一種風洞主動抑振支杆壓電陶瓷驅動器預緊方法與流程
2024-03-04 19:32:15
本發明屬於風洞實驗技術領域，涉及一種適用於風洞主動抑振支杆壓電陶瓷驅動器預緊方法。
背景技術：
風洞模型試驗已經成為飛行器研製開發過程中的重要手段，並將繼續在航空航天領域發揮無可替代的作用。合理的風洞試驗有助於幫助了解飛行器的空氣動力學性能，降低研製的風險和成本。跨聲速風洞試驗模型通常採用支杆尾撐方式，系統剛度低，進入大攻角試驗狀態時，在氣流脈動載荷作用下，極易產生劇烈低頻振動，直接影響模型載荷測量結果的準確性和試驗安全性。在模型支杆系統振動的主、被動抑制方法中，採用壓電陶瓷驅動器進行主動控制是一種抑振效果較好的方法。如南京航空航天大學的李傑鋒，沈星等人發明的專利號為cn201310196950.1「一種主動減振的風洞模型尾支杆結構」和哈爾濱工程大學的楊鐵軍，黃迪等人發明的申請號為201610817794.x「一種應用於風洞模型振動解藕控制的主動抑振作動機構」分別發明了不同的風洞主動抑振支杆結構，但沒有闡述風洞主動抑振支杆壓電陶瓷驅動器的安裝和預緊方法。
壓電陶瓷驅動器的預緊有利於壓電陶瓷驅動器的壓電驅動力的輸出，補償動態力，由於壓電陶瓷驅動器易碎，施加的機械預緊力不可過大。由於風洞試驗的特殊環境，壓電陶瓷驅動器的安裝和預緊還存在風洞主動抑振支杆直徑小軸向預緊螺釘孔加工困難，可操作軸向預緊空間小且軸向預緊螺釘孔影響支杆氣動外形等問題。
技術實現要素：
本發明所解決的問題是是克服現有技術的缺陷，發明一種風洞主動抑振支杆壓電陶瓷驅動器預緊方法，預緊方法通過預緊裝置中的斜形預緊塊和斜形移動基座的斜面相互移動配合，將較小的徑向預緊力轉換成較大的軸向預緊力，實現壓電陶瓷驅動器的預緊。很好地解決直接軸向預緊的加工問題，保證預緊可靠，施加定量的預緊力，提高壓電陶瓷驅動器使用壽命。保證了壓電驅動力的輸出，補償了動態力，並解決了風洞主動抑振支杆軸向預緊螺釘孔加工困難，可操作的軸向預緊空間小和軸向預緊螺釘孔影響支杆氣動外形等問題。
本發明的技術方案是一種風洞主動抑振支杆壓電陶瓷驅動器預緊方法，其特徵是，該方法通過預緊裝置中的斜形預緊塊和斜形移動基座，利用斜面相互移動配合將較小的徑向預緊力轉換成較大的軸向預緊力，並採用多個壓電陶瓷驅動器、應變片和預緊力測量系統，實現施加定量的預緊力；預緊方法的具體步驟如下：
第一步：搭建預緊裝置，
預緊裝置包括風洞主動抑振支杆1，緊固螺釘2，固定基座3，壓電陶瓷驅動器4，斜形移動基座5，預緊螺釘6，斜形預緊塊7，應變片8；風洞主動抑振支杆1上加工有壓電陶瓷驅動器安裝槽101，將固定基座3通過緊固螺釘2緊固安裝在壓電陶瓷驅動器安裝槽101的一端，斜形預緊塊7通過預緊塊平面702與壓電陶瓷驅動器安裝槽101另一端配合安裝；斜形移動基座5通過移動基座斜面501與預緊塊斜面701間隙配合安裝在壓電陶瓷驅動器安裝槽101內，並通過調整兩個預緊螺釘6調整斜形預緊塊7徑向位置進而推動斜形移動基座5在壓電陶瓷驅動器安裝槽101內滑動；將應變片8貼於壓電陶瓷驅動器4表面；
第二步：安裝壓電陶瓷驅動器，搭建預緊力測量系統；
在搭建好的預緊裝置中，安裝壓電陶瓷驅動器4；先鬆開兩個預緊螺釘6使斜形預緊塊7徑向移動，斜形移動基座5便可以軸向移動以增大壓電陶瓷驅動器4的安裝空間，然後將壓電陶瓷驅動器4放置於固定基座3和斜形移動基座5之間，調整兩個預緊螺釘6，使斜形預緊塊7推動斜形移動基座5移動並通過圓形凹槽502和固定基座圓形凹槽301調心定位；將應變片8與預緊力測量系統9連接，調試完成後待用；
第三步：對壓電陶瓷驅動器施加定量預緊力；
旋緊兩個預緊螺釘6使斜形預緊塊7通過相互配合的預緊塊斜面701和移動基座斜面501推動斜形移動基座5進而推緊壓電陶瓷驅動器4，達到預緊力要求停止旋緊兩個預緊螺釘6；預緊力大小通過預緊力測量系統9讀取；
第四步：當採用多個壓電陶瓷驅動器時，重複上述第一步、第二步和第三步，依次完成所有壓電陶瓷驅動器的安裝和定量預緊力的施加。
