一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置的制作方法

1.本发明涉及流体流动控制技术领域，具体涉及一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置。


背景技术：

2.本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
3.直升机在前飞过程中，旋翼桨距随方位角的改变会导致桨叶叶素的来流迎角发生周期性变化，特别是高速前飞状态旋翼后行侧桨叶将产生明显的动态失速现象；动态失速发生时，桨叶上表面前缘涡（leading edge vortex, lev）周期性的形成、对流和脱落会引起压力场的非线性扰动，并导致桨叶升力、阻力和俯仰力矩的突然变化；升力和阻力的激增会限制直升机气动性能的提升和飞行速度的提高，交变的气动力和力矩会诱发桨叶的振动甚至失速颤振，进而影响设备的使用寿命和飞行安全，因此改善旋翼动态失速现象，降低动态失速带来的影响，对于提升直升机的性能具有重要价值。
4.为克服动态失速对旋翼性能的不利影响，研究人员针对旋翼桨叶的运动特征，通过对翼型外形开展非定常设计实现了旋翼动态失速特性的改善，但是旋翼性能不仅受翼型外形的影响，还与三维流场、旋翼结构特性等密切相关，因此为突破传统外形设计无法满足全工作状态旋翼性能需求的壁垒，主动流动控制策略被引入了旋翼设计中。其中后缘小翼(trailing edge flap, tef)控制通过改变小翼的偏转角实现翼型外形的动态调节以适应不同迎角的需要，由于小翼驱动机构与主动控制小翼(active control flap, acf)很相似，因此有望通过一套机构同时解决旋翼的动态失速和振动问题，并且后缘小翼控制因结构简单、维护方便等优点具有很好的工程应用前景，已成为改善动态失速的一条重要途径；利用后缘小翼控制旋翼的动态失速，基本原理就是在旋翼桨叶的的后缘布置可偏转运动的后缘小翼，通过控制后缘小翼的振荡幅值、平衡迎角、振荡频率及偏转轨迹实现翼型气动外形的动态变化，以适应不同迎角的需要，从而实现动态失速过程中气动载荷的动态调节。
5.目前在针对动态失速控制的研究中，设计了多种带后缘小翼的翼型装置，其中，部分采用三段设计，其由于模型尺寸和安装空间的限制，电机从一侧直接驱动后缘小翼，严重限制了电机的尺寸和功率，使得小翼只能采用abs材料，功率和材料的限制使得该装置不能开展高风速（高雷诺数）和高振荡频率（高减缩频率）的试验。
6.同时，也有采用电机带动偏心轮旋转，进而带动往复滑块做直线运动，往复滑块远离偏心轮的一端有齿条，齿条与传动齿轮组啮合，后缘小翼内设置有与传动齿轮组啮合的小齿轮，齿条带动传动齿轮组旋转，进而带动后缘小翼做正弦振荡运动，该装置通过手动更换偏心轮上偏心销的位置，实现后缘小翼不同振荡幅值的调节，通过手动更换齿条的位置，实现平衡迎角的调节，通过调节电机转速实现振荡频率的调节。该装置由于采用偏心轮机构实现电机的圆周运动向齿条的直线运动转换，因此只能实现后缘小翼的正弦振荡，而通过手动调整内部部件的位置实现小翼振荡参数的变化过于繁琐，且精度较低，不能满足任意后缘小翼振荡轨迹方程的需要，因此基于该模型只能开展有限条件的试验。此外，由于模
型内部空间的限制，单台电机驱动仍存在功率不足的限制，无法满足更高振荡频率的需要。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，采用多台伺服电机直接驱动后缘小翼，利用电子凸轮实现后缘小翼任意轨迹方程的调节，从而实现后缘小翼更高效的控制，提高后缘小翼控制参数的调节精度，简化后缘小翼振荡参数的调节方式，提高装置的试验风速和后缘小翼振荡频率，实现后缘小翼任意轨迹方程的调节，从而解决了上述问题。
8.本发明的技术方案如下：一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，包括：翼型中央件，所述翼型中央件两侧均安装有后缘小翼驱动单元；后缘小翼，所述后缘小翼两侧分别与翼型中央件两侧的后缘小翼驱动单元可转动连接；控制系统，所述控制系统用于同步控制后缘小翼驱动单元运动。
9.进一步地，所述翼型中央件两侧设置有容置空间，所述后缘小翼驱动单元安装在容置空间内。
10.进一步地，所述后缘小翼驱动单元，包括：安装框架，所述安装框架上设有伺服电机和齿合带传动机构，通过所述齿合带传动机构将伺服电机输出的动力传输至后缘小翼，控制后缘小翼转动。
11.进一步地，所述后缘小翼两侧均设置有传动轴。
12.进一步地，所述齿合带传动机构，包括：主动带轮，所述主动带轮与伺服电机输出轴连接；从动带轮，所述从动带轮与传动轴连接；带齿同步带，所述带齿同步带将主动带轮和从动带轮传动连接，通过带齿同步带驱动后缘小翼转动。
13.进一步地，所述控制系统为电子凸轮，通过所述电子凸轮同步控制两侧的伺服电机的转动，实现后缘小翼振荡幅值、平衡迎角、振荡频率和振荡轨迹方程的控制。
14.进一步地，两个后缘小翼驱动单元对称布置在翼型中央件两侧。
15.进一步地，所述安装框架上设有供传动轴穿过的传动孔，所述传动孔内安装有轴承。
16.进一步地，所述安装框架上还设有供伺服电机输出轴穿过的输出孔。
17.与现有的技术相比本发明的有益效果是：1、一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，采用伺服电机直接驱动后缘小翼，利用电子凸轮实现后缘小翼任意轨迹方程的调节，从而实现后缘小翼更高效的控制，提高后缘小翼控制参数的调节精度，简化后缘小翼振荡参数的调节方式，提高装置的试验风速和后缘小翼振荡频率，实现后缘小翼任意轨迹方程的调节。
18.2、一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，采用双伺服电机双端同步驱动，提高了驱动功率，实现更高的试验风速和振荡频率。
