专利名称：风洞三自由度模型姿态调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风洞领域，特别地，涉及一种风洞三自由度模型姿态调整装置。
背景技术：
高超声速风洞、超燃推进风洞广泛的应用于导弹、高超声速飞行器、空天飞机的模型实验，是航空航天领域内非常重要的地面试验设备。参加图1，高超声速风洞、超燃推进风洞一般包括喷管1、与喷管I相通的实验舱2、与实验舱2相通的扩压器3及与扩压器连通的真空罐或引射器4 ;其中，实验舱2是高超声速风洞、超燃推进风洞的实验模型场所，实验模型5和模型姿态调整装置6安装在实验舱2内，实验模型5的各种姿态变化通过模型姿态调整装置6的动作来实现。一般可以实现实验模型5的攻角、侧滑角的变化，复杂的还可以模拟滚转角的变化。攻角、侧滑角是高超声速风洞、超燃推进风洞中实验模型5经常需要变化的两个自由度，主要模拟飞行器在空中的姿态变化。但目前的模型姿态调整装置6采用电动机或液压等机构和控制系统来调节实验模型5的攻角、侧滑角，这种结构的模型姿态调整装置6结构复杂，使用和操作都不方便；并且故障率较高，生产成本和维护、维修费用都很高。

发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单且操作方便的风洞三自由度模型姿态调整装置。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种风洞三自由度模型姿态调整装置，包括固定底板、设置在固定底板上且可沿固定底板轴向滑动的水平位移调整机构、设置在水平位移调整机构上端的可水平旋转的侧滑角位移调整机构及设置在侧滑角位移调整机构上端的可在竖直方向上旋转的攻角位移调整机构，攻角位移调整机构上端用于固定模型；其中，水平位移调整机构包括驱动装置、由驱动装置驱动的可在固定底板上轴向滑动的移动平板；侧滑角位移调整机构包括设置在移动平板上端的可水平旋转的侧滑角旋转板；侧滑角旋转板的四个边角上分别设有调节侧滑角旋转板的调节螺栓，调节螺栓固定在移动平板上；攻角位移调整机构包括设置在侧滑角旋转板上的攻角旋转轴及可绕攻角旋转轴在竖直方向上转动的攻角旋转板。进一步地，固定底板的上表面轴向设有多条凹槽，凹槽包括三角槽和T型槽；移动平板的下表面设有与三角槽相适配的三角凸台，三角凸台可在三角槽中相对滑动；移动平板上设有固定螺栓，固定螺栓嵌入在T型槽中，且固定螺栓可在T型槽中滑动。进一步地，移动平板的下表面设有多个凸台，凸台与固定底板的上表面接触。
进一步地，驱动装置包括液压泵和由液压泵驱动的液压油缸，固定底板与液压油缸固定连接，移动平板与活塞杆铰接。进一步地，移动平板的中心固定有侧滑角旋转轴，侧滑角旋转轴可转动地插在侧滑角旋转板的中心，侧滑角旋转板以侧滑角旋转轴为中心转动。进一步地，侧滑角旋转板上设有侧滑角传感器。进一步地，攻角位移调整机构包括固定在侧滑角旋转板两端的多根攻角调节杆，攻角旋转板的两侧端设有多个椭圆孔，每一攻角调节杆穿插在对应的椭圆孔中，攻角旋转板通过锁紧螺母固定在攻角调节杆上。进一步地，攻角旋转板上的椭圆孔的截面为凹弧形。进一步地，攻角旋转轴上设有攻角传感器。本发明具有以下有益效果根据本发明的风洞三自由度模型姿态调整装置，通过水平位移调整机构调节模型的水平位移，通过侧滑角位移调整机构调节模型的侧滑角，通过攻角位移调整机构调节模型的攻角，从而实现模型的三自由度姿态调整；本发明的风洞三自由度姿态调整装置采用自下而上的积木式设计，自下而上依次为水平位移调整机构、侧滑角位移调整机构、攻角位移调整机构，这种结构设计使得各调整机构之间相对比较独立，相互之间干扰少，结构简单、操作方便。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。


