1.本发明涉及大型风力机叶片以及航空机翼风洞试验领域，具体涉及一种两自由度的气动弹性实验装置。
背景技术：2.目前风力机叶片逐渐向大型化，柔性化的方向发展，高展弦比的叶片随即应用而生，此外飞机机翼也拥有较高的展弦比。这些高展弦比叶片及机翼会面临非线性气动弹性所引发的诸多问题，例如颤振现象。
3.以风力机叶片的颤振试验为例，影响叶片颤振的因素有很多，主要包括风轮叶片的结构动力参数、来流特性和风轮叶片所受的气动力。在试验中，往往涉及翼段两个自由度的运动，此外在颤振发生时翼段的表面还会出现流动分离现象。从结构疲劳的角度来看，预测与颤振相关的俯仰和沉浮的振动频率和振动幅值是一项主要的工程任务。所以在风洞试验中利用两自由度的气动弹性实验装置探究叶片的流固耦合力学特性变得十分必要。
4.目前在试验中使用到的气动弹性模型均为固定质心的翼段模型，并且对翼段表面气动特性的测量是通过在翼型表面布置的若干微型压力传感器来实现的。但这种模型局限于单一质心位置，而且翼段表面的微型压力传感器布置较为复杂，压力传感器在翼段表面的突起部分还会对翼段附近的气动特性造成一定的影响。
5.此外，目前在试验中所设计的气动弹性模型需要将装置整体放置在风洞内，这样不但会增加风洞的阻塞效应，更重要的是还会由于支撑机构暴露于风洞中进而对翼段的整体气动特性造成影响。
技术实现要素：6.为解决上述问题，本发明提供了一种两自由度的气动弹性实验装置，可用于研究风洞实验模型在俯仰、沉浮两自由度支撑条件下的气动弹性特性，即在进行气动弹性试验时探究翼段表面流动分离以及动态失速、颤振等现象的实验装置。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
8.一种两自由度的气动弹性实验装置，包括风洞实验模型、两自由度支撑机构、信号采集系统；
9.所述的风洞实验模型包括一个翼段模型，16～28个测压管，两块端板，一套中心扭转轴，一套锁紧机构，一套质心调节机构；
10.所述的翼段模型经3d打印制造所得，翼段模型内部设计有放置螺栓的通孔，在翼段模型跨中位置处的上下表面分别设计有直径为1.6mm的8～14个测压孔，8～14个测压孔均沿翼型表面的法线方向，测压孔通过翼段模型内部设计的空气流道与测压管连接，测压管延伸至风洞外，与压力变送器进行连接；
11.所述的两块端板经3d打印制造所得，其含有与翼段模型截面镂空形状相同的镂空设计，通过锁紧机构连接在翼段模型两端，以防止翼段的端部效应，确保流动为准二维流
动；
12.所述的一套中心扭转轴包括一个高强度扭转轴螺栓和一个扭转轴防松螺母以及一个防滑片，高强度扭转轴螺栓穿过防滑片、两块端板以及翼段模型内部预留的放置螺栓的通孔与两自由度支撑机构上的扭转轴固定杆相连接，并用扭转轴防松螺母进行固定，其中防滑片的一部分嵌入到远离支撑机构一侧的端板中，并与高强度扭转轴螺栓的头部固定连接，以防止中心扭转轴与翼段模型之间发生相对滑动；
13.所述的一套锁紧机构位于翼段模型靠近后缘的位置，包括固定螺栓以及防松螺母，固定螺栓通过端板以及翼段模型内部预留的放置螺栓的通孔将翼段模型和两个端板连接在一起，并用防松螺母进行固定；
14.所述的一套质心调节机构包括两个常规质量块、两个偏心质量块和一套质量块固定机构；两个常规质量块为黄铜材质，中心打孔，两个偏心质量块为黄铜材质，偏心打孔，偏心质量块与常规质量块的重量相同；两个常规质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近扭转轴中心，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心(重心)的三心相对位置关系；两个偏心质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近翼段模型前缘，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-重心-扭转轴中心的三心相对位置关系；一个常规质量块与一个偏心质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近翼段模型后缘，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心-重心的三心相对位置关系；一套质量块固定机构由质量块固定螺栓和质量块防松螺母构成，通过根据试验中对不同质心位置的需求，利用质量块固定螺栓和质量块防松螺母将两个质量块分别固定在翼段模型两侧的端板上，从而实现翼段模型质心位置的改变；
15.所述的两自由度支撑机构包括风洞固定板、风洞抗扰流罩、两块支撑板、两个线性托架、一个角位移传感器固定法兰、一根扭转轴固定杆、两根扭转支杆、四根光滑线性直杆、四组沉浮弹性机构、四组俯仰线性弹簧、八个俯仰弹簧连接柱、八个直线滑动轴承、两个外球面轴承、四套沉浮限位装置和八套俯仰限位装置；
