一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构及工作方法

技术领域

本发明属于结冰风洞建设技术领域，尤其涉及一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构及工作方法。

背景技术

结冰风洞试验是研究飞机机翼结冰机理的常用方法，是获得飞机机翼结冰状态的重要手段。对旋翼飞机进行结冰风洞试验，需要在结冰风洞中对周期性振荡的翼型结冰状态进行研究，因此需要设计相应的翼型振荡机构，以维持翼型攻角在试验设定的振幅、频率下按照正弦规律运动，用来观测翼型动态条件下的结冰特性。

2018年西北工业大学王莹等人在《跨声速风洞翼型动态失速试验系统研制》中提出，通过四连杆机构实现翼型的正弦振荡运动，但四连杆机构调节振幅时需要同时改变曲柄和连杆长度，调节振幅时需更换较多的部件，操作复杂。

公开号为CN114878135A的发明专利公开了一种结冰风洞翼型正弦振荡机构，其中振荡功能通过伺服电机驱动偏心轮、齿条、齿轮机构实现，其传动环节多，调节振幅和平均迎角需要更换不同偏心径的偏心轮、不同几何特征的齿条转接件，振幅和平均迎角均不能无极调节，在进行不同平均迎角、振幅等参数的试验时，需要使风洞停风更换试验件，不利于结冰风洞试验的高效进行。

公开号为CN107621349A的发明专利公开了一种风洞半模型变角度机构，其用于改变半模型旋转轴在风洞轴向的位置，使模型处在合适的流场区域内，调整模型攻角状态，不具备模型调节振幅、频率的振荡功能。现有振荡结构仅能模拟正弦振荡规律，无法调整振荡规律，不适合对变形梯形振荡等其余振荡规律的结冰特性进行测试。

因此，亟需提出一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构及工作方法，以解决现有结冰风洞的翼型振荡机构振幅和平均迎角均不能无极调节，且调节振幅和平均迎角需要更换机构部件，结冰风洞试验效率低的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构，包括伺服电机、减速器、蜗杆、转盘轴承、转筒、马达安装座、旋转直驱马达和模型转轴；转筒转动设置在试验段的侧壁上，模型转轴转动设置在转筒上，转筒与转盘轴承的外环相连，转盘轴承的内环与试验段的侧壁相连，转盘轴承的外周设有蜗轮齿，伺服电机的输出轴通过减速器与蜗杆的一端相连，蜗杆与所述蜗轮齿相啮合，模型转轴的一端与旋转直驱马达的输出端相连，模型转轴的另一端与试验模型相连，旋转直驱马达设置在马达安装座上，马达安装座与转筒相连。

进一步的，转筒外周的外端与转盘轴承的外环相连，转筒外周的内端通过自润滑轴套与试验段侧壁相连。

进一步的，模型转轴通过两个第一轴承与转筒的内周相连。

进一步的，第一轴承的外环两侧分别与转筒和第一压盖抵靠配合，一个第一轴承的内环与模型转轴的轴肩抵靠配合，另一个第一轴承的内环与安装在模型转轴上的弹簧挡圈抵靠配合。

进一步的，减速器通过减速机安装座安装在试验段侧壁上。

进一步的，蜗杆通过两个第二轴承与两个蜗杆安装座一一对应转动连接，蜗杆安装座安装在试验段侧壁上。

进一步的，第二轴承的外环两侧分别与第二压盖和蜗杆安装座抵靠配合，第二轴承的内环与蜗杆的轴肩抵靠配合。

进一步的，减速器和蜗杆通过联轴器相连。

本发明还提供了一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构工作方法，依托于上述的一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构实现，包括如下步骤：

步骤1：对旋转直驱马达进行选型，旋转直驱马达的性能参数关系同时满足以下两式：

；

；

式中：

Δt为加速时间，单位为s；

为负载转动惯量，单位为kg*m

为旋转直驱马达的转子转动惯量，单位为kg*m

N为最高转速，单位为s

T为旋转直驱马达对应转速N时输出扭矩，单位为Nm；

η为安全系数；

为负载扭矩，单位为Nm；

π为圆周率；

为旋转直驱马达的转矩，单位为Nm；

为温度系数；

t为周期时间，单位为s；

步骤2：将所述振荡机构安装在试验段侧壁上，并与试验模型相连，启动伺服电机，伺服电机依次通过减速器、蜗杆、转盘轴承、转筒、马达安装座、旋转直驱马达和模型转轴带动试验模型转动，以调整试验模型的初始攻角；