本發明的有益效果是通過斜面相互配合的斜形預緊塊和斜形移動基座將較小的徑向預緊力轉換成較大的軸向預緊力，實現了壓電陶瓷驅動器的安裝與預緊，保證了壓電驅動力的輸出，補償了動態力，並解決了風洞主動抑振支杆軸向預緊螺釘孔加工困難，可操作的軸向預緊空間小和軸向預緊螺釘孔影響支杆氣動外形等問題。將應變片貼於壓電陶瓷驅動器上，與預緊力測量系統連接構成預緊力測量系統，結合預緊力測量系統反饋的預緊力大小實現定量施加預緊力，保證了安裝在風洞主動抑振支杆上的多個壓電陶瓷驅動器的預緊力大小相同，防止了施加的預緊力過大使壓電陶瓷驅動器遭到破壞。設置兩個相同的預緊螺釘，防止壓電陶瓷驅動器高頻作動過程中斜形預緊塊在徑向方向上發生微小傳動導致預緊不可靠。
附圖說明
圖1是風洞主動抑振支杆結構外觀圖，圖2是風洞主動抑振支杆的局部剖視圖，圖3是固定基座3的結構圖，圖4是斜形移動基座5的結構圖，圖5是斜形預緊塊7的結構圖。圖中：1‐風洞主動抑振支杆，101‐壓電陶瓷驅動器安裝槽，2‐緊固螺釘，3‐固定基座，301‐固定基座圓形凹槽，4‐壓電陶瓷驅動器，5‐斜形移動基座，501‐移動基座斜面，502‐移動基座圓形凹槽，6‐預緊螺釘，7‐斜形預緊塊，701‐預緊塊斜面，702‐預緊塊平面，8‐應變片，9‐預緊力測量系統。
具體實施方式
下面結合附圖和技術方案詳細說明本發明的具體實施。
圖1是風洞主動抑振支杆結構外觀圖，圖2是風洞主動抑振支杆的局部剖視圖。如圖1、2所示，實施例的預緊裝置包括風洞主動抑振支杆1，緊固螺釘2，固定基座3，壓電陶瓷驅動器4，斜形移動基座5，兩個相同的預緊螺釘6，斜形預緊塊7和應變片8。本實施例中，在風洞主動抑振支杆1上安裝有四個壓電陶瓷驅動器4，相對應的風洞主動抑振支杆1上設置有四個壓電陶瓷驅動器安裝槽101、四個固定基座3，四個斜形移動基座5，四個斜形預緊塊7及四組預緊螺釘6，實施例中的斜形預緊塊7的斜角為15°。
壓電陶瓷驅動器的預緊方法具體步驟如下：
第一步：按圖1、圖2所示，搭建預緊裝置。
固定基座3通過緊固螺釘2緊固安裝在壓電陶瓷驅動器安裝槽101一端，斜形預緊塊7通過預緊塊平面702與壓電陶瓷驅動器安裝槽101另一端配合安裝；斜形移動基座5通過斜形移動基座斜面501與預緊塊斜面701配合間隙安裝在壓電陶瓷驅動器安裝槽101內，並可通過調整兩個預緊螺釘6調整斜形預緊塊7徑向位置進而推動斜形移動基座5在壓電陶瓷驅動器安裝槽101內滑動，使安裝於固定基座3與斜形移動基座5之間的壓電陶瓷驅動器4能夠分別與固定基座圓形凹槽301和移動基座圓形凹槽502配合併調心定位。將4個應變片8分別貼於4個壓電陶瓷驅動器4表面。設置兩個相同的預緊螺釘6以防止壓電陶瓷驅動器4作動過程中斜形預緊塊7在徑向方向上發生微小傳動導致預緊不可靠。
第二步：安裝壓電陶瓷驅動器，搭建預緊力測量系統。
在搭建好的預緊裝置中，安裝壓電陶瓷驅動器4。先鬆開兩個預緊螺釘6使斜形預緊塊7徑向移動，斜形移動基座5便可以軸向移動以增大壓電陶瓷驅動器4的安裝空間，然後將壓電陶瓷驅動器4放置於固定基座3和斜形移動基座5之間，調整兩個預緊螺釘6，使斜形預緊塊7推動斜形移動基座5移動並通過圓形凹槽502和固定基座圓形凹槽301調心定位，參看圖3是固定基座3的結構圖，圖4是斜形移動基座5的結構圖，圖5是斜形預緊塊7的結構圖。將應變片8與預緊力測量系統9連接，調試完成後待用。
第三步：對壓電陶瓷驅動器施加定量預緊力。
同時旋緊兩個預緊螺釘6使斜形預緊塊7通過相互配合的預緊塊斜面701和移動基座斜面501推動斜形移動基座5進而推緊壓電陶瓷驅動器4，達到預緊力要求停止旋緊兩個預緊螺釘6；預緊力大小通過預緊力測量系統9讀取。
第四步：重複上述第一步、第二步和第三步，依次完成4個壓電陶瓷驅動器4的安裝和定量預緊力的施加。
預緊裝置中的固定基座3和斜形移動基座5分別設置有固定基座圓形凹槽301和斜形移動基座圓形凹槽502，它們與壓電陶瓷驅動器4的兩端相配合，實現壓電陶瓷驅動器調心定位，降低了裝配難度，提高了裝配精度。