一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置

技术领域

本发明属于飞机风洞试验技术领域，涉及一种用于气动试验的飞机舵面装置，具体涉及一种用于测量大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置。

背景技术

在飞机研发设计过程中，需对飞机的襟翼、副翼、升降舵和方向舵等各种舵面进行风洞测铰矩试验，获取舵面铰矩参数的变化规律，掌握舵面空气动力性能。舵面铰矩风洞试验结果测量精度对飞机的机动性和控制系统设计起到重要支撑作用。

然而，为了降低试验经费和缩短试验周期，通常舵面铰链力矩风洞试验采用缩比尺寸较大的风洞试验装置进行铰链力矩试验，但是，小尺寸风洞试验装置的试验雷诺数会很小，雷诺数对试验结果精度有一定影响，为了能够提高舵面的铰链力矩试验结果精度，降低雷诺数对舵面铰链力矩试验结果的影响，大尺寸舵面铰链力矩试验装置是不可或缺的一种试验技术方案。

因此，为提高舵面的铰链力矩试验精度，大尺寸舵面铰链力矩试验装置是必然需求。

面对这种大尺寸舵面铰链力矩试验装置的迫切需求，因此大尺寸舵面铰链力矩气动试验装置便应运而生。然而，大尺寸舵面铰链力矩试验装置的实现并不是将常规大缩比铰链力矩试验装置的简单尺寸比例放大，常规大缩比舵面铰链力矩试验中，是靠人工更换角度块去实现舵面偏转的，但是大尺寸舵面的重量非常大，人力抬不动，靠人工更换角度块实现舵面偏转是不可行的；并且，超大尺寸舵面通过多次更换角度块实现舵面偏转，容易造成舵面外形受到损伤；另外，在设计中发现，若采用常规角度块设计方案，角度块在满足连接的强度和刚度要求时，角度块外形尺寸过大，在大尺寸舵面与安定面连接时，大尺寸角度块会严重破坏舵面和安定的气动外形，这个是坚决不能允许的。故大尺寸舵面铰链力矩试验装置中舵面和安定面的连接方式必然要进行新的独特设计。

发明内容

为了解决上述问题，面对大尺寸舵面与安定面连接设计这个技术难点，通过多角度设计思考、多次迭代优化设计和多种设计方案尝试，本发明提供了一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置，能够实现增大风洞试验雷诺数，进而提高飞机舵面铰链力矩试验结果精度，为飞机的机动性和操纵系统设计提供更加有效的舵面铰链力矩数据。

本发明的技术方案是：

一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置，包括垂尾、平尾连接板、平尾连接座、风洞连接座、平尾安定面、球形铰链和升降舵；垂尾由平尾连接板和平尾连接座与平尾安定面固连，平尾安定面通过至少两个球形铰链与升降舵连接，升降舵底部连接；整个装置通过风洞连接座安装在风洞内。

进一步的，球形铰链沿着升降舵轴线方向等距布置。此设计技术方案能够实现球形铰链受载均匀。

进一步的，球形铰链沿升降舵轴线方向共布置五个。此设计技术方案经过强度和刚度校核，均布个球形铰链既能满足球形铰链的强度和刚度要求，又能避免因球形铰链数量过多而带来的加工误差总量。

进一步的，球形铰链的调心球轴承的形心位于升降舵转轴的轴心线上。此设计技术方案的球形铰链上便不会产生分力，可避免对天平测量精度产生影响。

进一步的，球形铰链在升降舵安定面后缘和升降舵前缘的连接形式为埋入式。此设计技术方案能够使安定面后缘和升降舵前缘保持原有的气动外形。

进一步的，还包括升降舵连接法兰、升降舵单分量天平、舵面角度转盘和舵面固定盘；升降舵底部通过升降舵连接法兰与舵面角度转盘和升降舵单分量天平固定连成一体；舵面角度转盘底部是舵面固定盘。

进一步的，由舵面角度转盘带动升降舵绕球形铰链转动，实现所需舵面偏转角度。此设计技术方案能够高效实现大尺寸舵面的偏转角。

进一步的，舵面角度转盘带动升降舵转动到所需舵偏角后，由固定销把舵面角度转盘固定在舵面固定盘上，实现升降舵绕球形铰链转到所需舵偏角。此设计技术方案能够保证舵偏角精度和高效舵面角度偏转。

本发明的优点是：

1、本发明的一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置，通过球形铰链的设计技术方案，有效的解决了大尺寸舵面铰链力矩试验的升降舵和安定面的连接技术难题，同时保证了天平的测量精度；

2、球形铰链在升降舵安定面后缘和升降舵前缘的连接形式为埋入式，能够使安定面后缘和升降舵前缘保持原有的气动外形；

3、升降舵、升降舵连接法兰、升降舵单分量天平和舵面角度转盘固定连成一体，由舵面角度转盘转动带动升降舵实现角度偏转，该设计技术方案中实现舵面偏转的工作效率和保证舵面偏角的精度优于由角度块实现同样功能；