步骤3：关停启动伺服电机，蜗杆与转盘轴承的蜗轮齿自锁，进而限制马达安装座转动；

步骤4：启动旋转直驱马达，旋转直驱马达通过模型转轴驱动试验模型按照设定的振荡频率和振荡幅值往复振荡。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过伺服电机依次通过减速器、蜗杆、转盘轴承、转筒、马达安装座、旋转直驱马达和模型转轴带动试验模型转动，以调整试验模型的初始攻角；关停启动伺服电机，蜗杆与转盘轴承的蜗轮齿自锁，进而限制马达安装座转动；启动旋转直驱马达，旋转直驱马达通过模型转轴驱动试验模型按照设定的振荡频率、振荡幅值往复振荡，可以实现翼型初始振荡攻角的自动无极调节，通过控制旋转直驱马达实现翼型振荡所需的频率、振幅。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的左视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图1的B-B剖视图。

图中：1-伺服电机、2-减速器、3-联轴器、4-蜗杆、5-转盘轴承、6-转筒、7-马达安装座、8-旋转直驱马达、9-模型转轴、10-第一压盖、11-弹簧挡圈、12-第一轴承、13-自润滑轴套、14-减速机安装座、15-第二轴承、16-蜗杆安装座、17-第二压盖、18-试验段侧壁。

具体实施方式

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。

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栓连接、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，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，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，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：如图1-4所示，一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构，包括伺服电机1、减速器2、蜗杆4、转盘轴承5、转筒6、马达安装座7、旋转直驱马达8和模型转轴9；转筒6转动设置在试验段侧壁18上，模型转轴9转动设置在转筒6上，转筒6与转盘轴承5的外环相连，转盘轴承5的内环与试验段侧壁18相连，转盘轴承5的外周设有蜗轮齿，伺服电机1的输出轴通过减速器2与蜗杆4的一端相连，蜗杆4与所述蜗轮齿相啮合，模型转轴9的一端与旋转直驱马达8的输出端相连，模型转轴9的另一端与试验模型相连，旋转直驱马达8设置在马达安装座7上，马达安装座7与转筒6相连。

转筒6外周的外端与转盘轴承5的外环相连，转筒6外周的内端通过自润滑轴套13与试验段侧壁18相连。

模型转轴9通过两个第一轴承12与转筒6的内周相连。

第一轴承12的外环两侧分别与转筒6和第一压盖10抵靠配合，一个第一轴承12的内环与模型转轴9的轴肩抵靠配合，另一个第一轴承12的内环与安装在模型转轴9上的弹簧挡圈11抵靠配合。

减速器2通过减速机安装座14安装在试验段侧壁18上。

蜗杆4通过两个第二轴承15与两个蜗杆安装座16一一对应转动连接，蜗杆安装座16安装在试验段侧壁18上。

第二轴承15的外环两侧分别与第二压盖17和蜗杆安装座16抵靠配合，第二轴承15的内环与蜗杆4的轴肩抵靠配合。

减速器2和蜗杆4通过联轴器3相连。

实施例2：一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构工作方法，依托于实施例1中的一种结冰风洞可变初始攻角的翼型振荡机构实现，包括如下步骤：

步骤1：对旋转直驱马达8进行选型，旋转直驱马达8的性能参数关系同时满足以下两式：

；

；

式中：

Δt为加速时间，单位为s；

为负载转动惯量，单位为kg*m

为旋转直驱马达的转子转动惯量，单位为kg*m

N为最高转速，单位为s

T为旋转直驱马达对应转速N时输出扭矩，单位为Nm；

η为安全系数；

为负载扭矩，单位为Nm；

π为圆周率；

为旋转直驱马达的转矩，单位为Nm；

为温度系数；

t为周期时间，单位为s；

以上参数均可在对旋转直驱马达8选型时查表得到；

步骤2：将所述振荡机构安装在试验段侧壁18上，并与试验模型相连，启动伺服电机1，伺服电机1依次通过减速器2、蜗杆4、转盘轴承5、转筒6、马达安装座7、旋转直驱马达8和模型转轴9带动试验模型转动，以调整试验模型的初始攻角；

步骤3：关停启动伺服电机1，蜗杆4与转盘轴承5的蜗轮齿自锁，进而限制马达安装座7转动；

步骤4：启动旋转直驱马达8，旋转直驱马达8通过模型转轴9驱动试验模型按照设定的振荡频率和振荡幅值往复振荡。

本发明通过伺服电机1依次通过减速器2、蜗杆4、转盘轴承5、转筒6、马达安装座7、旋转直驱马达8和模型转轴9带动试验模型转动，以调整试验模型的初始攻角；关停启动伺服电机1，蜗杆4与转盘轴承5的蜗轮齿自锁，进而限制马达安装座7转动；启动旋转直驱马达8，旋转直驱马达8通过模型转轴9驱动试验模型按照设定的振荡频率、振荡幅值往复振荡，可以实现翼型初始振荡攻角的自动无极调节，通过控制旋转直驱马达8实现翼型振荡所需的频率、振幅。

以上实施例只是对本发明的示例性说明，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，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。