16.所述信号采集系统包括16～28个压力变送器、一个角位移传感器，一个非接触式磁滞伸缩位移传感器和一套多通道数据采集分析系统，16～28个压力变送器的压力测量端分别与从风洞中引出的测压管连接，另一端通过应变信号输入线分别连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，角位移传感器固定在角位移传感器固定法兰上，进而与扭转轴固定杆的配套轴孔进行连接，角位移传感器的信号输出端通过应变信号输入线连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时俯仰角信号，非接触式磁滞伸缩位移传感器连接在风洞固定板上，其与固定在线性托架上浮动磁铁的距离为2mm；通过风洞实验模型的上下运动带动线性托架的线性运动进而带动浮动磁铁的线性运动，通过浮动磁铁在非接触式磁滞伸缩位移传感器的测杆上滑动的距离进而测量出风洞实验模型的瞬时沉浮位移。非接触式磁滞伸缩位移传感器的信号输出端通过应变信号输入线连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时沉浮位移信号。
17.作为本方案的进一步地设计，八套俯仰限位装置用于限定风洞实验模型在俯仰运动过程中出现的大位移现象，以防止过大的俯仰位移对两自由度支撑机构以及传感器系统的损坏；每套俯仰限位装置均由一个俯仰限位装置金属固定片、四个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓、一个俯仰限位装置橡胶制动块以及两个俯仰限位装置沉头连接螺栓和两个
俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母所构成，其中，八个俯仰限位装置金属固定片分别通过三十二个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓固定在两个线性托架上，然后十六个俯仰限位装置沉头连接螺栓分别穿过八个俯仰限位装置橡胶制动块，通过十六个俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母固定在八个俯仰限位装置金属固定片上
18.作为本方案的进一步地设计，所述的翼段模型内部的空气流道的入口端与测压孔光滑连接，空气流道的出口端位于设有支撑机构一侧的翼段模型的端部，然后通过在翼段模型端部的空气流道出口端穿入测压管，进而将翼段模型表面的压力引出到位于风洞外部的压力变送器上。测压孔及空气流道均利用建模软件进行了高精度的设计，同时，3d打印技术也保证了实体翼段模型的加工精度。
19.作为本方案的进一步地设计，所述的测压管通过一端与翼段模型内部的空气流道连接，并在接口处用密封胶进行密封，另一端与风洞外部的压力变送器的测压端进行连接，实现了对翼段模型表面压力的测量。
20.作为本方案的进一步地设计，偏心质量块与端板的接触位置，均设置有防滑凹槽，以防止偏心质量块在翼段模型运动过程中与端板发生相对滑动。
21.作为本方案的进一步地设计，所述的风洞固定板用于固定两块支撑板、风洞抗扰流罩以及非接触式磁滞伸缩位移传感器，并通过风洞固定板固定螺栓将风洞固定板固定在风洞闭口段的侧壁上；风洞抗扰流罩通过风洞固定板固定螺栓固定在风洞固定板上，其将风洞外部的两自由度支撑机构罩在风洞抗扰流罩内部，用于防止风洞侧壁开口对风洞内部气流的影响；两块支撑板包括上支撑板和下支撑板，分别通过支撑板固定螺栓固定在风洞固定板上，上支撑板和下支撑板上均设置有固定沉浮限位装置的螺栓孔以及用于固定沉浮弹性机构的凹槽，且上支撑板上还设置有连接光滑线性直杆的螺栓孔，下支撑板的两个面上分别设置有连接光滑线性直杆的沉头螺栓孔和圆柱凹槽。
22.作为本方案的进一步地设计，所述的两个线性托架包括内侧线性托架和外侧线性托架，两个线性托架均设置有用于贯穿光滑线性直杆和扭转轴固定杆的通孔以及用于固定外球面轴承、直线滑动轴承和沉浮弹性机构的凹槽，此外还有用于固定俯仰弹簧连接柱和俯仰限位装置的螺栓孔，且外侧线性托架上还设置有用于固定角位移传感器固定法兰的螺栓孔；八个直线滑动轴承和八个沉浮线性弹簧固定座通过沉浮弹性机构固定螺栓固定在线性托架上设置的凹槽内，两个线性托架分别通过四组沉浮弹性机构悬挂在上支撑板和下支撑板之间；两个线性托架的中部分别设置有一个外球面轴承，扭转轴固定杆通过外球面轴承与线性托架相连接，在两个线性托架上分别通过四组俯仰线性弹簧，将八个俯仰弹簧连接柱与两个扭转支杆相连接，以提供风洞实验模型的俯仰恢复力矩，且内侧线性托架的侧边还安装有与非接触式磁滞伸缩位移传感器配套使用的浮动磁铁，以便实时采集风洞实验模型的沉浮运动数据。
