種先進(jìn)的風(fēng)洞試驗(yàn)和評(píng)估技術(shù)，該技術(shù)提供一種在風(fēng)洞中對(duì)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證的方法，使得控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)特性研究并行開(kāi)展，在研究初期發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，從而大大降低飛行試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，縮短研發(fā)周期。該技術(shù)能安全有效地評(píng)估非定常氣動(dòng)力對(duì)飛行器飛行品質(zhì)和飛行控制系統(tǒng)的影響，被稱(chēng)為是風(fēng)洞試驗(yàn)與飛行試驗(yàn)之間的橋梁。

虛擬飛行試驗(yàn)要求模型在角度自由狀態(tài)下通過(guò)操縱面的動(dòng)作，產(chǎn)生氣動(dòng)力，控制模型姿態(tài)按照要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)的目的是建立一種氣動(dòng)/運(yùn)動(dòng)/控制一體化的研究手段，試驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行模型氣動(dòng)力參數(shù)的辨識(shí)、飛行控制律的驗(yàn)證以及各種機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式的驗(yàn)證等。

風(fēng)洞虛擬飛行試驗(yàn)離不開(kāi)支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)是保證試驗(yàn)結(jié)果可信度的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。試驗(yàn)需要將飛行器模型安裝在具有旋轉(zhuǎn)自由度的專(zhuān)用支撐裝置上以實(shí)現(xiàn)自由俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)，較為逼真的模擬飛行器機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)虛擬“飛行”。

傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭窝b置通常采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)量取決于相應(yīng)移動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)量，其重量大，運(yùn)動(dòng)范圍調(diào)節(jié)困難，阻尼大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于以上不足之處，本發(fā)明提供一種基于虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡妥枘崛杂啥戎窝b置，使虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)現(xiàn)俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航三個(gè)方向的自由耦合轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證虛擬飛行風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡妥枘崛杂啥戎窝b置，包括由自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副、自由俯仰運(yùn)動(dòng)副和自由偏航運(yùn)動(dòng)副，自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副通過(guò)一對(duì)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承與自由俯仰運(yùn)動(dòng)副的上部?jī)啥溯S向方向聯(lián)接，這對(duì)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承對(duì)稱(chēng)布置在自由俯仰運(yùn)動(dòng)副兩端內(nèi)，在自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副兩端均配有與軸一體的滾轉(zhuǎn)軸承端蓋以及滾轉(zhuǎn)軸承調(diào)整墊片，采用螺釘固定，保證模型在自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承的正常旋轉(zhuǎn)；自由俯仰運(yùn)動(dòng)副徑向方向通過(guò)一對(duì)俯仰深溝球軸承與自由偏航運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接，這對(duì)俯仰深溝球軸承對(duì)稱(chēng)布置在自由偏航運(yùn)動(dòng)副上端凹槽內(nèi)，自由俯仰運(yùn)動(dòng)副兩端均配有與軸一體的俯仰軸承端蓋以及俯仰軸承調(diào)整墊片，采用螺釘固定，保證模型在自由俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)俯仰深溝球軸承的正常旋轉(zhuǎn)；自由偏航運(yùn)動(dòng)副下端的軸向裝有一對(duì)偏航深溝球軸承，兩偏航深溝球軸承之間配有軸套，外部套有偏航運(yùn)動(dòng)軸承安裝座，在自由偏航運(yùn)動(dòng)副的底端與具有凹槽的鎖緊螺帽接觸，鎖緊螺帽上端環(huán)向配有調(diào)整墊圈，底部采用螺釘鎖緊固定，外部套有偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋，偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋的上部環(huán)向采用螺釘與偏航運(yùn)動(dòng)軸承安裝座聯(lián)接，下端作為直口與偏航支桿聯(lián)接。

本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：

1、所述的自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的四個(gè)內(nèi)拐角處對(duì)稱(chēng)布置了四個(gè)調(diào)節(jié)滾轉(zhuǎn)角度的滾轉(zhuǎn)限位螺釘，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)或限制滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的最大角度。