构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是现有技术的风洞的示意图；图2是本发明优选实施例的风洞三自由度模型姿态调整装置的立体结构示意图；图3是本发明优选实施例的固定底板的结构示意图；图4是本发明优选实施例的固定底板与移动平板的安装示意图；图5是本发明优选实施例的风洞三自由度模型姿态调整装置的俯视示意图；图6是图5所示的主视示意图；图7是图6所示的第二状态的示意图；图8是本发明优选实施例的攻角旋转板的结构示意图；以及图9是本发明优选实施例的攻角旋转轴和攻角旋转板的安装示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图2，本发明的优选实施例提供了一种风洞三自由度模型姿态调整装置，包括固定底板10、设置在固定底板10上且可沿固定底板10轴向滑动的水平位移调整机构20、设置在水平位移调整机构20上端的可水平旋转的侧滑角位移调整机构30及设置在侧滑角位移调整机构30上端的可在竖直方向上旋转的攻角位移调整机构40，攻角位移调整机构40上端用于固定模型50 ;其中，水平位移调整机构20包括驱动装置21、由驱动装置21驱动的可在固定底板10上轴向滑动的移动平板22 ;侧滑角位移调整机构30包括设置在移动平板22上端的可水平旋转的侧滑角旋转板31 ;侧滑角旋转板31的四个边角上分别设有调节侧滑角旋转板31的调节螺栓32，调节螺栓32固定在移动平板22上；攻角位移调整机构40包括设置在侧滑角旋转板31上的攻角旋转轴41及可绕攻角旋转轴41在竖直方向上转动的攻角旋转板42。根据本发明的风洞三自由度模型姿态调整装置，通过水平位移调整机构20调节模型50的水平位移，通过侧滑角位移调整机构30调节模型50的侧滑角，通过攻角位移调整机构40调节模型50的攻角，从而实现模型50的三自由度姿态调整；本发明的风洞三自由度姿态调整装置采用自下而上的积木式设计，自下而上依次为水平位移调整机构20、侧滑角位移调整机构30、攻角位移调整机构40，这种结构设计使得各调整机构之间相对比较独立，相互之间干扰少，结构简单、操作方便。参见图3，固定底板10的上表面轴向设有多条平行设置的凹槽，在本实施方式中，凹槽包括两条三角槽11和两条T型槽12 ;在其他的实施方式中，凹槽还可以为矩形槽等其他形状。 结合参见图4，水平位移调整机构20包括驱动装置21及由驱动装置21驱动的可在固定底板10上轴向滑动的移动平板22，移动平板22的下表面设有与三角槽11相适配的三角凸台221，三角凸台221可在三角槽11中相对滑动；且将三角槽11与三角凸台221设置成三角形状，可使得移动平板22安装在三角槽11内时，移动平板22在滑动过程中不会滑出。移动平板22上设有固定螺栓222，固定螺栓222的结构与T型槽12的结构相适配，在本实施方式中，固定螺栓222为方形螺栓。固定螺栓222的螺帽朝下设置并嵌入T型槽12中，且固定螺栓222可在T型槽12中滑动。当驱动装置21驱动移动平板22运动到合适位置时，将固定螺栓222拧紧即可将移动平板22固定在固定底板10上。优选地，移动平板22的下表面还设有多个凸台223，凸台223与固定底板10的上表面接触并相互滑动，通过凸台223与固定底板10产生相对运动，而不是整个移动平板22的整个下表面与固定底板10产生相对运动，减少了表面摩擦力作用，以使得移动平板22移动更灵活。在本实施方式中，驱动装置21包括液压泵和由液压泵驱动的液压油缸，固定底板10与液压油缸固定连接，移动平板22与设置在液压油缸内的活塞杆铰接，通过活塞杆推动移动平板22移动。在其他的实施方式中，驱动装置21还可以为其他可推动移动平板22移动的动力机构。结合参见图和图6，侧滑角位移调整机构30安装在水平位移调整机构20的上端，可随着水平位移调整机构20的移动而移动。侧滑角位移调整机构30包括设置在移动平板22上端的可水平旋转的侧滑角旋转板31 ;侧滑角旋转板31的四个边角上分别设有调节侧滑角旋转板31的调节螺栓32，调节螺栓32固定在移动平板22上。