阅读说明：本技术 一种风洞试验用舰船摇摆台 (Ship swaying table for wind tunnel test ) 是由 张钧 陈陆军 傅澔 武杰 马军 金华 张晖 梁勇 刘江涛 刘赟 孙福振 兰宇 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种风洞试验用舰船摇摆台,包括运动机构、随动机构、动平台、基座和运动控制器；所述运动机构、随动机构设置在动平台和基座之间,所述运动控制器与运动机构通过电缆连接,控制运动机构做可控伸缩运动；风洞主控计算机将舰船模型的位姿控制信号通过电缆传递给运动控制器,运动控制器控制RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ伸缩运动。本发明能够用于在风洞内模拟载机舰船的运动,以形成载机舰船飞行甲板上方及周围的空气流场,为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。能够用于调整舰船模型在风洞流场中的不同姿态,为舰船模型在不同姿态下的气动力测量及其周围气流场测量提供条件。(The invention discloses a ship swing table for a wind tunnel test, which comprises a motion mechanism, a follow-up mechanism, a movable platform, a base and a motion controller, wherein the motion mechanism is arranged on the base; the motion mechanism and the follow-up mechanism are arranged between the movable platform and the base, and the motion controller is connected with the motion mechanism through a cable and controls the motion mechanism to do controllable telescopic motion; the wind tunnel main control computer transmits the position and pose control signal of the ship model to the motion controller through a cable, and the motion controller controls the RPR component I, the RPR component II and the RPR component III to move in a stretching and contracting mode. The invention can be used for simulating the motion of an aircraft-carrying ship in the wind tunnel to form an air flow field above and around a flight deck of the aircraft-carrying ship, and provides conditions for dynamic ship airflow field measurement in the wind tunnel, ship-carrying ship adaptation research of the aircraft-carrying ship and the aircraft-carrying aircraft, and the like. The method can be used for adjusting different postures of the ship model in the wind tunnel flow field, and provides conditions for aerodynamic force measurement of the ship model in different postures and measurement of the surrounding airflow field.)

一种风洞试验用舰船摇摆台

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，特别是涉及一种风洞试验用舰船摇摆台。

背景技术

舰载机起降安全是载机舰船上最危险的动作之一，也是航母形成战斗力首先必须解决的问题。由于飞行甲板上方及周围的空气流场复杂，会对舰载机在起降过程中的操稳性产生很大影响，甚至危及舰载机起降飞行安全，为了避免事故和保证起降安全，各海军强国都很重视并积极解决这一问题。根据研究，影响舰载机起降安全的主要因素包括海水流场、载机舰船等运动，以及飞行甲板上方及周围的不稳定的空气流场(包含舰载机自身制造的流场及其与周围环境的耦合影响)等。

舰船运动包括纵摇、横摇、艏摇、垂荡、横荡和纵荡等，对于舰船的运动模拟通常采用舰船运动模拟装置来实现。对载机舰船相关的空气流场研究方法主要有两种，一种是利用计算机建模与数值仿真，另一种是采用缩比模型开展通过实船海上测试。由于目前我国采用计算机建模与数值仿真特别是有关流场耦合的方法尚未完善，计算结果的可信度不是很高，因此动态载机舰船相关的空气流场研究主要还是采用上述的第二种方法。其次，由于实船海上测试成本较高，测试范围有限。并且由于现有的通用舰船运动模拟装置结构复杂，特别是其外形尺寸大，难以安装在风洞试验段内部，即使将其装入风洞也会造成堵塞度大而影响试验精度；因此，要在风洞内开展动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究，目前通用的舰船运动模拟装置尚不能满足要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种风洞试验用舰船摇摆台，能够用以在风洞内模拟载机舰船的运动，以形成载机舰船飞行甲板上方及周围的空气流场，为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。能够用于调整舰船模型在风洞流场中的不同姿态，为舰船模型在不同姿态下的气动力测量及其周围气流场测量提供条件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风洞试验用舰船摇摆台，包括运动机构、随动机构、动平台、基座和运动控制器；所述运动机构、随动机构设置在动平台和基座之间，所述运动控制器与运动机构通过电缆连接，驱动运动机构做可控伸缩运动；

所述运动机构包括RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ，所述RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ相互并联，并架设在上方的动平台和下方的基座之间；所述RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ构成垂直平面内的2个三角形的运动结构关系；

