一種用于風洞試驗的高精度雙轉軸式側滑角變換裝置的制作方法

本實用新型是一種風洞試驗模型偏航角變換裝置，以滿足不同姿態角下的風洞試驗要求，屬于航空氣動力風洞試驗技術領域，具體涉及一種用于風洞試驗的高精度雙轉軸式側滑角變換裝置。

背景技術：
：

空氣動力學是研究空氣和物體之間有相對運動時空氣運動及空氣與物體相互作用規律的專門學科。在航空領域，主要是研究飛行器(主要是飛機，也包括直升機和導彈)在大氣中飛行的原理，作用在飛行器上的空氣動力隨飛機幾何外形、飛行姿態、馬赫數、雷諾數等基本因素的變化規律，以及滿足一定空氣動力性能所要求的飛機及部件的幾何特性。風洞試驗是采用試驗的方法研究空氣的流動特性、空氣和物體相對運動時的相互作用規律及其它空氣動力學問題，簡單地講，就是依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境(風洞)中，人為制造氣流流動，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態，獲取實驗數據。

風洞試驗過程中，需要對模型的姿態進行變換，以獲得不同條件下的氣動力數據，模型側滑角變換便是其中一項重要的內容。目前，風洞中普遍采用如圖1所示的固塊式側滑變換接頭，當前風洞中的固塊接頭重量較大，更換較為費力，一般只加工少數幾個；同時固塊接頭的角度密度最小1°，無法獲取除了固定角度之外的其它關注點真值。該方式只能實現少數的側滑角度變換，一個角度對應一個固塊接頭，費時費力；而且不同側滑角接頭的阻塞度大小以及剛度也不一致，進而對風洞流場控制以及彈性角修正產生影響；同時由于固塊式側滑接頭的定位鍵磨損后不易被發現，也不易修復，這樣便產生了側滑角度誤差，且固塊式側滑接頭的成品脹套鎖緊部件在緊固時需要擰緊多個螺釘，松開時需要專用的退釘，操作繁瑣。

技術實現要素：
：

本實用新型提供了一種用于風洞試驗的高精度雙轉軸式側滑角變換裝置，其目的是為了實現風洞試驗側滑角度連續變換，替代當前固塊式側滑角接頭，從而提高風洞試驗效率。

本實用新型的用于風洞試驗的高精度雙轉軸式側滑角變換裝置，包括旋轉軸一、旋轉軸二傳動單元、脹套鎖緊單元及測量單元，所述旋轉軸一呈L形，其構成L形的水平部位和旋轉軸二分別通過自潤滑軸承固定在兩軸連接件內，所述傳動單元包括軸一蝸輪蝸桿傳動組和軸二蝸輪蝸桿傳動組，軸一蝸輪蝸桿傳動組的蝸輪一固定在旋轉軸一上，軸二蝸輪蝸桿傳動組的蝸輪二固定在旋轉軸二上，旋轉軸一的水平部位端部及旋轉軸二的一端分別設有脹套鎖緊單元。

作為本實用新型的進一步改進，所述脹套鎖緊單元包括脹套外套、脹套內套、脹套蓋、脹套座，脹套外套套設在脹套內套外，脹套蓋通過軸承設置于脹套內套的外側，脹套座設在脹套內套的外端部。由此形成脹套鎖緊單元，對旋轉軸一和旋轉軸二進行鎖緊定位，使兩軸停止旋轉。

作為本實用新型的進一步改進，所述測量單元為編碼器。通過編碼器可快速精確地檢測出旋轉軸一和旋轉軸二的旋轉角度。

作為本實用新型的進一步改進，軸一蝸輪蝸桿傳動組的蝸桿一和軸二蝸輪蝸桿傳動組的蝸桿二的一端分別設有手柄。通過旋轉手柄便于轉動蝸桿一和蝸桿二，從而驅動兩軸旋轉。

作為本實用新型的進一步改進，構成旋轉軸一的豎向部位上連接有整流罩。通過整流罩來梳理阻擋氣流，便于本裝置在風洞中順暢飛行。

作為本實用新型的進一步改進，所述旋轉軸一上設有止推軸承。通過止推軸承來承受旋轉軸一所受的軸向力。

作為本實用新型的進一步改進，所述旋轉軸一的水平部位的端部設有整流錐，整流錐的尾部插入脹套座內。通過整流錐來減小風洞實驗機構迎風面的干擾，由于旋轉軸二還要連接風洞實驗機構所涉及的支桿及模型，模型是迎風的，故其端部無需安裝整流錐，所述模型就是飛機或導彈等飛行器的縮比模型。