具体地，移动平板22的中心固定有侧滑角旋转轴33，侧滑角旋转轴33可转动地插在侧滑角旋转板31的中心，侧滑角旋转板31以侧滑角旋转轴33为中心转动。在本实施方式中，移动平板22的四个边角附近设有凸耳，调节螺栓32固定在对应的凸耳上；侧滑角旋转板31上还设有用于锁紧侧滑角旋转板31上的侧滑角固定螺栓311。当需要调节侧滑角位移时，拧紧侧滑角旋转板31对角线上的两个调节螺栓32，松开侧滑角旋转板31另一对角线上的两个调节螺栓32，即可调整侧滑角旋转板31的侧滑角β位移。侧滑角旋转板31上设有侧滑角传感器34，侧滑角传感器34感知侧滑角旋转板31的旋转角度，根据侧滑角传感器34显示的角度调节相应的调节螺栓32;当调节到所需要的侧滑角β位移时，停止调节调节螺栓32，锁紧侧滑角旋转板31上的侧滑角固定螺栓311即可。侧滑角位移调整机构30的结构简单、维修和加工都比较简单。结合参见图7和图8，攻角位移调整机构40安装在侧滑角位移调整机构30的上端，可随着水平位移调整机构20、侧滑角位移调整机构30的移动而移动。攻角 位移调整机构40包括设置在侧滑角旋转板31上的攻角旋转轴41、可绕攻角旋转轴41在竖直方向上转动的攻角旋转板42及固定在侧滑角旋转板31两端的多根攻角调节杆43，攻角旋转板42的两侧端设有多个椭圆孔421，每一攻角调节杆43穿插在对应的椭圆孔421中，在攻角旋转板42的侧端设置椭圆孔421，是为了保证攻角位移变化时，攻角调节杆43仍然能够调节攻角位移。结合参见图9，攻角旋转板42通过锁紧螺母44固定在攻角调节杆43上；优选地，攻角旋转板42上的椭圆孔421的截面为凹弧形，锁紧螺母44通过弧形垫片固定在攻角调节杆43上，以保证无论怎样调节攻角位移，攻角调节杆43总与攻角旋转板42紧密配合。攻角旋转轴41上设有攻角传感器，以感知攻角旋转轴41的角度变化。调节锁紧螺母44，使攻角旋转板42绕攻角旋转轴41旋转，攻角传感器感知攻角旋转轴41的角度变化，当调节到需要的攻角α位移时，停止调节锁紧螺母44，将攻角旋转板42锁紧在攻角调节杆43上即可。攻角位移调整机构40通过攻角旋转板42绕攻角旋转轴41在竖直方向上转动实现攻角α位移的调节，结构简单且操作方便。模型50通过模型支撑装置51固定在攻角旋转板42上，随着水平位移调整机构20、侧滑角位移调整机构30及攻角位移调整机构40的移动而移动，从而实现模型50的水平方向移动、水平方向转动、竖直方向转动的姿态调整。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果根据本发明的风洞三自由度模型姿态调整装置，通过水平位移调整机构调节模型的水平位移，通过侧滑角位移调整机构调节模型的侧滑角，通过攻角位移调整机构调节模型的攻角，从而实现模型的三自由度姿态调整；本发明的风洞三自由度姿态调整装置采用自下而上的积木式设计，自下而上依次为水平位移调整机构、侧滑角位移调整机构、攻角位移调整机构，这种结构设计使得各调整机构之间相对比较独立，相互之间干扰少，结构简单、操作方便；且这种结构的模型姿态调整装置加工、维修、维护方便，没有复杂的控制单元，发生故障的几率较低。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种风洞三自由度模型姿态调整装置，其特征在于，包括固定底板(10)、设置在所述固定底板(10)上且可沿所述固定底板(10)轴向滑动的水平位移调整机构(20)、设置在所述水平位移调整机构(20)上端的可水平旋转的侧滑角位移调整机构(30)及设置在所述侧滑角位移调整机构(30)上端的可在竖直方向上旋转的攻角位移调整机构(40)，所述攻角位移调整机构(40)上端用于固定模型(50);其中，所述水平位移调整机构(20)包括驱动装置(21)、由所述驱动装置(21)驱动的可在所述固定底板(10)上轴向滑动的移动平板(22)；所述侧滑角位移调整机构(30)包括设置在所述移动平板(22)上端的可水平旋转的侧滑角旋转板(31);所述侧滑角旋转板(31)的四个边角上分别设有调节侧滑角旋转板(31) 的调节螺栓(32)，所述调节螺栓(32)固定在所述移动平板(22)上；所述攻角位移调整机构(40)包括设置在所述侧滑角旋转板(31)上的攻角旋转轴(41) 及可绕所述攻角旋转轴(41)在竖直方向上转动的攻角旋转板(42 )。