23.作为本方案的进一步地设计，所述的角位移传感器固定法兰固定在外侧线性托架上，其通过将角位移传感器与线性托架以及扭转轴固定杆固定在一起，进而实现在风洞实验模型做沉浮运动的同时可以测量风洞实验模型的俯仰运动；扭转轴固定杆的一端设置有扭转轴固定夹具，另一端设置有与角位移传感器配套的连接口，其通过两个外球面轴承分别与两个线性托架连接；扭转支杆竖直穿过扭转轴固定杆，并通过扭转支杆固定螺栓将其固定在扭转轴固定杆上，分别通过四组俯仰线性弹簧将两个扭转支杆和八个俯仰弹簧连接
柱连接起来。用于将风洞实验模型的俯仰运动转化为俯仰线性弹簧的线性运动；四根光滑线性直杆的一端设置有螺纹另一端设置有螺栓孔，四根光滑线性直杆分别穿过四组沉浮弹性机构、八个直线滑动轴承和内外两个线性托架连接于上下两个支撑板上；四组沉浮弹性机构包括八个沉浮线性弹簧、十六个沉浮线性弹簧固定座，六十四个u型螺栓以及六十四个u型螺栓配套螺母。其中每个沉浮弹性机构均通过八个u型螺栓以及八个u型螺栓配套螺母将一个沉浮线性弹簧的两端分别固定在两个沉浮线性弹簧固定座上。四组沉浮弹性机构中的8个沉浮线性弹簧均采用预加载的拉伸弹簧。沉浮弹性机构的一端通过沉浮弹性机构固定螺栓连接在支撑板上，另一端通过沉浮弹性机构固定螺栓连接在线性托架上，并以上下两个沉浮弹性机构为一组的方式，通过两组沉浮弹性机构悬挂一个线性托架，进而将线性托架以及与线性托架连接的风洞实验模型悬挂在上下两个支撑板之间，从而在风洞实验模型受到风洞中气流的作用力而进行上下方向的沉浮运动时，为风洞实验模型在沉浮运动中提供恢复力。四组俯仰线性弹簧采用预加载的拉伸弹簧，以线性托架一侧位于扭转支杆两边的两个俯仰线性弹簧为一组，通过一端固定在俯仰弹簧连接柱上，另一端固定在穿过扭转轴固定杆的扭转支杆上的方式来为风洞实验模型在俯仰运动中提供扭转恢复力矩，八个俯仰弹簧连接柱通过螺纹连接，固定在两个线性托架上，用来固定四组俯仰线性弹簧；八个直线滑动轴承分别与四组沉浮弹性机构一端的沉浮线性弹簧固定座相连接，通过利用沉浮弹性机构固定螺栓将沉浮弹性机构一端连接有直线滑动轴承的沉浮线性弹簧固定座固定在内外两个线性托架上设置的凹槽内，从而实现了直线滑动轴承与线性托架的固定连接，八个直线滑动轴承分别固定在光滑线性直杆与线性托架连接处的凹槽内，以减小风洞实验模型在沉浮运动过程中的摩擦力；两个外球面轴承分别固定在扭转轴固定杆与线性托架的连接处，以减小风洞实验模型在俯仰运动过程中的摩擦力；四套沉浮限位装置用于限定风洞实验模型在沉浮运动过程中出现的大位移现象，以防止过大的沉浮位移对两自由度支撑机构以及传感器系统的损坏。每套沉浮限位装置均由两个沉浮限位装置金属支撑柱、一个沉浮限位装置金属垫片、一个沉浮限位装置橡胶制动块以及两个沉浮限位装置沉头连接螺栓构成；其中，沉浮限位装置金属支撑柱的一端设置有螺纹，另一端设置有螺栓孔，八个沉浮限位装置金属支撑柱分别连接在上下两块支撑板上，然后八个沉浮限位装置沉头连接螺栓分别穿过四个沉浮限位装置橡胶制动块以及四个沉浮限位装置金属垫片连接在八个沉浮限位装置金属支撑柱一侧的螺栓孔内。
24.作为本方案的进一步地设计，所述的一套多通道数据采集分析系统包括：18～30条应变信号输入线、一个多通道数据采集仪、pc端信号分析系统，18～30条应变信号输入线分别将传感器输出端与多通道数据采集仪的信号输入端连接起来，用于传递传感器采集到的电信号。
25.作为本方案的进一步地设计，多通道数据采集仪用于采集试验过程中传感器输出的电信号，其通过与pc端信号分析系统相连接，进而将电信号转化为可以识别的待测物理量，pc端信号分析系统用于分析处理由多通道数据采集仪采集到的电信号，进而用户可以实时对采集到的待测物理量进行处理分析。
26.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
27.1)本发明通过质心调节机构的设计实现了翼段模型质心位置相对于扭转轴中心的位置变化，从而方便探究翼段的结构特性对其空气动力特性以及振动特性的影响，可以
满足风洞实验模型在不同质心位置下的研究需求。
28.2)本发明采用空气流道式翼段模型表面压力测量系统的设计，实现了在翼段模型表面无突起且对待测区域流场无影响的情况下，对翼段模型表面跨中位置的压力测量。
29.3)本发明所设计的一套中心扭转轴中防滑片的设计可以有效防止翼段模型与中心扭转轴之间发生相对滑动，进而减小试验中出现的系统误差。
30.4)本发明所设计的一种两自由度的气动弹性实验装置可以将风洞实验模型的支撑机构与运动测量机构放置在风洞外侧，这样可以在降低风洞阻塞比的同时减少翼段以外的物体对试验结果造成的影响。
31.5)本发明所设计的两自由度支撑机构由于在沉浮自由度中加入了直线滑动轴承，在俯仰自由度上加入了外球面轴承，所以可以将风洞实验模型振动时的机械摩擦降到最低，进而减小试验中出现的系统误差。