2、所述的自由俯仰運(yùn)動(dòng)副的軸套下端徑向?qū)ΨQ(chēng)布置了兩個(gè)調(diào)節(jié)俯仰角度的俯仰限位螺釘，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)或限制俯仰運(yùn)動(dòng)的最大角度。

3、與自由偏航運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的鎖緊螺帽，和外部偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋之間留有間隙，同時(shí)鎖緊螺帽徑向具有兩對(duì)稱(chēng)的凸臺(tái)。

4、所述的調(diào)節(jié)偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋環(huán)向布置有三個(gè)偏航限位螺釘，通過(guò)調(diào)節(jié)該三個(gè)偏航限位螺釘，即達(dá)到所需要調(diào)節(jié)或限制偏航運(yùn)動(dòng)的最大角度。

本發(fā)明對(duì)于虛擬飛行風(fēng)洞試驗(yàn)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，是虛擬飛行風(fēng)洞試驗(yàn)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，其應(yīng)用前景十分廣闊。由于采用上述設(shè)計(jì)方案，可使試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)現(xiàn)俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航三個(gè)方向的自由耦合轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)三自由度可兩兩鎖緊既可以實(shí)現(xiàn)模型單自由度的運(yùn)動(dòng)功能，又可進(jìn)行小角度限位以方便模型安裝調(diào)試。各方向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)高精度組合滾轉(zhuǎn)軸承實(shí)現(xiàn)，保證其具有較低的運(yùn)動(dòng)阻尼。同時(shí)該裝置對(duì)風(fēng)洞內(nèi)的流場(chǎng)平滑度影響較小，滿足支撐強(qiáng)度要求，具有運(yùn)動(dòng)范圍可調(diào)、重量輕、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的上部結(jié)構(gòu)主視剖面圖；

圖2為本發(fā)明裝置的下部結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖；

其中，1、自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，2、自由俯仰運(yùn)動(dòng)副，3、自由偏航運(yùn)動(dòng)副，4、螺釘，5、滾轉(zhuǎn)軸承端蓋，6、滾轉(zhuǎn)軸承調(diào)整墊片，7、滾轉(zhuǎn)深溝球軸承，8、俯仰限位螺釘，9、俯仰軸承端蓋，10、俯仰軸承調(diào)整墊片，11、俯仰深溝球軸承，12、偏航深溝球軸承，13、偏航運(yùn)動(dòng)軸承安裝座，14、軸套，15、調(diào)整墊圈，16、鎖緊螺帽，17、偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋，18是偏航支桿。