2.根据权利要求1所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述固定底板(10)的上表面轴向设有多条凹槽，所述凹槽包括三角槽(11)和T型槽(12);所述移动平板(22)的下表面设有与所述三角槽(11)相适配的三角凸台(221)，所述三角凸台(221)可在所述三角槽(11)中相对滑动；所述移动平板(22)上设有固定螺栓(222)，所述固定螺栓(222)嵌入在所述T型槽(12)中，且所述固定螺栓(222)可在所述T型槽(12)中滑动。
3.根据权利要求2所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述移动平板(22)的下表面设有多个凸台(223)，所述凸台(223)与所述固定底板(10)的上表面接触。
4.根据权利要求3所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述驱动装置(21)包括液压泵和由所述液压泵驱动的液压油缸，所述固定底板(10)与所述液压油缸固定连接，所述移动平板(22)与活塞杆铰接。
5.根据权利要求1所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述移动平板(22)的中心固定有侧滑角旋转轴(33)，所述侧滑角旋转轴(33)可转动地插在所述侧滑角旋转板(31) 的中心，所述侧滑角旋转板(31)以所述侧滑角旋转轴(33)为中心转动。
6.根据权利要求5所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述侧滑角旋转板(31)上设有侧滑角传感器(34)。
7.根据权利要求1所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述攻角位移调整机构 (40)包括固定在所述侧滑角旋转板(31)两端的多根攻角调节杆(43)，所述攻角旋转板 (42)的两侧端设有多个椭圆孔(421)，每一所述攻角调节杆(43)穿插在对应的所述椭圆孔 (421)中，攻角旋转板(42)通过锁紧螺母(44)固定在所述攻角调节杆(43)上。
8.根据权利要求7所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述攻角旋转板(42)上的椭圆孔(421)的截面为凹弧形。
9.根据权利要求8所述的模型姿态调整装置，其特征在于，所述攻角旋转轴(41)上设有攻角传感器。
全文摘要
本发明提供了一种风洞三自由度模型姿态调整装置，包括固定底板、设置在固定底板上且可沿固定底板轴向滑动的水平位移调整机构、设置在水平位移调整机构上端的可水平旋转的侧滑角位移调整机构及设置在侧滑角位移调整机构上端的可在竖直方向上旋转的攻角位移调整机构，攻角位移调整机构上端用于固定模型；水平位移调整机构包括驱动装置、由驱动装置驱动的可在固定底板上轴向滑动的移动平板；侧滑角位移调整机构包括设置在移动平板上端的可水平旋转的侧滑角旋转板；侧滑角旋转板的四个边角上分别设有调节螺栓，调节螺栓固定在移动平板上；攻角位移调整机构包括设置在侧滑角旋转板上的攻角旋转轴及可绕攻角旋转轴在竖直方向上转动的攻角旋转板。
文档编号G01M9/00GK103018000SQ201210590679
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者周勇为, 王振国, 易仕和, 刘卫东, 梁剑寒 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学