一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置

摘要

本发明提出了一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，包括用于支撑飞机模型的支架结构，可变长度的机身结构、机身外壳整流罩和控制盒，所述用于支撑飞机模型的支架结构包括下支架、电机、液压作动筒和上支架，所述可变长度的机身结构包括中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁、后部栅格槽形梁、机身天平和尾翼天平。采用该飞机模型实验装置，调整前部栅格槽形梁与中部栅格槽形梁之间的卡片安装位置，能够改变前部机身长度，调整后部栅格槽形梁在尾翼天平上部的安装位置，能够改变后部机身长度，实现飞机模型机身长度的变化。并通过外部安装不同外形和布局的机身整流罩，实现构造不同的飞机实验模型。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型实验装置，具体为一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置。

背景技术

在固定翼飞机和旋转翼飞机在设计和制造过程中，经常需要做风洞实验和地面实验，为节约成本，风洞实验和地面实验经常采用飞机模型来模拟真实飞机。新概念飞机常常需要对其关键技术进行验证，验证的过程常常是拿具有该新概念飞机关键特征的飞机模型进行实验。

目前采用的飞机模型大多为木制或金属制一次性飞机模型，不可重复利用，外形和参数不能快速改变。当飞机进行大量实验，且需要根据实验结果更改设计参数时，需要重新加工新的飞机模型，导致成本高昂，实验周期长，资源极大浪费。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有飞机模型外形和参数改变困难，不能重复利用的问题，本发明提出了一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，能快速改变飞机的气动布局形式，各种参数和外形，并能分别得到各部件的实验数据。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：包括用于支撑飞机模型的支架结构，可变长度的机身结构、机身外壳整流罩和控制盒；机身外壳整流罩套在可变长度的机身结构外部；控制盒控制采集天平数据和支架结构的支撑角度；

所述用于支撑飞机模型的支架结构包括下支架、电机、液压作动筒和上支架，下支架下端固定在固定面上，上支架上端支撑可变长度的机身结构，下支架上端与上支架下端通过转轴连接，电机带动液压作动筒驱动上支架绕转轴转动，从而改变支架结构的支撑角度；

所述可变长度的机身结构包括中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁、后部栅格槽形梁、机身天平和尾翼天平；所述机身天平和尾翼天平为六自由度天平，机身天平固定安装在机身天平连接板上，所述机身天平连接板固接在上支架上端；机身天平上部固定有尾翼天平连接板，尾翼天平固定安装在尾翼天平连接板上；中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁和后部栅格槽形梁均为纵向对称结构，且中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁和后部栅格槽形梁的纵向对称面重合；中部栅格槽形梁与前部栅格槽形梁通过在栅格中安装卡片连接；中部栅格槽形梁的尾端有用于放置尾翼天平的中空结构；尾翼天平置于所述中空结构内，并不与中部栅格槽形梁接触；后部栅格槽形梁的前端固定连接在尾翼天平上部。

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：后部栅格槽形梁的尾端固定有尾翼安装板；尾翼安装板上固定安装有左右对称的可变尾翼系统。

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：所述可变尾翼系统包括有水平尾翼、垂直尾翼和角度控制器，垂直尾翼与水平尾翼组成T型尾翼结构；垂直尾翼下端固定在尾翼安装板上，角度控制器安装在垂直尾翼上，控制水平尾翼的偏转角度；角度控制器前部固定有尾翼前部整流罩，角度控制器后部安装有尾翼后部整流罩。

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：前部栅格槽形梁的前端固定有鸭翼安装板；鸭翼安装板上固定安装有左右对称的可变鸭翼系统；所述可变鸭翼系统包括有两片鸭翼和两个角度控制器，角度控制器位于两片鸭翼中间位置，并固定在鸭翼安装板上；每个角度控制器分别控制一片鸭翼的偏转角度。

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：所述角度控制器包括角度调节手柄、蜗轮蜗杆机构和角度旋转轴，角度调节手柄与蜗杆同轴固定连接，蜗轮与角度旋转轴同轴固定连接，角度旋转轴固接偏转翼面。

