本發(fā)明屬于飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種用于飛機(jī)舵面動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

1、飛行器通常設(shè)置很多舵面來維持飛行穩(wěn)定，并控制飛行操縱，舵面對(duì)飛行控制至關(guān)重要。絕大多數(shù)的舵面都是繞軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為保證飛行安全，常常需要對(duì)飛行器舵面結(jié)構(gòu)與操縱系統(tǒng)各環(huán)節(jié)開展大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。舵面動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)包括動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn)、抖振試驗(yàn)、顫振試驗(yàn)等。在試驗(yàn)過程中，通常需要模擬不同的振動(dòng)環(huán)境，并且需要同時(shí)模擬振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅值的變化，有時(shí)振動(dòng)幅值還會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)大。飛行器在進(jìn)行舵面動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，需要一定的動(dòng)力學(xué)裝置來模仿舵面旋轉(zhuǎn)。

2、目前模擬舵面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)環(huán)境的裝置不多，限制了相關(guān)的試驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)某些典型的試驗(yàn)如顫振和抖振試驗(yàn)，參數(shù)化試驗(yàn)研究很不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種能夠驅(qū)動(dòng)飛行器舵面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，用于模擬飛行器舵面動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)環(huán)境。本發(fā)明的裝置可以通過驅(qū)動(dòng)舵面繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來模仿舵面在不同頻率和幅值下的振動(dòng)情況。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于飛機(jī)舵面動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，所述的裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒，所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒外表面為一圓柱面，所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒內(nèi)表面為六棱柱面，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒外表面連接兩個(gè)水平方向的第一連接桿和一個(gè)垂直方向的驅(qū)動(dòng)桿；所述的六棱柱面連接與舵面轉(zhuǎn)軸，二者軸心相重合。

4、進(jìn)一步，兩個(gè)水平方向的第一連接桿固接在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒左右，與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒直徑處于同一條直線，并分別和恢復(fù)彈簧相連；驅(qū)動(dòng)桿固接在套筒下面，與套筒所在軸線垂直，驅(qū)動(dòng)桿末端帶有一平行于套筒軸線的橫桿，橫桿與驅(qū)動(dòng)桿垂直，橫桿放置在叉耳的槽內(nèi)，橫桿受叉耳帶動(dòng)而繞轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，橫桿在叉耳中滑動(dòng)；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒連接在舵面轉(zhuǎn)軸上，控制轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)的頻率和幅值。

5、進(jìn)一步，所述的恢復(fù)彈簧一端固定，恢復(fù)彈簧另一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒的第一連接桿相連，用來克服系統(tǒng)間隙，提供恢復(fù)力矩；所述的第一連接桿的長(zhǎng)度和直徑視舵面慣性和恢復(fù)彈簧的剛度而定，保證第一連接桿不產(chǎn)生過大的彎曲，在試驗(yàn)的頻率范圍內(nèi)不產(chǎn)生共振；兩個(gè)第一連接桿固接在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒的左右，與套筒直徑處于同一條直線，并分別與恢復(fù)彈簧相連。

6、進(jìn)一步，所述的叉耳底部與驅(qū)動(dòng)彈簧板頂端相連，叉耳開口向上，開口內(nèi)部放置驅(qū)動(dòng)桿、橫桿；叉耳帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

7、所述的在叉耳的耳板上設(shè)置叉耳豁口，叉耳豁口位于耳板的中間，叉耳豁口高度為叉耳槽深度的2/3，叉耳豁口寬度大于驅(qū)動(dòng)桿的直徑，使叉耳和驅(qū)動(dòng)桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中互不干涉。

8、進(jìn)一步，所述的驅(qū)動(dòng)彈簧板是具有適當(dāng)剛度的細(xì)長(zhǎng)條帶金屬板，板面法線方向與舵面轉(zhuǎn)軸軸向垂直，長(zhǎng)度方向與轉(zhuǎn)軸軸向垂直，底端固定，頂端與叉耳底部相連；滑塊頂端安裝兩個(gè)圓柱桿夾住驅(qū)動(dòng)彈簧板；給定驅(qū)動(dòng)彈簧板的剛度，使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)彈簧板左右擺動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)彈簧板具有一定的彈性，當(dāng)舵面偏轉(zhuǎn)被限制時(shí)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)桿的偏轉(zhuǎn)角為0，利用驅(qū)動(dòng)彈簧板的彈性變形協(xié)調(diào)各相關(guān)部件的位移；滑塊的頂部設(shè)置兩個(gè)圓柱桿，滑塊通過兩個(gè)圓柱桿與驅(qū)動(dòng)彈簧板關(guān)聯(lián)，圓柱桿夾住驅(qū)動(dòng)彈簧板，沿驅(qū)動(dòng)彈簧板高度方向滑動(dòng)。