19.3、一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，采用齿合带传动机构直接驱动
后缘小翼，简化机构，避免人工操作引入误差，提高可靠性。
20.4、一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，由于采用伺服电机直接驱动，可通过电子凸轮方便实现任意振荡幅值、平衡迎角、振荡频率和振荡轨迹方程的控制。
附图说明
21.图1为一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置的局部结构示意图；图2为一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置的结构示意图。
22.附图标记：1-翼型中央件，2-后缘小翼，3-容置空间，4-安装框架，5-伺服电机，6-传动轴，7-主动带轮，8-伺服电机输出轴，9-从动带轮，10-带齿同步带。
具体实施方式
23.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
24.下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
25.实施例一请参阅图1，一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，具体包括如下结构：翼型中央件1，所述翼型中央件1两侧均安装有后缘小翼驱动单元；后缘小翼2，所述后缘小翼2两侧分别与翼型中央件1两侧的后缘小翼驱动单元可转动连接；控制系统，所述控制系统用于同步控制后缘小翼驱动单元运动。
26.在本实施例中，具体的，所述翼型中央件1两侧设置有容置空间3，所述后缘小翼驱动单元安装在容置空间3内；优选地，所述容置空间3的尺寸与后缘小翼驱动单元的尺寸一致，防止后缘小翼驱动单元在容置空间3内发生较大的晃动，保证稳定性。
27.在本实施例中，具体的，所述后缘小翼驱动单元，包括：安装框架4，所述安装框架4上设有伺服电机5和齿合带传动机构，通过所述齿合带传动机构将伺服电机5输出的动力传输至后缘小翼2，控制后缘小翼2转动；优选地，所述安装框架4的尺寸与容置空间3的尺寸形状均保持一致，所述安装框架4通过螺钉固定在容置空间3内。
28.在本实施例中，具体的，所述后缘小翼2两侧均设置有传动轴6；优选地，所述传动轴6设置在后缘小翼2上且靠近翼型中央件1一端。
29.在本实施例中，具体的，所述齿合带传动机构，包括：主动带轮7，所述主动带轮7与伺服电机5输出轴连接；从动带轮9，所述从动带轮9与传动轴6连接；带齿同步带10，所述带齿同步带10将主动带轮7和从动带轮9传动连接，通过带齿
同步带10驱动后缘小翼2转动。
30.在本实施例中，具体的，所述控制系统为电子凸轮（图中未示出），通过所述电子凸轮同步控制两侧的伺服电机5的转动，实现后缘小翼2振荡幅值、平衡迎角、振荡频率和振荡轨迹方程的控制。
31.请参阅图2，在本实施例中，具体的，两个后缘小翼驱动单元对称布置在翼型中央件1两侧。
32.在本实施例中，具体的，所述安装框架4上设有供传动轴6穿过的传动孔，所述传动孔内安装有轴承。
33.在本实施例中，具体的，所述安装框架4上还设有供伺服电机5输出轴穿过的输出孔。
34.即本实施例提出的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，通过两侧对称布置的伺服电机5和齿合带传动机构同步驱动后缘小翼2，简化了后缘小翼2驱动机构，避免了人工手动调整后缘小翼2振荡参数带来的误差，提高了装置的可靠性；同时，通过电子凸轮同步控制两侧伺服电机5的转动，实现后缘小翼2任意振荡幅值、平衡迎角、振荡频率和振荡轨迹方程的控制；并采用两个伺服电机5同步驱动的方式，提升了后缘小翼2的驱动功率，使得后缘小翼2可采用金属材料，提高装置的强度，从而能应用于更高的试验风速（雷诺数）和振荡频率（减缩频率）。
35.本实施例提出的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置与现有的技术方案相比，具有如下优点：1、国内现有的技术方案只有一台电机从后缘小翼2中间驱动，受模型安装空间的限制，单台电机提供的功率有限，后缘小翼2振荡的频率受功率的限制不能满足更高的需求，本实施例的技术方案采用两台伺服电机5从后缘小翼2两侧同步驱动，使得驱动功率在理论上实现了2倍的提升。
36.2、国内现有的技术方案采用偏心轮和齿轮齿条的传统机械结构，由于机械摩擦的存在因此不可避免的存在磨损，且每次调节后缘小翼2振荡幅值和平衡迎角时都需要手动调节，增加了装置的复杂程度，降低了后缘小翼2控制的精度和效率，手动调节也限制了应用场景。本实施例的技术方案使用齿合带传动机构，使得伺服电机5通过带齿同步带10直接驱动后缘小翼2，降低了偏心轮和齿轮啮合的磨损，简化了机构，避免了人工操作的误差，提高了装置的应用场景。
37.3、国内现有的技术方案由于采用偏心轮机构将电机的圆周运动先转为齿条机构的直线往复运动，再转化为后缘小翼2的振荡运动，受偏心轮机构的限制，后缘小翼2只能输出正弦运动，无法实现后缘小翼2任意振荡轨迹的输出。本实施例在伺服电机5直接驱动后缘小翼2的基础上，采用电子凸轮，通过控制双端同步运动的伺服电机5按期望的轨迹转动，即可方便实现后缘小翼2任意振荡轨迹的运动。
38.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。
39.提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的
工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。

