一种高超声速推进风洞模型的支撑系统.pdf

本发明公开了一种高超声速推进风洞模型的支撑系统,前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸安装在底座的前方，后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸安装在底座的后方，液压杆在底座的中心，前轴电动缸、后轴电动缸分别连接第一平台底面的前方、后方，液压杆与第一平台的中心固定，通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度。

1.  一种高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：其包括可编程逻辑控制器PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸(1)、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸(2)、液压杆(3)、第一平台(4)、底座(5)，前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸安装在底座的前方，后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸安装在底座的后方，液压杆在底座的中心，前轴电动缸、后轴电动缸分别连接第一平台底面的前方、后方，液压杆与第一平台的中心固定，通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度。

2.  根据权利要求1所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：该支撑系统还包括偏航伺服驱动器、偏航运动机构、第二平台(6)，偏航伺服驱动器、偏航运动机构安装在第一平台上面，偏航运动机构连接第二平台，通过PLC、运动控制器、偏航伺服驱动器、后轴伺服电机、偏航运动机构控制第二平台的左右运动。

3.  根据权利要求2所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：所述偏航运动机构是双滚珠丝杠螺旋副(7)，其以后轴电动缸的中心线为运动轴线旋动来改变第二平台的偏航角度。

4.  根据权利要求2所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：所述偏航运动机构是双滚珠丝杠螺旋副(7)，其以前轴电动缸的中心线为运动轴线旋动来改变第二平台的偏航角度。

5.  根据权利要求1所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：所述前轴电动缸、后轴电动缸、偏航运动机构均具有光栅尺，所述前轴伺服电机、后轴伺服电机均具有光电编码器。

6.  根据权利要求1所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：在最大、最小俯仰角度处安装限位器。

7.  根据权利要求4所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：在最大、最小偏航角度处安装限位器。

8.  根据权利要求1所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：所述底座上安装滑槽，PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸、液压杆在滑槽内。