本實用新型的有益效果是：本實用新型設置有兩個旋轉軸，兩個旋轉軸分別通過自潤滑軸承串接在兩軸連接件內，可以分別繞自身軸線進行旋轉，兩個旋轉軸通過自身的旋轉，實現了量程范圍內偏航角度的連續變換，具體是在0～8°的角度范圍內進行任意角度的連續變換。偏航角度連續變換可以獲取試驗曲線上任意關注點的真實值，對離散試驗點進行加密，克服了固塊式側滑角接頭只能利用少數幾個點進行插值獲取試驗曲線帶來的誤差，從而提高了風洞試驗數據精準度。每個旋轉軸上均設置了編碼器，從而保證了角度變換的準確性，同時，在兩個旋轉軸的端部配置了脹套鎖緊單元，確保了吹風試驗時旋轉軸一和旋轉軸二的穩定性。本實用新型的裝置可以獲得量程范圍內的任意側滑角度，操作簡便，可靠性高；兩個旋轉軸選用自潤滑軸承進行安裝，結構尺寸小，使得阻塞度小且免維護；本實用新型的傳動單元選用雙導程的蝸輪蝸桿傳動組，其側隙易調，方便組裝及維修；本實用新型采用脹套鎖緊單元對兩軸的旋轉進行鎖緊定位，在具體操作中，只需正反向旋轉脹套座來緊固兩軸、或松開對兩軸的緊固，其操作方便快捷，省時省力。

附圖說明：

圖1為常規8度的固塊接頭示意圖；

圖2為本實用新型的剖面結構示意圖；

圖3為圖1中A-A的剖面圖；

圖4為圖1中B-B的剖面圖；

圖5為脹套鎖緊單元的結構示意圖；

圖6為脹套內套的示意圖。

具體實施方式：

本實用新型的變換裝置是用于在風洞實驗中對飛行器模型進行承載固定的，通過本實用新型的變換裝置在風洞中的角度變換來達到使飛行器模型在風洞中進行角度變換的目的。

參照圖2、圖3及圖4，該用于風洞試驗的高精度雙轉軸式側滑角變換裝置，包括旋轉軸一1、旋轉軸二7、傳動單元、脹套鎖緊單元3及測量單元4，所述旋轉軸一1呈L形，其構成L形的水平部位和旋轉軸二7分別通過自潤滑軸承8固定在兩軸連接件6內，旋轉軸一1的水平部位的軸線與旋轉軸二7的軸線是不平行的，兩者之間的夾角為8°，所述傳動單元包括軸一蝸輪蝸桿傳動組和軸二蝸輪蝸桿傳動組，軸一蝸輪蝸桿傳動組的蝸輪一10固定在旋轉軸一1上，軸二蝸輪蝸桿傳動組的蝸輪二11固定在旋轉軸二7上，旋轉軸一1的水平部位端部及旋轉軸二7的一端分別設有脹套鎖緊單元3。軸一蝸輪蝸桿傳動組的蝸桿一2和軸二蝸輪蝸桿傳動組的蝸桿二19的一端分別設有手柄12。構成旋轉軸一1的豎向部位上連接有整流罩5。所述旋轉軸一1上設有止推軸承18，止推軸承18設在旋轉軸一1的拐角處。所述測量單元4為編碼器。

參照圖2、圖5及圖6，所述脹套鎖緊單元3包括脹套外套13、脹套內套14、脹套蓋15、脹套座17，脹套外套13套設在脹套內套14外，脹套蓋15通過軸承16設置于脹套內套14的外側，脹套座17設在脹套內套14的外端部。所述旋轉軸一1的水平部位的端部設有整流錐9，整流錐9的尾部插入脹套座17內。

本實用新型是一種風洞試驗模型姿態變換裝置，其為一種可以連續變換側滑角的2自由度機構。該裝置結合風洞攻角機構的α角變化，通過自身兩個軸，即旋轉軸一1和旋轉軸二7的旋轉運動來實現側滑角度變換。當旋轉軸二4從豎直狀態狀態旋轉γ1角度，將旋轉軸二7分別在X-Y和X-Z面內投影，投影與X-Y軸、X-Z的夾角即為攻角攻角α和偏航角β。通過幾何關系可得

按照幾何關系，有

其中，a為旋轉軸二7軸線在風洞X-Y平面的投影長度；b為旋轉軸二7處于水平或豎直狀態下在風洞Y-Z平面投影長度；α為攻角；β為偏航角；γ1為雙轉軸從正預偏8°攻角垂直位置繞軸一(風洞X中軸線)旋轉的角度。

由此，可以求出對應偏航角下的攻角行走量和軸一轉動量，然后通過轉動旋轉軸二7將本裝置的模型調平。這樣即實現了改變攻角機構攻角以及雙轉軸(旋轉軸一1、旋轉軸二7)的角度，從而實現了模型偏航角度的更換。

整套裝置的運行過程為：

根據所要變換的偏航角度及方向，確定風洞攻角機構行程值及旋轉軸一1、旋轉軸二7所需要旋轉的角度值(前期校準)。利用軸一蝸輪蝸桿傳動組驅動旋轉軸一1旋轉，確保旋轉軸一1上的編碼器示值與前期校準值對應，鎖緊旋轉軸一1端部的脹套鎖緊單元3，讓旋轉軸一1停止轉動。按照前期校準表數值調節攻角機構行程，使旋轉軸二7的軸線處于水平面內。調節軸二蝸輪蝸桿傳動組，使得模型滾轉角度為零(水平)，模型滾轉角度為零是指飛行器模型的兩側機翼或彈翼對應點處于同一高度，此時記錄旋轉軸二7上的編碼器讀數供后續參考，鎖緊旋轉軸二7端部的脹套鎖緊單元3，讓旋轉軸二7停止轉動。上述工作完成后即可進行試驗。