所述一种可改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，其特征在于：还包括有喷气旋翼系统和旋翼天平；旋翼天平为六自由度天平；旋翼天平固定安装在机身天平连接板上；喷气旋翼系统穿过中部栅格槽形梁与旋翼天平上部固定连接，且旋翼天平和喷气旋翼系统均不与中部栅格槽形梁接触。

有益效果

采用本发明提出的飞机模型实验装置，通过调整前部栅格槽形梁与中部栅格槽形梁之间的卡片安装位置，可以调整前部机身长度，通过调整后部栅格槽形梁在尾翼天平上部的安装位置，可以调整后部机身长度，实现飞机模型机身长度的变化，并通过在前部栅格槽形梁、中部栅格槽形梁和后部栅格槽形梁外部安装不同外形和布局的机身整流罩，实现构造不同的飞机实验模型。

本发明采用可变的尾翼系统，能够实现常规尾翼布局、下垂尾尾翼布局、V型尾翼布局、H型尾翼布局、T型尾翼布局等不同的尾翼布局形式，并通过角度控制器实现尾翼系统中可动翼面的偏转。

本发明还采用了喷气旋翼系统和旋翼天平，能够实现构造带旋翼的飞机模型：在旋翼不转动的情况下，能组装为正常式布局：即无鸭翼，只有主翼和尾翼，也能够组装为三翼面布局：即鸭翼、主翼和尾翼都有；旋翼转动的情况下，能组装为直升机式布局：即无鸭翼和尾翼，只有旋翼转动，也能够组装为复合升力体式布局：既有旋翼转动，又有鸭翼或尾翼或两者皆有。

采用本发明，鸭翼、尾翼和旋翼的参数、外形都能改变，机身长度和鸭翼、尾翼、旋翼的相对安装位置都可变，能适合于各种类型飞机的模型实验，且主要部件不用更换，节约成本与实验周期。

采用本发明，旋翼产生的力能单独测出，尾翼产生的力能单独测出，鸭翼长生的力能通过机身天平测出的力计算得出出，可用于研究不同部件力的特性，与各部件之间的相互影响。

附图说明

图1：用于支撑飞机模型的支架结构的结构示意图；

图2：可变长度的机身结构的结构示意图；

图3：可变长度的机身结构的结构示意图；

图4：喷气旋翼系统的结构示意图；

图5：可变鸭翼系统的结构示意图；

图6：角度控制盒的结构示意图；

图7：可变尾翼系统去除尾翼前部整流罩的结构示意图；

图8：可变尾翼系统的结构示意图；

图9：六自由度天平的结构示意图；

图10：T型尾翼结构的模型结构示意图；

图11：V型尾翼结构的模型结构示意图；

图12：常规尾翼结构的模型结构示意图；

图13：H型尾翼结构的模型结构示意图；

图14：下垂尾尾翼结构的模型结构示意图；

其中：1、盒状下支架；2、盒状上支架；3、液压作动筒；4、直流电机；5、旋翼天平；6、机身天平；7、中部栅格槽形梁；8、控制盒；9、后部栅格槽形梁；10、前部栅格槽形梁；11、尾翼天平；12、机身天平连接板；13、前部连接板；14、控制盒安装板；15、尾翼天平连接板；16、鸭翼安装板；17、尾翼安装板；18、桨尖喷气桨叶；19、转速传感器；20、自动倾斜盘；21、作动筒；22、旋翼安装支架；23、主轴；24、输气管道；25、鸭翼；26、角度控制器；27、轴承端盖；28、角度控制器外盒；29、角度调节手柄；30、深沟球轴承；31、蜗杆；32、角度旋转轴；33、蜗轮；34、水平尾翼；35、垂直尾翼；36、方向舵；37、方向舵旋转轴；38、垂直尾翼固定轴；39、尾翼后部整流罩；40、尾翼前部整流罩。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例为一种可快速改变外形和参数的可重复利用飞机模型实验装置，包括用于支撑飞机模型的支架结构，可变长度的机身结构、机身外壳整流罩和控制盒8，机身外壳整流罩套在可变长度的机身结构外部，控制盒控制采集天平数据和支架结构的支撑角度；此外，该飞机模型实验装置还包括有可变尾翼系统、可变鸭翼系统、喷气旋翼系统和旋翼天平5。