9.  根据权利要求1所述的高超声速推进风洞模型的支撑系统，其特征在于：该支撑系统还包括控制室主机，其与PLC连接。

一种高超声速推进风洞模型的支撑系统
技术领域
本发明属于高超声速推进风洞的技术领域，具体地涉及一种高超声速推进风洞模型的支撑系统。
背景技术
高超声速推进风洞(如图2所示)是进行高超声速飞行器地面试验必不可少的设备。每一种新型飞行器的研制过程中要经过大量的地面试验。高超声速推进风洞主要由加热器、喷管、实验舱、引射器、发动机模型支撑系统组成。加热器提供模型试验所需的高温高压气体；气体由喷管加速到所需马赫数进入实验舱；实验舱内需维持飞行高度相应的大气条件,即一定的压力环境；而引射器用来保证实验舱内的低压状态。模型支撑系统则是将模型置于喷管后方的试验流场中的装置。
由于高超声速推进风洞马赫数较高，模型支撑系统负载较大。目前所采用的支撑系统一般都是硬式支撑，基本原理如下:硬式支撑系统采用特制的固体支架将飞行器或机构试验模型支撑起来放置于风洞。硬式支撑系统结构简单、造价低廉，但是其缺点也是显而易见的，第一：硬式支撑系统就是简单的将模型固定在风洞喷管出口一定距离的正中央，这样对于试验流场建立是极为不利的。第二：硬式支撑系统每次试验只能使模型保持一个姿态，不能提供试验要求的运动姿态，模拟在实际飞行中飞行器的姿态变化。使模型进行姿态调整，造成了试验的局限性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高超声速推进风洞模型的支撑系统,其能够对模型的俯仰角度进行调节，达到一次试验进行多状态测试的目的。
本发明的技术解决方案是：这种高超声速推进风洞模型的支撑系统，其包括可编程逻辑控制器PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸、液压杆、第一平台、底座，前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸安装在底座的前方，后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸安装在底座的后方，液压杆在底座的中心，前轴电动缸、后轴电动缸分别连接第一平台底面的前方、后方，液压杆与第一平台的中心固定，通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度。
本发明通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度，所以能够对模型的俯仰角度进行调节，达到一次试验进行多状态测试的目的。
附图说明
图1是根据本发明的高超声速推进风洞模型的支撑系统的机械结构示意图。
图2是高超声速推进风洞的示意图。
图3是根据本发明的高超声速推进风洞模型的支撑系统实现俯仰角度时 的示意图。
图4是根据本发明的高超声速推进风洞模型的支撑系统实现偏航角度时的示意图。
图5是根据本发明的高超声速推进风洞模型的支撑系统实现控制的方框图。
具体实施方式
如图1-5所示，这种高超声速推进风洞模型的支撑系统，其包括可编程逻辑控制器PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸1、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸2、液压杆3、第一平台4、底座5，前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸安装在底座的前方，后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸安装在底座的后方，液压杆在底座的中心，前轴电动缸、后轴电动缸分别连接第一平台底面的前方、后方，液压杆与第一平台的中心固定，通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度。液压杆处于中间位置，用于定位同时起稳定作用。通过前轴、后轴伺服驱动器保证两个电动缸同步动作即可完成模型的上升或下降运动。当前轴、后轴伺服驱动器控制两个电动缸速度不一致时，即可实现俯仰角的变化。由于机械结构限制，其最大俯仰角为8度。
本发明通过PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸控制第一平台的前方上下运动，通过PLC、运动控制器、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸控制第一平台的后方上下运动，通过控制 第一平台的前后方上下运动来改变第一平台的俯仰角度，所以能够对模型的俯仰角度进行调节，达到一次试验进行多状态测试的目的。
另外，该支撑系统还包括偏航伺服驱动器、偏航运动机构、第二平台6，偏航伺服驱动器、偏航运动机构安装在第一平台上面，偏航运动机构连接第二平台，通过PLC、运动控制器、偏航伺服驱动器、后轴伺服电机、偏航运动机构控制第二平台的左右运动。这样就能够实现对模型的偏航角度进行调节。
另外，所述偏航运动机构是双滚珠丝杠螺旋副7，其以后轴电动缸的中心线为运动轴线旋动来改变第二平台的偏航角度。
或者，所述偏航运动机构是双滚珠丝杠螺旋副7，其以前轴电动缸的中心线为运动轴线旋动来改变第二平台的偏航角度。
另外，所述前轴电动缸、后轴电动缸、偏航运动机构均具有光栅尺，所述前轴伺服电机、后轴伺服电机均具有光电编码器。由此构成双闭环控制模式，伺服电机功率为15KW，电动缸运动精度0.05mm，运动速度可达到500mm/s。
另外，在最大、最小俯仰角度处安装限位器。这样能够保证整个支撑系统的安全。
另外，在最大偏航角度处安装限位器。这样能够保证整个支撑系统的安全。
另外，所述底座上安装滑槽，PLC、运动控制器、前轴伺服驱动器、前轴伺服电机、前轴电动缸、后轴伺服驱动器、后轴伺服电机、后轴电动缸、液压杆在滑槽内。安装时或根据日后试验需要可适当改变其轴线方向位置。
另外，如图5所示，该支撑系统还包括控制室主机，其与PLC连接。试验操作人员既可预编程下载至PLC，也可以在试验过程中，通过控制室主机发指令，实时改变模型的运动状态。
本发明的优点如下：
1)模型在风洞起动后才进入试验流场，不影响风洞起动。
2)可实现上升、下降、俯仰、偏航等多姿态的调节，模拟实际运动时的运动学与动力学特征，从而获得重要的试验数据。
3)可单点或连续动作，可单一方向或多方向同步动作等多状态调节。
4)计算机远程控制，即可预编程，也可试验过程中实时调节。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。