4、平尾连接座由左侧平尾根部段外形包住，左侧平尾根部段长度尺度大于风洞地板附面层高度，保证舵面铰链力矩试验结果不受地板附面层干扰；

5、平尾安定面和升降舵由垂尾与地板隔开，垂尾是个气动干扰件，保证部件间的气动干扰与真机相似；

6、本发明的设计技术方案，通过增大试验装置几何尺度实现增大风洞试验雷诺数，降低铰链力矩试验结果受雷诺数的影响，相对大缩比风洞模型舵面铰链力矩风洞试验结果，本发明的舵面铰链力矩试验结果更加逼近真实值。

附图说明

图1是本发明提供的基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置的一个实施例的结构正视图；

图2是本发明提供的垂尾结构示意图；

图3是本发明提供的支撑件结构示意图；

图4是本发明提供的平尾连接板结构示意图；

图5是本发明提供的平尾连接座结构示意图；

图6是本发明提供的风洞连接座结构示意图；

图7是本发明提供的平尾安定面结构示意图；

图8是本发明提供的球形铰链结构示意图；

图9是本发明提供的升降舵结构示意图；

图10是本发明提供的升降舵连接法兰结构示意图；

图11是本发明提供的升降舵单分量天平结构示意图；

图12是本发明提供的舵面角度转盘结构示意图；

图13是本发明提供的舵面固定盘结构示意图；

其中，1-垂尾，2-支撑件，3-平尾连接板，4-平尾连接座，5-风洞连接座，6-平尾安定面，7-球形铰链，8-升降舵，9-升降舵连接法兰，10-升降舵单分量天平，11-舵面角度转盘，12-舵面固定盘。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置，包括垂尾1、平尾连接板3、平尾连接座4、风洞连接座5、平尾安定面6、球形铰链7和升降舵8；垂尾1由平尾连接板3和平尾连接座4与平尾安定面6固连，平尾安定面6通过至少两个球形铰链7与升降舵8连接，升降舵8底部连接；整个装置通过风洞连接座5安装在风洞内。

球形铰链7沿着升降舵轴线方向等距布置。此设计技术方案能够实现球形铰链受载均匀。

球形铰链7沿升降舵轴线方向共布置5个。此设计技术方案经过强度和刚度校核，均布5个球形铰链既能满足球形铰链的强度和刚度要求，又能避免因球形铰链数量过多而带来的加工误差总量。

球形铰链7的调心球轴承的形心位于升降舵转轴的轴心线上。此设计技术方案的球形铰链上便不会产生分力，可避免对天平测量精度产生影响。

球形铰链7在升降舵安定面后缘和升降舵前缘的连接形式为埋入式。此设计技术方案能够使安定面后缘和升降舵前缘保持原有的气动外形。

还包括升降舵连接法兰9、升降舵单分量天平10、舵面角度转盘11和舵面固定盘12；升降舵8底部通过升降舵连接法兰9与舵面角度转盘11和升降舵单分量天平10固定连成一体；舵面角度转盘11底部是舵面固定盘12。

由舵面角度转盘11带动升降舵8绕球形铰链7转动，实现所需舵面偏转角度。此设计技术方案能够高效实现大尺寸舵面的偏转角。

舵面角度转盘11带动升降舵转动到所需舵偏角后，由固定销把舵面角度转盘11固定在舵面固定盘12上，实现升降舵8绕球形铰链7转到所需舵偏角。此设计技术方案能够保证舵偏角精度和高效舵面角度偏转。

下面结合本发明实施例中的图1-图13，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种基于大尺寸舵面铰链力矩的气动试验装置，用于测量升降舵铰链力矩，其实施过程如下：

步骤1：在工作台上安装平尾安定面6、平尾连接板3、平尾连接座4及风洞连接座5；

步骤2：再安装升降舵8及升降舵单分量天平10，将升降舵8与升降舵单分量天平10用舵面角度转盘11和升降舵连接法兰9等连接件连接固定牢固。

步骤3：然后检测升降舵8工作时的阻尼状况，在各个试验要求的舵偏角状态下，对升降舵8正反两面加力到指定值，卸载后天平回零，也就是保证了升降舵8与平尾安定面6由球形铰链7连接固定时，各个球形铰链对舵面的自由偏转产生的阻尼小到天平测量的允许范围内，也就是等同于球形铰链7对升降舵8的偏转没有产生阻尼作用。

步骤4：在平尾安定面6、升降舵8及升降舵单分量天平10调试安装好后，再实行洞内安装，将调试安装好的平尾整体吊进风洞试验段，风洞连接座5固定在风洞的下转盘上，引出升降舵单分量天平10的导线。

步骤5：然后再安装垂尾1，垂尾在气动试验装置中只是个气动干扰件。垂尾梢部一端固定在平尾支座部位，另一端由支撑件2支撑固定在风洞的下转盘上，

步骤6：然后再将平尾根部的垂尾整流部件安装固定，这样就将平尾及垂尾全部安装在风洞的下转盘上，转盘转动调整模型的姿态角

步骤7：通过转动舵面角度转盘11实现升降舵8的舵面角度偏转，由此可进行舵面各角度的铰链力矩测试。