32.6)本发明所设计的扭转轴固定杆一端的扭转轴固定夹具可以任意调节风洞实验模型在风洞未吹风时的攻角，可以为试验研究提供多种初始工况。
33.7)本发明所设计的俯仰、沉浮限位装置可以有效防止风洞实验模型在大振幅振动时对两自由度支撑机构以及传感器系统的损坏。
34.8)本发明所设计的两自由度支撑机构可以有效的把俯仰-沉浮两个自由度进行解耦，同时在风洞实验模型经历大振幅的沉浮振动情况下，由于沉浮线性弹簧被限制在光滑线性直杆上，所以不会出现沉浮线性弹簧明显的侧向倾斜，所以也就保证了沉浮线性弹簧几何刚度的线性变化。
附图说明
35.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
36.图1为本发明的整体结构示意图；
37.图2为本发明的风洞实验模型的结构示意图；
38.图3为本发明的两自由度支撑机构的结构示意图；
39.图4为本发明的风洞实验模型通过质心调节机构调节质心位置，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心(重心)的三心相对位置关系的示意图；
40.图5为本发明的风洞实验模型通过质心调节机构调节质心位置，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-重心-扭转轴中心的三心相对位置关系的示意图；
41.图6为本发明的风洞实验模型通过质心调节机构调节质心位置，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心-重心的三心相对位置关系的示意图；
42.图7为本发明的翼段模型连接测压管示意图；
43.图8为本发明的翼段模型截面空气流道示意图；
44.图9为本发明的常规质量块示意图；
45.图10为本发明的偏心质量块示意图；
46.图11为本发明的两自由度支撑机构局部示意图；
47.图12为本发明的沉浮弹性机构与支撑板和线性托架的连接示意图；
48.图13为本发明的风洞实验模型与两自由度支撑机构连接示意图；
49.图14为本发明的沉浮限位装置示意图；
50.图15为本发明的俯仰限位装置示意图；
51.图16为本发明的沉浮弹性机构示意图。
52.图中，1-风洞抗扰流罩，2-多通道数据采集仪，3-pc端信号分析系统，4-压力变送器，5-应变信号输入线，6-测压管，7-多通道数据采集仪专用网线，8-风洞，9-翼段模型，10-端板，11-测压孔，12-放置螺栓的通孔，13-高强度扭转轴螺栓，14-防滑片，15-扭转轴防松螺母，16-固定螺栓，17-防松螺母，18-质量块固定螺栓，19-质量块防松螺母，20-常规质量块，21-偏心质量块，22-空气流道，23-风洞固定板，24-支撑板，25-线性托架，26-沉浮限位装置，27-俯仰限位装置，28-角位移传感器固定法兰，29-角位移传感器，30-非接触式磁滞伸缩位移传感器，31-浮动磁铁，32-沉浮弹性机构，33-沉浮线性弹簧，34-沉浮线性弹簧固定座，35-u型螺栓，36-u型螺栓配套螺母，37-俯仰线性弹簧，38-扭转支杆，39-直线滑动轴承，40-外球面轴承，41-扭转轴固定杆，42-俯仰弹簧连接柱，43-光滑线性直杆，44-扭转支杆固定螺栓，45-沉浮弹性机构固定螺栓，46-外球面轴承固定螺栓，47-浮动磁铁固定螺栓，48-扭转轴夹具固定螺栓，49-支撑板固定螺栓，50-风洞固定板固定螺栓，51-沉浮限位装置金属支撑柱，52-沉浮限位装置金属垫片，53-沉浮限位装置橡胶制动块，54-沉浮限位装置沉头连接螺栓，55-俯仰限位装置金属固定片，56-俯仰限位装置金属固定片连接螺栓，57-俯仰限位装置橡胶制动块，58-俯仰限位装置沉头连接螺栓，59-俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母。
具体实施方式
53.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
54.如图1-图16所示，本发明实施例的一种两自由度的气动弹性实验装置，包括风洞实验模型、两自由度支撑机构、信号采集系统；
55.所述的风洞实验模型包括一个翼段模型9，16～28个测压管6、两块端板10，一套中心扭转轴，一套锁紧机构，一套质心调节机构；
56.所述的翼段模型9经3d打印制造所得，翼段模型9内部设计有放置螺栓的通孔12，在翼段模型9跨中位置处的上下表面分别设计有直径为1.6mm的8～14个测压孔11，8～14个测压孔11均沿翼型表面的法线方向，测压孔11通过翼段模型9内部设计的空气流道22与测压管6连接，测压管6延伸至风洞8外，与压力变送器4进行连接；
57.所述的两块端板10经3d打印制造所得，其含有与翼段模型9截面镂空形状相同的镂空设计，通过螺栓固定连接在翼段模型9两端，以防止翼段的端部效应，确保流动为准二维流动；