参照附图1，所述用于支撑飞机模型的支架结构包括盒状下支架1、直流电机4、液压作动筒3和盒状上支架2，盒状下支架1下端通过4个地脚螺栓固定于地面，侧面有250mm×250mm的安装平板，直流电机4和液压作动筒3通过4个螺栓固定在安装平板上，液压作动筒上部与盒状上支架通过轴与轴承相连；盒状上支架上部通过6个螺栓与飞机模型机身结构的机身天平连接板12相连，支撑可变长度的机身结构，盒状上支架下部通过轴与深沟球轴承与盒状下支架1相连；当需要改变飞机模型俯仰角度时，直流电机带动液压作动筒驱动盒状上支架绕与盒状下支架的连接转轴转动，从而改变支架结构的支撑角度，即改变了飞机模型的俯仰角度，从而能测量不同俯仰角度下飞机模型的特性。

参照附图2和附图3，所述可变长度的机身结构包括中部栅格槽形梁7、前部栅格槽形梁10、后部栅格槽形梁9、机身天平6和尾翼天平11。

所述机身天平、尾翼天平和旋翼天平均为通用的六自由度天平：在互相垂直的三个方向上安装有力传感器和力矩传感器，能测量出这三个方向六自由度的力和力矩，天平上部和下部均为平板，开有一系列安装孔，便于安装。

旋翼天平5和机身天平6通过4个螺栓固定连接在机身天平连接板12上，机身天平连接板12通过6个螺栓固定连接在飞机模型支架结构的盒状上支架1上。尾翼天平连接板15通过4个螺栓固定连接在机身天平6上部，尾翼天平通过4个螺栓固定安装在尾翼天平连接板上。

中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁和后部栅格槽形梁均为纵向对称结构，且中部栅格槽形梁、前部栅格槽形梁和后部栅格槽形梁的纵向对称面重合，该纵向对称面即为飞机模型的纵向对称面。中部栅格槽形梁与前部栅格槽形梁通过在栅格中安装卡片来连接，改变卡片在不同栅格中的安装位置，即可调整前部机身长度。中部栅格槽形梁的尾端有用于放置尾翼天平的中空结构，尾翼天平置于所述中空结构内，且不与中部栅格槽形梁接触，保证了尾翼天平测量的只是尾翼所产生的力。后部栅格槽形梁的前端通过4个螺栓固定连接在尾翼天平上部的螺栓孔上，通过调节后部栅格槽形梁前端在尾翼天平上部不同的固定螺栓孔位置，可以调整后部机身长度。控制盒安装板14焊接在中部栅格槽形梁的中后端上部，控制盒8通过4个螺栓安装在控制盒安装板14上，控制盒控制旋翼的旋转、3个天平测量数据的采集和各个可变角度的控制。

后部栅格槽形梁的尾端焊接固定有尾翼安装板，尾翼安装板上固定安装有左右对称的可变尾翼系统。所述的可变尾翼系统根据布局形式不同，其包含的部件也不同，例如T型尾翼布局包括水平尾翼34、垂直尾翼35、方向舵36、方向舵旋转轴37、垂直尾翼固定轴38、尾翼后部整流罩39、尾翼前部整流罩40和角度控制器26，水平尾翼与角度控制器相连，可以调整水平尾翼的迎角，水平尾翼可更换，能测量不停外形水平尾翼的特性，角度控制器固定在垂直尾翼上，角度控制盒的外部安装尾翼后部整流罩与尾翼前部整流罩，其将角度控制器保护在整流罩内部，并能起到好的整流作用，垂直尾翼与垂直尾翼固定轴焊接在一起，通过螺栓将垂直尾翼固定轴固定在尾翼安装板上，方向舵与方向舵旋转轴焊接在一起，方向舵与垂直尾翼通过合叶相连，调节方向舵旋转轴则能调节方向舵的偏角，能测量方向舵不同偏角下的特性，其他能应用的布局形式还有常规尾翼布局、下垂尾尾翼布局、V型尾翼布局、H型尾翼布局等.