技术特征：
1.一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，包括：翼型中央件(1)，所述翼型中央件(1)两侧均安装有后缘小翼驱动单元；后缘小翼(2)，所述后缘小翼(2)两侧分别与翼型中央件(1)两侧的后缘小翼驱动单元可转动连接；控制系统，所述控制系统用于同步控制后缘小翼驱动单元运动。2.根据权利要求1所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述翼型中央件(1)两侧设置有容置空间(3)，所述后缘小翼驱动单元安装在容置空间(3)内。3.根据权利要求2所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述后缘小翼驱动单元，包括：安装框架(4)，所述安装框架(4)上设有伺服电机(5)和齿合带传动机构，通过所述齿合带传动机构将伺服电机(5)输出的动力传输至后缘小翼(2)，控制后缘小翼(2)转动。4.根据权利要求3所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述后缘小翼(2)两侧均设置有传动轴(6)。5.根据权利要求4所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述齿合带传动机构，包括：主动带轮(7)，所述主动带轮(7)与伺服电机(5)输出轴连接；从动带轮(9)，所述从动带轮(9)与传动轴(6)连接；带齿同步带(10)，所述带齿同步带(10)将主动带轮(7)和从动带轮(9)传动连接，通过带齿同步带(10)驱动后缘小翼(2)转动。6.根据权利要求3所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述控制系统为电子凸轮，通过所述电子凸轮同步控制两侧的伺服电机(5)的转动，实现后缘小翼(2)振荡幅值、平衡迎角、振荡频率和振荡轨迹方程的控制。7.根据权利要求1所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，两个后缘小翼驱动单元对称布置在翼型中央件(1)两侧。8.根据权利要求4所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述安装框架(4)上设有供传动轴(6)穿过的传动孔，所述传动孔内安装有轴承。9.根据权利要求4所述的一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，其特征在于，所述安装框架(4)上还设有供伺服电机(5)输出轴穿过的输出孔。

技术总结
本发明公开了一种带后缘小翼的翼型动态失速主动控制装置，涉及流体流动控制技术领域，包括：翼型中央件，所述翼型中央件两侧均安装有后缘小翼驱动单元；后缘小翼，所述后缘小翼两侧分别与翼型中央件两侧的后缘小翼驱动单元可转动连接；控制系统，所述控制系统用于同步控制后缘小翼驱动单元运动；本发明，采用伺服电机直接驱动后缘小翼，利用电子凸轮实现后缘小翼任意轨迹方程的调节，从而实现后缘小翼更高效的控制，提高后缘小翼控制参数的调节精度，简化后缘小翼振荡参数的调节方式，提高装置的试验风速和后缘小翼振荡频率，实现后缘小翼任意轨迹方程的调节。小翼任意轨迹方程的调节。小翼任意轨迹方程的调节。


技术研发人员：李国强 宋奎辉 吴霖鑫 赵鑫海 黄志银 杨永东
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/6/27