58.所述的一套中心扭转轴包括一个高强度扭转轴螺栓13和一个扭转轴防松螺母15以及一个防滑片14，高强度扭转轴螺栓13穿过防滑片14、两块端板10以及翼段模型9内部预留的放置螺栓的通孔12与两自由度支撑机构上的扭转轴固定杆41相连接，并用扭转轴防松螺母15进行固定，其中防滑片14的一部分嵌入到远离支撑机构一侧的端板中，并与高强度
扭转轴螺栓13的头部固定连接，以防止高强度扭转轴螺栓13与翼段模型9之间发生相对滑动；
59.所述的一套锁紧机构位于翼段模型9靠近后缘的位置，包括固定螺栓16以及防松螺母17，固定螺栓16通过端板10以及翼段模型9内部预留的放置螺栓的通孔12将翼段模型9和两个端板10连接在一起，并用防松螺母17进行固定；
60.所述的一套质心调节机构包括两个常规质量块20、两个偏心质量块21和一套质量块固定机构；两个常规质量块20为黄铜材质，中心打孔，两个偏心质量块21为黄铜材质，偏心打孔，偏心质量块21与常规质量块20的重量相同；两个常规质量块20组合使用，用于调节翼段模型9的质心位置，使其更靠近扭转轴中心，使翼段模型9从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心(重心)的三心相对位置关系；两个偏心质量块21组合使用，用于调节翼段模型9质心位置，使其更靠近翼段模型9的前缘，使翼段模型9从前缘到后缘形成气动力心-重心-扭转轴中心的三心相对位置关系，一个常规质量块20与一个偏心质量块21组合使用，用于调节翼段模型9质心位置，使其更靠近翼段模型9的后缘，使翼段模型9从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心-重心的三心相对位置关系；一套质量块固定机构由质量块固定螺栓18和质量块防松螺母19构成，通过根据试验中对不同质心位置的需求，利用质量块固定螺栓18和质量块防松螺母19将两个质量块分别固定在翼段模型9两侧的端板10上，从而实现翼段模型9质心位置的改变；
61.所述的两自由度支撑机构包括风洞固定板23、风洞抗扰流罩1、两块支撑板24、两个线性托架25、一个角位移传感器固定法兰28、一根扭转轴固定杆41、两根扭转支杆38、四根光滑线性直杆43、四组沉浮弹性机构32、四组俯仰线性弹簧37、八个俯仰弹簧连接柱42、八个直线滑动轴承39、两个外球面轴承40、四套沉浮限位装置26和八套俯仰限位装置27；
62.所述信号采集系统包括16～28个压力变送器4、一个角位移传感器29，一个非接触式磁滞伸缩位移传感器30和一套多通道数据采集分析系统，16～28个压力变送器4的压力测量端分别与从风洞8中引出的测压管6连接，另一端通过应变信号输入线5分别连接在多通道数据采集仪2的信号采集通道上，角位移传感器29固定在角位移传感器固定法兰28上，进而与扭转轴固定杆41的配套轴孔进行连接，角位移传感器29的信号输出端通过应变信号输入线5连接在多通道数据采集仪2的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时俯仰角信号，非接触式磁滞伸缩位移传感器30连接在风洞固定板23上，其与固定在线性托架25上浮动磁铁31的距离为2mm；通过风洞实验模型的上下运动带动线性托架25的线性运动进而带动浮动磁铁31的线性运动，通过浮动磁铁31在非接触式磁滞伸缩位移传感器30的测杆上滑动的距离进而测量出风洞实验模型的瞬时沉浮位移。非接触式磁滞伸缩位移传感器30的信号输出端通过应变信号输入线5连接在多通道数据采集仪2的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时沉浮位移信号。
63.组装时，包括如下步骤：进行两自由度支撑机构的组装，具体地，首先，将八个沉浮线性弹簧33分别利用六十四个u型螺栓35和六十四个u型螺栓配套螺母36固定在十六个沉浮线性弹簧固定座34上，进而组装成四组即八个沉浮弹性机构32。需要注意的是：四组沉浮弹性机构32是以每个线性托架25上下对称的两个沉浮弹性机构32为一组，其中每个线性托架25通过两组沉浮弹性机构32悬挂。然后将四套沉浮限位装置26分别安装到上下两块支撑板24上，每套沉浮限位装置26均由两个沉浮限位装置金属支撑柱51、一个沉浮限位装置金