前部栅格槽形梁的前端固定有鸭翼安装板，鸭翼安装板上固定安装有左右对称的可变鸭翼系统。所述可变鸭翼系统包括有两片鸭翼和两个角度控制器，角度控制器位于两片鸭翼中间位置，并焊接固定在鸭翼安装板上；每个角度控制器分别控制一片鸭翼的偏转角度。鸭翼可以更换，能测量不同外形鸭翼的特性。

参照附图6，本实施例中的角度控制器包括角度调节手柄、蜗轮蜗杆机构和角度旋转轴，角度调节手柄29与蜗杆31同轴固定焊接，并用深沟球轴承30支承，蜗轮33与角度旋转轴32同轴固定焊接，并用深沟球轴承30支承。角度控制器外盒28将内部的涡轮蜗杆机构保护在内部，其上有孔安装支承用的深沟球轴承30，外部通过6个螺钉加上轴承端盖27将深沟球轴承30固定。角度旋转轴固接偏转翼面，通过转动角度调节手柄，带动蜗杆旋转，蜗杆带动蜗轮旋转，蜗轮带动角度旋转轴旋转，角度旋转轴与偏转翼面固接，则偏转翼面被带动转动，调节偏转翼面（如鸭翼或水平尾翼）的迎角。

参照附图4，所述喷气旋翼系统包括桨尖喷气桨叶18、转速传感器19、自动倾斜盘20、作动筒21、旋翼安装支架22、主轴23、输气管道21。输气管道21放置在飞机模型的支架结构中，其与主轴23通过有6个螺钉孔的法兰相连，主轴23为空心轴，与上部的桨尖喷气桨叶18通过螺钉相连，输气管道输送的空气通过空心主轴进入桨尖喷气桨叶，驱动桨尖喷气桨叶旋转，主轴中部安装旋翼安装支架，旋翼安装支架底部有法兰结构，通过螺钉用法兰结构固定在旋翼天平上，主轴上部从上到下依次安装有桨尖喷气桨叶、转速传感器和自动倾斜器，桨尖喷气桨叶可更换来测量不同外形桨叶的特性，其内部通道与主轴内部输气管道相连，转速传感器固定在主轴上部，桨尖喷气桨叶下方，用于测量旋翼转速，自动倾斜器用于桨尖喷气桨叶的总距、周期变距控制，液压作动筒与自动倾斜器相连，用于控制自动倾斜器。

旋翼天平上部与喷气旋翼系统相连，而不与机身结构相连，保证旋翼天平测量的只有旋翼所产生的力，机身天平测量的是除旋翼外整个飞机模型所产生的力。

本装置鸭翼25、水平尾翼34和桨尖喷气桨叶18可以更换为不同外形的部件，能通过6自由度天平测量不同外形部件的特性，鸭翼25和水平尾翼34的迎角通过角度控制器26改变，转动角度调节手柄21，则蜗杆31转动。蜗杆31通过涡轮蜗杆机构带动蜗轮33转动，则角度旋转轴32相应转动，能调节鸭翼25和水平尾翼34的迎角。

本装置的机身长度可变，通过改变前部机身的长度，即能改变鸭翼25与其余部件的相对位置，通过改变后部栅格槽形梁9安装在尾翼天平11不同的螺栓孔中，可改变后部机身的长度，即能改变尾翼系统与其余部件的相对位置，能测量出不同相对位置各部件的特性。

本装置的旋翼天平5的上部只与喷气旋翼系统相连，不与可变机身长度结构相连，则能单独测出喷气旋翼系统的力，尾翼天平11上部只与后部栅格槽形梁9相连，则能单独测出尾翼系统所产生的力，机身天平6测出的除喷气旋翼系统外整个飞机模型上的力，则能计算出鸭翼25上产生的力。