所述随动机构包括PRR组件Ⅰ、PRR组件Ⅱ、PRR组件Ⅲ和PRR组件Ⅳ，所述PRR组件Ⅰ、PRR组件Ⅱ、PRR组件Ⅲ和PRR组件Ⅳ相互并列架设在上方的动平台和下方的基座之间；

风洞主控计算机将舰船模型的位姿控制信号通过电缆传递给运动控制器，运动控制器控制RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ伸缩运动。

进一步的是，所述RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和RPR组件Ⅲ构成垂直平面内的2个三角形的运动结构关系：由所述RPR组件Ⅱ的顶端和底端分别铰接在动平台和基座相对应的左侧之间；由所述RPR组件Ⅲ的顶端和底端分别铰接在动平台和基座相对应的右侧之间；所述RPR组件Ⅰ的顶端与动平台的右侧相互铰接，且所述RPR组件Ⅰ的底端与基座的左侧相互铰接；从而由RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅱ和动平台构成1个三角形运动结构关系，由RPR组件Ⅰ、RPR组件Ⅲ和基座构成另1个三角形运动结构关系。

进一步的是，在所述运动机构中：

所述RPR组件Ⅰ包括上转动副Ⅰ、电动缸Ⅰ和下转动副Ⅰ，所述电动缸Ⅰ的运动端通过上转动副Ⅰ与动平台铰接，所述电动缸Ⅰ的固定端通过下转动副Ⅰ与基座铰接；所述运动控制器与电动缸Ⅰ通过电缆连接，由运动控制器控制电动缸Ⅰ主动可控伸缩；

所述RPR组件Ⅱ包括上转动副Ⅱ、电动缸Ⅱ和下转动副Ⅱ，所述电动缸Ⅱ的运动端通过上转动副Ⅱ与动平台铰接，所述电动缸Ⅱ的固定端通过下转动副Ⅱ与基座铰接；所述运动控制器与电动缸Ⅱ通过电缆连接，由运动控制器控制电动缸Ⅱ主动可控伸缩；

所述RPR组件Ⅲ包括上转动副Ⅲ、电动缸Ⅲ和下转动副Ⅲ，所述电动缸Ⅲ的运动端通过上转动副Ⅲ与动平台铰接，所述电动缸Ⅲ的固定端通过下转动副Ⅲ与基座铰接；所述运动控制器与电动缸Ⅲ通过电缆连接，由运动控制器控制电动缸Ⅲ主动可控伸缩。

进一步的是，在所述随动机构中，所述PRR组件Ⅰ、PRR组件Ⅱ、PRR组件Ⅲ和PRR组件Ⅳ结构相同，包括导向杆、滑套、连杆和转动件，所述导向杆竖直固定布置在基座四角上，所述滑套套设在导向杆上并在导向杆上滑动，在所述滑套上与连杆的一端相互铰接，所述连杆的另一端通过转动件与动平台相互铰接。摇摆台运动时，动平台带动每个PRR机构下端的滑套沿四根固定在基座上的导向杆上下滑动。随动机构采用这种结构，提高了动平台的运动稳定性和支撑刚度。

进一步的是，根据试验需要，通过风洞主控计算机将舰船模型运动参数(如垂荡、横荡、纵荡、纵摇和横摇等的频率和振幅等)或舰船模型姿态参数(如侧滑角和俯仰角)的控制信号通过电缆传递给运动控制器，运动控制器通过运动解算给出电动缸Ⅰ、电动缸Ⅱ和电动缸Ⅲ的位移量，并控制3台电动缸的同步伸缩运动；通过3台电动缸的长度变化带动动平台，同时由4个PRR组件辅助随动支撑，使动平台带动舰船模型在风洞试验中按照给定的方式运动或者到达指定的姿态。

进一步的是，在所述动平台上设置有舰船模型连接座，所述舰船固定安装在舰船模型连接座上。根据试验需要和舰船模型的运动范围，不同的舰船模型选用不同的舰船模型连接座。

进一步的是，所述舰船模型连接座为转接板或天平；在开展动态风洞试验时，舰船模型通过转接板固定安装在摇摆台的动平台上；开展静态试验时，舰船模型与动平台通过测量气动力用的天平固联；带动固联于其上的舰船模型位于不同的俯仰角姿态，以及铅垂方向、轴向的位置调整。动平台上的转接板/天平可带动固联于其上的舰船模型位于不同的俯仰角姿态，以及铅垂方向、轴向的位置调整，另外通过试验段下转盘的转动配合，还可实现舰船模型位于不同的偏航角姿态，为舰船模型不同姿态下的气动力测量和气流场测量提供条件。