属垫片52、一个沉浮限位装置橡胶制动块53以及两个沉浮限位装置沉头连接螺栓54所构成，其中，沉浮限位装置金属支撑柱51的一端设置有螺纹，另一端设置有螺栓孔，八个沉浮限位装置金属支撑柱51分别连接在上下两块支撑板24上，然后八个沉浮限位装置沉头连接螺栓54分别穿过四个沉浮限位装置橡胶制动块53以及四个沉浮限位装置金属垫片52连接在八个沉浮限位装置金属支撑柱51一侧的螺栓孔内。需要注意的是：每块支撑板24上均安装有两套沉浮限位装置26，上下两块支撑板24上的沉浮限位装置26相互对称布置。接着将四根光滑线性直杆43的螺纹端连接在上支撑板上预留的螺栓孔内。其中光滑线性直杆43的一端设置有螺纹，另一端设置有螺栓孔，且在上支撑板上还设置有固定沉浮弹性机构32的凹槽，然后将四个沉浮弹性机构32分别穿过4根光滑线性直杆43，并将四个沉浮弹性机构32一端的沉浮线性弹簧固定座34通过沉浮弹性机构固定螺栓45固定在上支撑板上的凹槽内。
64.其次将四个直线滑动轴承39分别穿过四根光滑线性直杆43与连接在上支撑板上的四个沉浮弹性机构32另外一端的沉浮线性弹簧固定座34相连接，然后将连接有上支撑板的四根光滑线性直杆43穿过内外两个线性托架25上设置的通孔，并利用沉浮弹性机构固定螺栓45将连接有直线滑动轴承39的沉浮线性弹簧固定座34固定在内外两个线性托架25上方设置的凹槽内。这里提到的内侧线性托架指的是靠近风洞固定板23一侧的线性托架，外侧线性托架指的是远离风洞固定板23一侧的线性托架。
65.然后将另外四个直线滑动轴承39与另外四个沉浮弹性机构32一端的沉浮线性弹簧固定座34相连接，接着将连接好的沉浮弹性机构32和直线滑动轴承39穿过连接在上支撑板上的四根光滑线性直杆43，并利用沉浮弹性机构固定螺栓45将连接有直线滑动轴承39的沉浮线性弹簧固定座34固定在内外两个线性托架25下方设置的凹槽内。
66.然后将固定有沉浮限位装置26的下支撑板安装在四根光滑线性直杆43上有螺栓孔的一端，其中在下支撑板的两个面上分别设置有连接光滑线性直杆43的四个沉头螺栓孔和四个圆柱凹槽，其中下支撑板顶部的四个圆柱凹槽用于连接四根光滑线性直杆43的螺栓孔一端，下支撑板底部的四个沉头螺栓孔，用于螺栓固定连接四根光滑线性直杆43底端的螺栓孔。此外在下支撑板上还设置有用于固定沉浮弹性机构32的凹槽。接着将连接在内外两个线性托架25下方的四个沉浮弹性机构32另外一端的沉浮线性弹簧固定座34通过沉浮弹性机构固定螺栓45固定在下支撑板上的凹槽内。
67.然后将两个外球面轴承40用外球面轴承固定螺栓46固定在内外两个线性托架25外侧的凹槽内，这里提到的外侧指的是内侧线性托架靠近风洞固定板23的一侧以及外侧线性托架远离风洞固定板23的一侧。接着将扭转轴固定杆41穿过两个外球面轴承40并进行轴与轴承的紧固配合，然后将两个扭转支杆38竖直穿过扭转轴固定杆41的前后两个预留的通孔中，并通过扭转支杆固定螺栓44将其固定在扭转轴固定杆41上。其中所提到的扭转轴固定杆41前后预留的通孔，均设置在距离内外两个线性托架25外侧面的相同距离处。然后在内外两个线性托架25的外侧分别通过螺纹连接安装有四组即八个俯仰弹簧连接柱42，其中以每个线性托架25一侧的左右对称的两个俯仰弹簧连接柱42为一组，每个线性托架25上分别关于扭转轴固定杆41的截面中心，对称的安装有两组俯仰弹簧连接柱42。然后四组俯仰线性弹簧37将四组俯仰弹簧连接柱42与两个扭转支杆38连接在一起，其中以每个线性托架25一侧的左右对称的两个俯仰线性弹簧37为一组，每个线性托架25上安装有两组俯仰线性弹簧37。接着将八套俯仰限位装置27分别安装于内外两个线性托架25上，其中每个线性托
架25的外侧均安装有四套俯仰限位装置27，以每两套为一组对称的安装于扭转支杆38的两侧，每个线性托架25上的两组俯仰限位装置27分别关于扭转轴固定杆41的截面中心相对称。每套俯仰限位装置27均由一个俯仰限位装置金属固定片55、四个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓56、一个俯仰限位装置橡胶制动块57以及两个俯仰限位装置沉头连接螺栓58和两个俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母59所构成。其中，以一套俯仰限位装置27的安装为例进行说明：一个俯仰限位装置金属固定片55通过四个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓56固定在一个线性托架25上，然后两个俯仰限位装置沉头连接螺栓58穿过一个俯仰限位装置橡胶制动块57，通过两个俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母59固定在一个俯仰限位装置金属固定片55上。接着通过螺栓将角位移传感器固定法兰28与角位移传感器29进行固定，然后将固定有角位移传感器29的角位移传感器固定法兰28用螺栓固定在外侧线性托架上。接着将与非接触式磁滞伸缩位移传感器30配套使用的浮动磁铁31用浮动磁铁固定螺栓47固定在内侧线性托架上，然后将非接触式磁滞伸缩位移传感器30用螺栓固定在风洞固定板23上，然后将组装好的上下两块支撑板24用支撑板固定螺栓49固定在风洞固定板23上，接着将风洞抗扰流罩1通过风洞固定板固定螺栓50连接在风洞固定板23上，然后将整体的两自由度支撑机构用风洞固定板固定螺栓50固定在风洞8的外侧壁面上。