9、進(jìn)一步，所述的滑塊底部截面為梯形，放置在滑軌內(nèi)，滑塊頂部高出滑軌槽一定高度，滑塊底部與滑軌的燕尾槽配合，滑軌限定了滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡；

10、兩個(gè)圓柱桿是圓柱形短桿，圓柱桿的長(zhǎng)度大于驅(qū)動(dòng)彈簧板的寬度，固接在滑塊的頂端，兩個(gè)圓柱桿夾住驅(qū)動(dòng)彈簧板，沿驅(qū)動(dòng)彈簧板高度方向滑動(dòng)；靠近偏心輪一側(cè)的圓柱桿上伸出一個(gè)雙耳短桿，滑塊通過雙耳短桿、第二連接桿與偏心輪上的連接環(huán)連接，產(chǎn)生沿滑軌軸線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

11、進(jìn)一步，所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒的六棱柱面與舵面轉(zhuǎn)軸連接，柱面尺寸與舵面轉(zhuǎn)軸的內(nèi)切六邊形適配，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒的長(zhǎng)度和厚度要保證其與舵面轉(zhuǎn)軸的有效連接；舵面轉(zhuǎn)軸下方為舵面轉(zhuǎn)軸支座；

12、第一連接桿和驅(qū)動(dòng)桿固接在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒的外面；驅(qū)動(dòng)桿固接在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒筒壁的正下方，用來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)桿末端帶有一個(gè)平行于舵面轉(zhuǎn)軸、與驅(qū)動(dòng)桿垂直的橫桿，橫桿為一短桿，放置在叉耳的槽內(nèi)，并與叉耳相對(duì)滑動(dòng)；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒不偏轉(zhuǎn)時(shí)，橫桿的最低點(diǎn)靠近叉耳中槽的最低處，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒偏轉(zhuǎn)到最大角度時(shí)，橫桿的上端靠近叉耳中槽的上部，叉耳的耳板中間設(shè)置叉耳豁口，使叉耳和驅(qū)動(dòng)桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中互不干涉。

13、進(jìn)一步，所述的滑塊與連接環(huán)相連接，所述的第二連接桿是滑塊與連接環(huán)的連接部件，第二連接桿與滑塊鉸接，第二連接桿與連接環(huán)固接，第二連接桿帶動(dòng)滑塊沿滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述的滑軌固定在前端板上，水平布置，滑塊沿滑軌運(yùn)動(dòng)；滑軌槽設(shè)置一定的燕尾角，防止滑塊運(yùn)動(dòng)過程中脫出滑軌；偏心輪分為偏心輪轉(zhuǎn)軸與偏心輪輪盤兩部分，偏心輪轉(zhuǎn)軸與調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連；偏心輪的轉(zhuǎn)軸軸心與滑軌的中軸線在同一水平高度上，能夠?qū)崿F(xiàn)升降平臺(tái)對(duì)偏心輪與滑塊的高度控制，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)幅值可調(diào)；支撐底板是調(diào)頻調(diào)幅部分的主要承載結(jié)構(gòu)，前端板和后端板焊接在支撐底板上；調(diào)頻電機(jī)安裝在后端板上，電機(jī)轉(zhuǎn)軸從前端板中伸出，轉(zhuǎn)軸連接偏心輪，并帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連接環(huán)使滑塊產(chǎn)生沿滑軌的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率可調(diào)，調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率即為滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率。

14、進(jìn)一步，支撐底板上有三個(gè)通孔，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)支撐柱和兩個(gè)螺柱，通過螺柱上的升降螺母調(diào)節(jié)支撐底板的高度；前端板焊接在支撐底板上，起到固定滑軌和支撐電機(jī)軸的作用；后端板固定在支撐底板上，起到支撐電機(jī)的作用，并且能夠平衡電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩；

