[发明专利]一种风洞模型振动惯性作动抑制装置

说明书

本发明属于飞行器风洞模型振动主动控制领域，提出了一种风洞模型振动惯性作动抑制装置，该装置具备抑制风洞模型俯仰、偏航复合振动的功能。该装置由外壳基座、端盖、轴承、主轴、定位螺母、定位轴套、惯性质量块、联轴器、电机部件，及端盖紧定螺钉、电机安装螺钉、电机联接键、主轴联接键、质量块联接键紧固件组成，与测力天平同轴安装于飞行器模型的尾部空腔内，通过驱动惯性质量块进行圆周运动提供惯性抑振力，实现对飞行器风洞模型俯仰、偏航两自由度复合振动的控制。装置结构紧凑、控制简便，安装于模型内空腔避免了对模型气动外形产生附加影响，应用潜力大。

技术领域

本发明涉及飞行器风洞模型振动主动控制领域，特别涉及一种风洞模型振动惯性作动抑制装置，该装置具备抑制风洞模型俯仰、偏航复合振动的功能。

背景技术

风洞模型试验是研究飞行器气动特性、降低飞行器研制成本及风险的重要途径。其中，飞行器模型最常采用尾部支撑、腹部支撑方式安装于风洞中，其结构为类悬臂式，呈现弱刚度、低阻尼的特点。加之受试验段气流脉动力影响，模型极易产生不规则振动，严重影响气动力测量精度，甚至损坏自身结构，必须对模型振动进行主动抑制。

目前基于压电陶瓷的主动抑振装置成为主流，其以压电陶瓷作为驱动元件，将抑振装置安装于支杆末端或中段，施加控制电压使装置输出抑振力，在模型尾部支撑方式中应用广泛。但针对低速试验条件下的大尺寸风洞模型，一般采取腹部支撑方式，其支杆结构异形导致抑振装置难以布置，且其振动模态复杂极大增加了控制复杂度。

基于惯性作动原理的振动控制手段凭借其抑振装置结构简单、控制代价低廉的优势，已经广泛应用于船舶受运行载荷振动控制、桥梁受风载振动控制等领域。在船舶振动控制领域，基于惯性作动原理的电动消振器已实现商品化，其原理为通过控制旋转惯性作动器输出离心控制力，抑制船舶主机和螺旋桨引起的船体低频结构振动。在桥梁振动控制领域，采用双转子阻尼器提供周期性变化抑振力，抑制风载引起的桥体周期性振动。

但在风洞模型振动控制领域鲜有应用，南京航空航天大学的陈卫东等人在2007年发表的论文《跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究》中，研制了一种电磁式惯性作动器，搭建了一套振动主动控制系统，以振动加速度信号作为反馈，经控制决策驱动作动器输出俯仰方向惯性力，抑振效果达70％以上。该装置利用了模型内部空间，将两个电磁式惯性作动器并联安装于模型内部前腔，但其输出力均为俯仰方向，故仅具备俯仰单方向振动抑制能力。同时，装置体积庞大而输出力有限，抑振效果有限。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服现有技术的不足，发明一种风洞模型振动惯性作动抑制装置，实现对飞行器风洞模型俯仰、偏航双自由度的复合振动控制。该装置内置由电机驱动的惯性质量块8，利用其圆周运动提供惯性离心力的特点，控制其输出与俯仰、偏航方向振动合力反向的惯性力，从而抑制模型俯仰、偏航双自由度的复合振动。本发明安装于模型内尾部空腔内，与模型尾部支杆同轴，具有结构紧凑、控制简便、不影响模型气动外形的特点。

本发明采用的技术方案如下：一种风洞模型振动惯性作动抑制装置，包括外壳基座1、端盖2、端盖紧定螺钉3、轴承4、主轴5、预紧螺母6、定位轴套7、惯性质量块8、联轴器9、电机10、电机安装螺钉11和质量块联接键15，装配联接，实现运动及力传递；

外壳基座1为底部周向外凸的圆柱体，其顶端外表面通过端盖紧定螺钉3与端盖2连接，其底端内表面通过电机安装螺钉11与电机10连接；外壳基座1顶端设有一凹槽用于安装轴承4；主轴5下端通过联轴器9与电机10连接，联轴器9通过电机联接键13和主轴联接键14将电机10输出扭矩传递至主轴5，进而通过质量块联接键15驱动惯性质量块8进行以主轴为中心的圆周运动，其产生的离心惯性力反作用于外壳基座1；主轴5上端穿过外壳基座1与轴承4连接；预紧螺母6与定位轴套7依次固定套于主轴5上；惯性质量块8呈“T”字形，进行以主轴5为中心的圆周运动，其通过预紧螺母6与定位轴套7实现轴向固定于主轴5上，通过质量块联接键15实现周向固定；