68.然后进行风洞实验模型的组装，具体地，首先将测压管6与翼段模型9内部的空气流道22相连接，然后在翼段模型9的空气流道22与测压管6的接口处用密封胶进行密封。其中在翼段模型9跨中位置处的上下表面分别高精度的设计有直径为1.6mm的10个测压孔11，所设计的测压孔11均沿翼段模型9表面的法线方向，测压孔11通过翼段模型9内部设计的空气流道22与测压管6连接。其中所提到的翼段模型9内部设计的空气流道22，其入口端与测压孔11光滑连接，空气流道22的出口端位于设有两自由度支撑机构一侧的翼段模型9的端部。接着用一套中心扭转轴以及一套锁紧机构将翼段模型9与两块端板10固定在一起。其中两块端板10含有与翼段模型9截面镂空形状相同的镂空设计，通过螺栓固定连接在翼段模型9两端，以防止翼段模型9的端部效应，确保流动为准二维流动。所提到的一套中心扭转轴包括一个高强度扭转轴螺栓13和一个扭转轴防松螺母15以及一个防滑片14，其中防滑片14的一部分嵌入到远离支撑机构一侧的端板中，并与高强度扭转轴螺栓13的头部固定连接，以防止高强度扭转轴螺栓13与翼段模型9之间发生相对滑动。所提到的一套锁紧机构位于翼段模型9靠近后缘的位置，包括固定螺栓16以及防松螺母17。固定螺栓16通过端板10以及翼段模型9内部预留的放置螺栓的通孔12将翼段模型9和两个端板10连接在一起，并用防松螺母17进行固定。然后把连接好的风洞实验模型的高强度扭转轴螺栓13用扭转轴夹具固定螺栓48固定在两自由度支撑机构上的扭转轴固定杆41的扭转轴固定夹具一端。然后将质心调节机构安装到翼段模型9上，其中一套质心调节机构包括两个常规质量块20，两个偏心质量块21，一套质量块固定机构。其中偏心质量块21与常规质量块20的重量相同。所提到的偏心质量块21为偏心打孔设计，所提到的常规质量块20为中心打孔设计，质量块均为黄铜材质，用于调节翼段模型9质心位置。一套质量块固定机构由质量块固定螺栓18和质量块防松螺母19构成，通过利用质量块固定螺栓18和质量块防松螺母19将两个质量块分别固定在翼段模型9两侧的端板10上，试验中可以根据不同的质心需求，对质量块的位置进行调节，进而达到改变质心位置的效果。
69.最后进行测压管路与信号采集系统的连接，具体地，首先将与翼段模型9的空气流
道22连接好的测压管6的另外一端引出风洞8外部并与压力变送器4的测压端进行连接，然后利用压力变送器4以及多通道数据采集分析系统对连接好的测压通道进行气密性检查。确保所有测压通道气密性完好后，将角位移传感器29和非接触式磁滞伸缩位移传感器30与多通道数据采集分析系统进行连接。其中多通道数据采集分析系统包括：应变信号输入线5、多通道数据采集仪2以及pc端信号分析系统3。所提到的应变信号输入线5分别将传感器输出端与多通道数据采集仪2的信号输入端连接起来，然后多通道数据采集仪2通过多通道数据采集仪专用网线7与pc端的网线接口端相连接。其中应变信号输入线5用于传递传感器采集到的信号，多通道数据采集仪2用于采集试验过程中传感器输出的电信号，pc端信号分析系统3用于分析处理由多通道数据采集仪2采集到的电信号，进而用户可以实时对采集到的待测物理量进行处理分析。
70.至此本发明所设计的所有实验装置安装完成，下面将通过几个实施例对连接好的实验装置进行进一步的说明：
71.实施例1
72.以风力机翼段模型质心位置对颤振影响的试验研究为例进行操作说明。
73.在风洞8未吹风时，通过将高精度数字倾角仪短暂固定到翼段模型9一端的端板10上，然后调节高强度扭转轴螺栓13相对于扭转轴固定杆41一端的扭转轴固定夹具的角度，再通过数字倾角仪显示的翼段模型9实时的倾角，将三种质心位置下的翼段模型9固定在同一攻角下，其中翼段模型9三种质心位置的调节是通过调节质心调节机构中质量块的位置来实现的。对于本发明公开的一种两自由度的气动弹性实验装置，在翼段模型9内部设置了三处用于固定质量块的螺栓通孔，分别对应于翼段模型9的三种质心位置，即气动中心-扭转轴中心(重心)(如图4所示)；气动中心-重心-扭转轴中心(如图5所示)；气动中心-扭转轴中心-重心(如图6所示)。三种质心位置下，质心与扭转轴中心的距离x与翼型弦长c的比值分别为0、+0.0303、-0.0623。然后在不同的质心位置下，通过逐步增加风洞风速，同时利用角位移传感器29、非接触式磁滞伸缩位移传感器30以及压力变送器4对试验数据进行采集，然后通过应变信号输入线5将传感器采集到的电信号传输到多通道数据采集仪2中，最后通过pc端信号分析系统3和多通道数据采集仪2对电信号的分析处理，进而转化为试验需要测量的翼段模型9的瞬时俯仰角、瞬时沉浮位移以及翼段模型9的表面压力信号。然后通过观察三种质心位置下翼段模型9的振动情况，进而确定三种质心位置下翼段模型9的颤振临界风速，然后对翼段模型9处于极限环振荡状态下俯仰、沉浮运动数据以及其表面的压力信号进行记录。最后通过探究翼段模型9质心位置对临界颤振速度的影响，进而找出翼段模型9的最优质心位置，实现对翼段模型9颤振边界的控制。