15、偏心輪的轉(zhuǎn)軸連接在調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，偏心輪的一根母線與偏心輪轉(zhuǎn)軸的一根母線重合，半徑大于轉(zhuǎn)軸半徑，半徑差即為偏心距；在運(yùn)動(dòng)過程中，偏心輪的輪心繞偏心輪轉(zhuǎn)軸的軸心旋轉(zhuǎn)，形成半徑為偏心距的圓；偏心輪上設(shè)置一連接環(huán)，偏心旋轉(zhuǎn)使連接環(huán)的端點(diǎn)產(chǎn)生給定頻率與幅值的脈動(dòng)位移；偏心輪上設(shè)置環(huán)向凹槽，限制連接環(huán)沿軸向的滑動(dòng)；

16、連接環(huán)的形狀為圓環(huán)，圓環(huán)內(nèi)徑與偏心輪的直徑相同，與偏心輪用銷釘連接，周向可相對(duì)滑動(dòng)；連接環(huán)的外環(huán)上固定第二連接桿，桿的另一端通過銷釘與滑塊連接。

17、進(jìn)一步，步進(jìn)電機(jī)安裝在支撐底板的下面，步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)升降螺母，起到調(diào)節(jié)升降螺母的作用，從而調(diào)節(jié)支撐底板及調(diào)頻電機(jī)的高度；

18、驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，連接步進(jìn)電機(jī)與升降螺母，升降螺母配置在兩根螺柱上，由圓臺(tái)和外緣齒輪兩部分疊加組成；

19、圓臺(tái)上表面與支撐底板接觸，外緣齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，內(nèi)徑與螺柱適配，升降螺母通過在螺柱上移動(dòng)，從而控制支撐底板的高度。

20、底座為長(zhǎng)方形，固定支撐柱和兩根螺柱，起到支撐整個(gè)升降裝置的作用；驅(qū)動(dòng)彈簧板同樣可以選擇固支在底座上，方便移動(dòng)位置時(shí)的空間尺寸協(xié)調(diào)；支撐柱和兩個(gè)螺柱均固定在底座上，兩個(gè)升降螺母與兩個(gè)螺柱適配，并協(xié)調(diào)同步，調(diào)節(jié)支撐底板的高度。

21、本發(fā)明整個(gè)裝置的安裝使用方法如下：第一步，確定舵面轉(zhuǎn)軸及其舵面轉(zhuǎn)軸支座的位置；進(jìn)一步，將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒與舵面轉(zhuǎn)軸進(jìn)行連接定位，并根據(jù)各連接桿位置安裝恢復(fù)彈簧、叉耳、驅(qū)動(dòng)彈簧板；進(jìn)一步，依次連接安裝滑塊、偏心輪、升降平臺(tái)等裝置(本發(fā)明的升降平臺(tái)是圖3所示的能夠改變偏心輪和滑軌高度的裝置，使滑塊在驅(qū)動(dòng)彈簧板的不同高度處往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使叉耳幅度發(fā)生變化，進(jìn)而改變舵面的偏轉(zhuǎn)角度)，安裝底座并用重物壓住，確保裝置穩(wěn)定性，整個(gè)裝置安裝完畢；進(jìn)一步，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)幅值范圍確定升降平臺(tái)的高度調(diào)整范圍，通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)整升降平臺(tái)的高度；進(jìn)一步，按照所需旋轉(zhuǎn)頻率選擇調(diào)頻電機(jī)的頻率。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

23、本發(fā)明的用于飛機(jī)舵面動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分和調(diào)頻調(diào)幅部分構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分由滑塊沿滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)彈簧板左右擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)彈簧板上連接的叉耳撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套筒，使軸帶動(dòng)舵面產(chǎn)生順(逆)時(shí)針的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑝K的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由調(diào)頻電機(jī)通過偏心輪驅(qū)動(dòng)，使其在滑軌上產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的頻率通過調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)。為了調(diào)整旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的幅值設(shè)置了升降平臺(tái)，通過平臺(tái)的升降改變偏心輪和滑軌的高度，使滑塊在驅(qū)動(dòng)彈簧板的不同高度處往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使叉耳幅度發(fā)生變化，進(jìn)而改變舵面的偏轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。