进一步的是，所述动平台与舰船模型的相对安装位置有两个，一个位置的舰船模型左右对称面与运动机构所在的面平行，另一个位置的舰船模型左右对称面与运动机构所在的面垂直，且两个安装位置绕下转盘转轴互成90°。

进一步的是，所述基座设置在试验段风洞的下转盘上，通过试验段下转盘的转动配合，实现舰船模型位于不同的偏航角姿态，为舰船模型不同姿态下的气动力测量和气流场测量提供条件。风洞试验时，配合风洞试验段下转盘的转动，采用3个RPR机构可实现摇摆台所需的垂荡、纵荡、纵摇、横摇和横荡等5个动态运动及其组合的运动模拟，也可用于摇摆台的位姿(俯仰角、偏航角、轴向，侧向以及铅垂方向)调整，为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。

采用本技术方案的有益效果：

本发明通过在风洞内的摇摆台上安装舰船模型，能够用以在风洞内模拟载机舰船的运动，以形成载机舰船飞行甲板上方及周围的空气流场，为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。能够用于调整舰船模型在风洞流场中的不同姿态，为舰船模型在不同姿态下的气动力测量及其周围气流场测量提供条件。能够模拟舰船在海上的航行条件，可复现固定翼飞机或者直升飞机在舰船上起降的环境，且具有明显的可控性、可操作性、经济性和无破坏性等优点。

本发明提成的整个摇摆台结构紧凑、外形尺寸小，堵塞度小，能满足风洞试验时舰船的运动模拟以及舰船模型的位姿要求。

本发明中的运动机构通过3个RPR机构、基座和动平台构成一个平面内的2个三角形，通过改变2个三角形的3个边长(通过滑动副P实现)，利用三角形的结构稳定原理，就可实现动平台的唯一对应的位姿变化，机构紧凑简洁，结构稳定，动平台运动的位形准确。3个RPR机构位于同一个平面，舰船模型的左右对称面与该平面平行或重合，这种结构，紧凑简洁，阻塞度最小，既能满足风洞试验中舰船运动模拟或位姿的要求，也可避免装置本身对舰船模型流场的影响，提高了试验的精准度。每个RPR机构独立地将动平台和基座连接起来，提高了动平台的连接刚度和抗载能力，为动平台的运动平稳性提供保证。利用3台电动缸I、电动缸II和电动缸III按照给定的位移伸缩，即可实现动平台要求的运动或位姿。3个RPR机构的上端分别与动平台铰接，下端分别与基座铰接，随着三个电动缸的自动伸缩，3个RPR机构的结构尺寸随之变化，从而带动摇摆台的动平台实现三个自由度(前后方向、铅垂方向和俯仰方向)的可控运动。

在本发明中，同时有所涉及的具有特定结构的4个PRR组件均布于动平台的四个角，动平台运动时每个PRR组件随动平台的运动独立跟随运动。摇摆台采用了4个PRR机构的随动机构，提高了舰船模型的风载承受能力以及舰船模型运动过程的平稳性，增加了舰船模型的运动刚度，确保了舰船模型的风洞试验的安全性。另外，采用这种机构，通过提高舰船模型的运动刚度和风载承受能力，减小了摇摆台的受载变形，从而可提高舰船模型运动位姿控制的精准度，为获得准确的风洞试验数据提供保障。

本发明风洞试验过程中，通过摇摆台的可控运动以及下转盘的转动配合，可实现舰船的垂荡、纵荡、纵摇、横摇和横荡等5个动态运动及其组合的运动模拟，为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。也可用于舰船模型静态风洞试验中的俯仰角和偏航角的姿态控制，以及铅垂方向、轴向和侧向的位置调整，为舰船模型不同姿态下的气动力测量和气流场测量提供条件。