具體實(shí)施方式

結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖列舉出下述具體實(shí)施實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，一種基于虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡妥枘崛杂啥戎窝b置，包括由自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副1、自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2和自由偏航運(yùn)動(dòng)副3，自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副3上預(yù)留與虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭黧w聯(lián)接的安裝螺孔，自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副1通過(guò)一對(duì)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承7與自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2的上部?jī)啥溯S向方向聯(lián)接，這對(duì)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承7對(duì)稱(chēng)布置在自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2兩端內(nèi)，在自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副1兩端均配有與軸一體的滾轉(zhuǎn)軸承端蓋5以及滾轉(zhuǎn)軸承調(diào)整墊片6，采用螺釘固定，保證模型在自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)滾轉(zhuǎn)深溝球軸承7的正常旋轉(zhuǎn)；自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2徑向方向通過(guò)一對(duì)俯仰深溝球軸承11與自由偏航運(yùn)動(dòng)副3聯(lián)接，這對(duì)俯仰深溝球軸承11對(duì)稱(chēng)布置在自由偏航運(yùn)動(dòng)副3上端凹槽內(nèi)，自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2兩端均配有與軸一體的俯仰軸承端蓋9以及俯仰軸承調(diào)整墊片10，采用螺釘固定，保證模型在自由俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)俯仰深溝球軸承11的正常旋轉(zhuǎn)；自由偏航運(yùn)動(dòng)副3下端的軸向裝有一對(duì)偏航深溝球軸承12，兩偏航深溝球軸承12之間配有軸套14，外部套有偏航運(yùn)動(dòng)軸承安裝座13，在自由偏航運(yùn)動(dòng)副3的底端與具有凹槽的鎖緊螺帽16接觸，鎖緊螺帽上端環(huán)向配有調(diào)整墊圈15，底部采用螺釘鎖緊固定，外部套有偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋17，偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋17的上部環(huán)向采用螺釘與偏航運(yùn)動(dòng)軸承安裝座13聯(lián)接，下端作為直口與偏航支桿18聯(lián)接。所述的自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副1的四個(gè)內(nèi)拐角處對(duì)稱(chēng)布置了四個(gè)調(diào)節(jié)滾轉(zhuǎn)角度的滾轉(zhuǎn)限位螺釘。所述的自由俯仰運(yùn)動(dòng)副2的軸套下端徑向?qū)ΨQ(chēng)布置了兩個(gè)調(diào)節(jié)俯仰角度的俯仰限位螺釘8。與自由偏航運(yùn)動(dòng)副3聯(lián)接的鎖緊螺帽16，和外部偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋17之間留有間隙，同時(shí)鎖緊螺帽16徑向具有兩對(duì)稱(chēng)的凸臺(tái)。

自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副與虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭黧w聯(lián)接，通過(guò)一對(duì)高精度深溝球軸承與自由俯仰運(yùn)動(dòng)副軸向方向聯(lián)接，當(dāng)模型在風(fēng)洞中自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，且這兩對(duì)深溝球軸承對(duì)稱(chēng)布置，保證了模型在自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)深溝球軸承的正常旋轉(zhuǎn)。同理，自由俯仰運(yùn)動(dòng)副徑向方向通過(guò)一對(duì)高精度深溝球軸承與自由偏航運(yùn)動(dòng)副徑向方向聯(lián)接，且這兩對(duì)深溝球軸承對(duì)稱(chēng)布置，保證了模型在自由俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)深溝球軸承的正常旋轉(zhuǎn)。自由偏航運(yùn)動(dòng)副在軸向方向通過(guò)一組高精度深溝球軸承與偏航支桿聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)自由偏航運(yùn)動(dòng)。模型在風(fēng)洞中自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。通過(guò)控制虛擬飛行試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒倏v面偏轉(zhuǎn)來(lái)控制模型的運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ惋w行狀態(tài)的模擬。

自由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的四個(gè)內(nèi)拐角處對(duì)稱(chēng)布置了四個(gè)調(diào)節(jié)滾轉(zhuǎn)角度的滾轉(zhuǎn)限位螺釘，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)螺釘位置從而限制滾轉(zhuǎn)角度。同理自由俯仰運(yùn)動(dòng)副的軸套下端徑向?qū)ΨQ(chēng)布置了兩個(gè)調(diào)節(jié)俯仰角度的俯仰限位螺釘，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)螺釘位置從而調(diào)節(jié)限制俯仰的角度。與自由偏航運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的鎖緊螺帽，和外部偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋之間留有間隙，同時(shí)其徑向具有兩對(duì)稱(chēng)的凸臺(tái)。通過(guò)調(diào)節(jié)偏航運(yùn)動(dòng)軸承端蓋17環(huán)向布置的三個(gè)偏航限位螺釘，即可達(dá)到所需要調(diào)節(jié)或限制偏航運(yùn)動(dòng)的最大角度。

本實(shí)施例的三自由度支撐裝置已成功應(yīng)用于某飛機(jī)虛擬飛行風(fēng)洞試驗(yàn)中。本裝置具有低阻尼、對(duì)風(fēng)洞流場(chǎng)干擾小、運(yùn)動(dòng)范圍可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用到虛擬飛行風(fēng)洞試驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)靈活，安裝、拆卸方便。