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申请/专利权人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所

摘要：本发明属于高超声速飞行器动态风洞试验技术领域，公开了一种基于机械轴承支撑的俯仰滚转双自由度风洞动态试验装置。动态试验装置采用天平在前的结构，俯仰滚转双自由度调整机构位于中心轴线；滚转轴自动锁紧机构和滚转轴角位移测量装置固定安装在滚转轴上；俯仰轴自动锁紧机构和俯仰轴角位移测量装置固定安装在俯仰轴上；俯仰轴承和滚转轴承均为机械轴承。动态试验装置具有结构简单、体积紧凑、刚度高、体积小、承载大的特点，能够调整滚转和俯仰两个自由度的姿态，并通过锁紧装置自动锁紧和解锁；能够实时反馈动态试验模型的位姿参数和气动载荷；便于动态试验模型安装和拆卸；能够满足高超声速飞行器飞行动态风洞试验的动态支撑要求。

主权项：1.基于机械轴承支撑的俯仰滚转双自由度风洞动态试验装置，其特征在于，动态试验模型包括从前至后顺序连接的模型前段（6）和模型后段（5），在模型后段（5）的中心轴线上，从前至后依次固定测力天平（4）、动态支撑装置（3）和尾支杆（2），尾支杆（2）连接高超声速风洞试验段的模型支撑机构（1）；其中，尾支杆（2）后端通过螺栓固定在模型支撑机构（1）上，动态支撑装置（3）的后端通过尾支杆连接法兰（32）固定在尾支杆（2）的前端；测力天平（4）采用的六分量杆式应变天平，测力天平（4）的后端通过天平连接法兰（30）固定在动态支撑装置（3）的前端；测力天平（4）的前端与模型后段（5）之间采用锥面连接，再通过螺栓拉紧；模型后段（5）与模型前段（6）通过螺纹固定连接；进一步地，所述的动态支撑装置（3）包括俯仰滚转双自由度调整机构（7）、滚转轴自动锁紧机构（8）、俯仰轴自动锁紧机构（9）、滚转轴角位移测量装置（10）和俯仰轴角位移测量装置（11）；其中，俯仰滚转双自由度调整机构（7）是动态支撑装置（3）的主体结构，位于模型后段（5）的中心轴线上；滚转轴自动锁紧机构（8）和滚转轴角位移测量装置（10）固定安装在俯仰滚转双自由度调整机构（7）的滚转轴（18）上；俯仰轴自动锁紧机构（9）和俯仰轴角位移测量装置（11）固定安装在俯仰滚转双自由度调整机构（7）的俯仰轴（14）上；进一步地，所述的俯仰滚转双自由度调整机构（7）包括俯仰轴（14）、俯仰轴承（13）、滚转轴（18）、滚转轴承（17）、滚转轴外壳（20）和天平连接法兰（30）；俯仰轴承（13）和滚转轴承（17）均为机械轴承；滚转轴外壳（20）为方形壳体，位于模型后段（5）的中心轴线上；滚转轴外壳（20）的上表面和下表面分别固定连接模型后段（5）的外壳连接板（31）；滚转轴（18）从后至前穿入滚转轴外壳（20）；在滚转轴（18）的中段，通过一对滚转轴承（17）与滚转轴外壳（20）连接，两个滚转轴承（17）之间安装一个调整垫圈（19）；在滚转轴（18）的后端，通过尾支杆连接法兰（32）连接尾支杆（2）；在滚转轴（18）的前端，通过轴承锁紧螺母（16）固定滚转轴承（17）、调整垫圈（19）和滚转轴（18）；两个俯仰轴（14）分别通过沿周向均匀分布的螺钉，左右对称固定在滚转轴外壳（20）的左右两侧；两个俯仰轴（14）分别通过对应的俯仰轴承（13）连接对应的俯仰轴外壳（12）；两个俯仰轴承端盖（15）通过螺钉固定在对应的俯仰轴外壳（12）上；天平连接法兰（30）与两个俯仰轴外壳（12）通过螺钉固定，形成组合体，组合体套装在滚转轴外壳（20）上；测力天平（4）通过天平连接法兰（30）连接组合体；测力天平（4）与俯仰轴外壳（12）绕俯仰轴（14）自由运动；测力天平（4）与俯仰轴外壳（12）、滚转轴外壳（20）绕滚转轴（18）自由运动，实现两个自由度的动态调整；进一步地，所述的滚转轴自动锁紧机构（8）和俯仰轴自动锁紧机构（9），均采用气动刹车锁紧；滚转轴自动锁紧机构（8）位于尾支杆连接法兰（32）的前方，包括从前至后顺序套装在滚转轴（18）的后段上的滚转轴后盖（22）、滚转轴弹性体（23）和锁紧端盖（24）；滚转轴弹性体（23）通过沿周向均布的螺栓固定在滚转轴后盖（22）上，再通过锁紧端盖（24）进行螺纹锁紧；滚转轴自动锁紧机构（8）绕滚转轴（18）后段转动；当滚转轴弹性体（23）的端面腔室通入高压气体时，在气体压力的作用下，滚转轴弹性体（23）发生弹性变形，端面腔室的外侧锥面与滚转轴后盖（22）压紧，利用滚转轴弹性体（23）与滚转轴后盖（22）之间的静摩擦提供制动力矩，实现滚转轴自动锁紧机构（8）锁紧；俯仰轴自动锁紧机构（9）包括滚转轴外壳（20）、俯仰轴弹性体（21）和俯仰轴外壳（12）；俯仰轴自动锁紧机构（9）绕俯仰轴（14）转动；当俯仰轴弹性体（21）的端面腔室通入高压气体时，在气体压力的作用下，俯仰轴弹性体（21）发生弹性变形，俯仰轴弹性体（21）与俯仰轴外壳（12）压紧，利用俯仰轴弹性体（21）与俯仰轴外壳（12）之间的静摩擦提供制动力矩，实现俯仰轴自动锁紧机构（9）锁紧；进一步地，所述的滚转轴角位移测量装置（10）和俯仰轴角位移测量装置（11）均采用旋转变压器测量旋转角位移和速度，旋转变压器内的定子与转子具有气隙，不发生直接接触，降低了摩擦阻力，减小了摩擦阻力对动态试验模型的干扰；当转子旋转时，两相输出线圈绕组的输出电压随转子变化，旋转变压器的磁导率随旋转角变化符合正弦分布；滚转轴角位移测量装置（10）包括对应的旋变定子（25）、旋变转子（26）、旋变支架（27）和旋变锁紧螺母（28），旋变锁紧螺母（28）与滚转前盖板（29）固连，旋变定子（25）通过旋变锁紧螺母（28）固定在滚转轴（18）的前端；滚转轴角位移测量装置（10）随滚转轴外壳（20）转动，旋变定子（25）、旋变转子（26）之间产生与滚转轴外壳（20）相同的转动，并实时输出滚转角位移信号；俯仰轴角位移测量装置（11）包括对应的旋变定子（25）、旋变转子（26）、旋变支架（27）和旋变锁紧螺母（28），旋变锁紧螺母（28）与俯仰轴承端盖（15）固连，旋变定子（25）通过旋变锁紧螺母（28）固定在俯仰轴（14）上；俯仰轴角位移测量装置（11）随俯仰轴外壳（12）转动，旋变定子（25）、旋变转子（26）之间产生与俯仰轴外壳（12）相同的转动，并实时输出俯仰角位移信号。

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