附图说明

图1为本发明的一种风洞试验用舰船摇摆台的结构示意图；

图2为本发明实施例中摇摆台运动关系的结构示意图；

其中，1是动平台，2是基座，3是RPR组件Ⅰ，4是RPR组件Ⅱ，5是RPR组件Ⅲ，6是PRR组件Ⅰ，7是PRR组件Ⅱ，8是PRR组件Ⅲ，9是PRR组件Ⅳ，10是运动控制器；31是上转动副Ⅰ，32是电动缸Ⅰ，33是下转动副Ⅰ，41是上转动副Ⅱ，42是电动缸Ⅱ，43是下转动副Ⅱ，51是上转动副Ⅲ，52是电动缸Ⅲ，53是下转动副Ⅲ，61是导向杆，62是滑套，63是连杆，64是转动件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1和图2所示，本发明提出了一种风洞试验用舰船摇摆台，包括运动机构、随动机构、动平台1、基座2和运动控制器10；所述运动机构、随动机构设置在动平台1和基座2之间，所述运动控制器10与运动机构通过电缆连接，驱动运动机构做可控伸缩运动；

所述运动机构包括RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和RPR组件Ⅲ5，所述RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和RPR组件Ⅲ5相互并联，并架设在上方的动平台1和下方的基座2之间；所述RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和RPR组件Ⅲ5构成垂直平面内的2个三角形的运动结构关系；

所述随动机构包括PRR组件Ⅰ6、PRR组件Ⅱ7、PRR组件Ⅲ8和PRR组件Ⅳ9，所述PRR组件Ⅰ6、PRR组件Ⅱ7、PRR组件Ⅲ8和PRR组件Ⅳ9相互并列架设在上方的动平台1和下方的基座2之间；

风洞主控计算机将舰船模型的位姿控制信号通过电缆传递给运动控制器10，运动控制器10控制RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和RPR组件Ⅲ5伸缩运动。

作为上述实施例的优化方案，所述RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和RPR组件Ⅲ5构成垂直平面内的2个三角形的运动结构关系：由所述RPR组件Ⅱ4的顶端和底端分别铰接在动平台1和基座2相对应的左侧之间；由所述RPR组件Ⅲ5的顶端和底端分别铰接在动平台1和基座2相对应的右侧之间；所述RPR组件Ⅰ3的顶端与动平台1的右侧相互铰接，且所述RPR组件Ⅰ3的底端与基座2的左侧相互铰接；从而由RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅱ4和动平台1构成1个三角形运动结构关系，由RPR组件Ⅰ3、RPR组件Ⅲ5和基座2构成另1个三角形运动结构关系。

在所述运动机构中：

所述RPR组件Ⅰ3包括上转动副Ⅰ31、电动缸Ⅰ32和下转动副Ⅰ33，所述电动缸Ⅰ32的运动端通过上转动副Ⅰ31与动平台1铰接，所述电动缸Ⅰ32的固定端通过下转动副Ⅰ33与基座2铰接；所述运动控制器10与电动缸Ⅰ32通过电缆连接，由运动控制器10控制电动缸Ⅰ32主动可控伸缩；

所述RPR组件Ⅱ4包括上转动副Ⅱ41、电动缸Ⅱ42和下转动副Ⅱ43，所述电动缸Ⅱ42的运动端通过上转动副Ⅱ41与动平台1铰接，所述电动缸Ⅱ42的固定端通过下转动副Ⅱ43与基座2铰接；所述运动控制器10与电动缸Ⅱ42通过电缆连接，由运动控制器10控制电动缸Ⅱ42主动可控伸缩；

所述RPR组件Ⅲ5包括上转动副Ⅲ51、电动缸Ⅲ52和下转动副Ⅲ53，所述电动缸Ⅲ52的运动端通过上转动副Ⅲ51与动平台1铰接，所述电动缸Ⅲ52的固定端通过下转动副Ⅲ53与基座2铰接；所述运动控制器10与电动缸Ⅲ52通过电缆连接，由运动控制器10控制电动缸Ⅲ52主动可控伸缩。

在所述随动机构中，所述PRR组件Ⅰ6、PRR组件Ⅱ7、PRR组件Ⅲ8和PRR组件Ⅳ9结构相同，包括导向杆61、滑套62、连杆63和转动件64，所述导向杆61竖直固定布置在基座2四角上，所述滑套62套设在导向杆61上并在导向杆61上滑动，在所述滑套62上与连杆63的一端相互铰接，所述连杆63的另一端通过转动件64与动平台1相互铰接。摇摆台运动时，动平台1带动每个PRR机构下端的滑套62沿四根固定在基座2上的导向杆61上下滑动。随动机构采用这种结构，提高了动平台1的运动稳定性和支撑刚度。

根据试验需要，通过风洞主控计算机将舰船模型运动参数如垂荡、横荡、纵荡、纵摇和横摇等的频率和振幅等或舰船模型姿态参数如侧滑角和俯仰角的控制信号通过电缆传递给运动控制器10，运动控制器10通过运动解算给出电动缸Ⅰ32、电动缸Ⅱ42和电动缸Ⅲ52的位移量，并控制3台电动缸的同步伸缩运动；通过3台电动缸的长度变化带动动平台1，同时由4个PRR组件辅助随动支撑，使动平台1带动舰船模型在风洞试验中按照给定的方式运动或者到达指定的姿态。

作为上述实施例的优化方案，在所述动平台1上设置有舰船模型连接座，所述舰船固定安装在舰船模型连接座上。根据试验需要和舰船模型的运动范围，不同的舰船模型选用不同的舰船模型连接座。

所述舰船模型连接座为转接板或天平；在开展动态风洞试验时，舰船模型通过转接板固定安装在摇摆台的动平台1上；开展静态试验时，舰船模型与动平台1通过测量气动力用的天平固联；带动固联于其上的舰船模型位于不同的俯仰角姿态，以及铅垂方向、轴向的位置调整。动平台1上的转接板/天平可带动固联于其上的舰船模型位于不同的俯仰角姿态，以及铅垂方向、轴向的位置调整，另外通过试验段下转盘的转动配合，还可实现舰船模型位于不同的偏航角姿态，为舰船模型不同姿态下的气动力测量和气流场测量提供条件。

所述动平台1与舰船模型的相对安装位置有两个，一个位置的舰船模型左右对称面与运动机构所在的面平行，另一个位置的舰船模型左右对称面与运动机构所在的面垂直，且两个安装位置绕下转盘转轴互成90°。

在开展动态风洞试验时，舰船模型通过转接板固定安装在摇摆台的动平台1上；开展静态试验时，舰船模型与动平台1通过测量气动力用的天平固联，其中舰船模型与天平的浮动端固联，天平的固定端安装在动平台1上。无论动态试验还是静态试验，摇摆台的动平台1与舰船模型的相对安装位置有两个，其中一个位置的舰船模型左右对称面与运动机构所在的面平行，另一个与其垂直，且两个安装位置绕下转盘转轴互成90°。

所述基座2设置在试验段风洞的下转盘上，通过试验段下转盘的转动配合，实现舰船模型位于不同的偏航角姿态，为舰船模型不同姿态下的气动力测量和气流场测量提供条件。风洞试验时，配合风洞试验段下转盘的转动，采用3个RPR机构可实现摇摆台所需的垂荡、纵荡、纵摇、横摇和横荡等5个动态运动及其组合的运动模拟，也可用于摇摆台的位姿俯仰角、偏航角、轴向，侧向以及铅垂方向调整，为风洞内的动态舰船气流场测量、载机舰船和舰载机的舰机适配性研究等提供条件。

在具体风洞试验实施过程中，可先将摇摆台通过基座2固定在风洞试验段下转盘上，舰船模型通过转接板/天平与动平台1固联。动平台1与舰船模型的相对安装位置有两个，两个安装位置绕下转盘转轴互成90°，根据风洞试验要求的舰船模型运动形式，确定舰船模型与动平台1的连接选用那个位置。风洞试验时，根据试验要求，风洞主控计算机将舰船模型运动参数如垂荡、横荡、纵荡、纵摇和横摇等的频率和振幅等或舰船模型姿态参数如侧滑角和俯仰角的控制信号通过电缆传递给运动控制器10，运动控制器10通过运动解算给出3台电动缸I、电动缸II和电动缸III的位移量，并控制3台电动缸的同步伸缩运动。3台电动缸的长度变化带动动平台1以及固联在其上的转接板/天平和舰船模型按照给定的方式运动或者到达指定的姿态。

风洞试验时，试验模型一般置于风洞流场品质最好的试验段中心，而开展舰船模型相关的风洞试验则不同，舰船模型要置于模拟海面的地板中，舰船模型和地板都需安装在风洞试验段下壁板上。其中，舰船模型就是通过摇摆台采用腹部支撑的方式与试验段下壁板相连。摇摆台既要把舰船模型固定在试验段下壁板上，又要实现舰船模型的运动模拟或者位姿调整。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。