74.实施例2
75.以探究低速风洞中翼型失速颤振的分岔行为为例进行操作说明。
76.通过在翼段模型9上安装质量块将翼段模型9的质心位置固定后，在风洞8未吹风时，调节翼段模型9的攻角到某一角度。接着开启风洞8，通过利用压力变送器4、测压管6、翼段模型9内部的空气流道22以及测压孔11对翼段模型9表面跨中位置处的气流压力进行测量，进而测得压力信号，同时结合角位移传感器29测得的瞬时俯仰角，进而得出翼段模型9的升力系数以及俯仰力矩系数随时间的变化曲线。同时结合翼段模型9瞬时俯仰、沉浮位移随时间的变化曲线判断翼段模型9经历的振动状态，当翼段模型9振动达到失速颤振状态
时，记录翼段模型9俯仰角(沉浮位移、升力系数、俯仰力矩系数)所经历的极限环振动幅值随风洞风速的变化关系。接着改变翼段模型9在无风条件下的攻角，重复以上试验步骤，最终得出多组翼段模型9在不同攻角下，其俯仰角(沉浮位移、升力系数、俯仰力矩系数)所经历的极限环振动幅值随风洞风速的变化关系，进而从中探究翼段模型9在失速颤振时其经历的分岔行为。
77.实施例3
78.以机翼失速颤振时其表面的流动分离现象为例进行操作说明。
79.通过在翼段模型9上安装质量块将翼段模型9的质心位置固定后，在风洞8未吹风时，调节翼段模型9的攻角到某一角度。接着开启风洞8，当翼段模型9振动达到失速颤振状态时，通过利用压力变送器4、测压管6、翼段模型9内部的空气流道22以及测压孔11对翼段模型9表面跨中位置处的气流压力进行测量，进而研究翼段模型9在经历不同俯仰角时，翼段模型9上下表面压力系数随翼型弦长的变化情况，进而分析翼段模型9表面的气动特性。此外还可以结合粒子图像测速技术对翼段模型9表面的流动分离情况进行进一步的研究，从而与压力变送器4测得的翼段模型9表面的压力变化趋势进行对照比较，进而对翼段模型9的诱发失速颤振的机理进行探究。
80.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
技术特征：1.一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：包括风洞实验模型、两自由度支撑机构、信号采集系统；所述的风洞实验模型包括一个翼段模型，16～28个测压管，两块端板，一套中心扭转轴，一套锁紧机构，一套质心调节机构；所述的翼段模型经3d打印制造所得，翼段模型内部设计有放置螺栓的通孔，在翼段模型跨中位置处的上下表面分别设计有直径为1.6mm的8～14个测压孔，8～14个测压孔均沿翼型表面的法线方向，测压孔通过翼段模型内部设计的空气流道与测压管连接，测压管延伸至风洞外，与压力变送器进行连接；所述的两块端板经3d打印制造所得，其含有与翼段模型截面镂空形状相同的镂空设计，通过锁紧机构连接在翼段模型两端，以防止翼段的端部效应，确保流动为准二维流动；所述的一套中心扭转轴包括一个高强度扭转轴螺栓和一个扭转轴防松螺母以及一个防滑片，高强度扭转轴螺栓穿过防滑片、两块端板以及翼段模型内部预留的放置螺栓的通孔与两自由度支撑机构上的扭转轴固定杆相连接，并用扭转轴防松螺母进行固定，其中防滑片的一部分嵌入到远离支撑机构一侧的端板中，并与高强度扭转轴螺栓的头部固定连接，以防止中心扭转轴与翼段模型之间发生相对滑动；所述的一套锁紧机构位于翼段模型靠近后缘的位置，包括固定螺栓以及防松螺母，固定螺栓通过端板以及翼段模型内部预留的放置螺栓的通孔将翼段模型和两个端板连接在一起，并用防松螺母进行固定；所述的一套质心调节机构包括两个常规质量块、两个偏心质量块和一套质量块固定机构；两个常规质量块为黄铜材质，中心打孔，两个偏心质量块为黄铜材质，偏心打孔，偏心质量块与常规质量块的重量相同；两个常规质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近扭转轴中心，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心的三心相对位置关系；两个偏心质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近翼段模型前缘，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-重心-扭转轴中心的三心相对位置关系；一个常规质量块与一个偏心质量块组合使用，用于调节翼段模型质心位置，使其更靠近翼段模型后缘，使翼段模型从前缘到后缘形成气动力心-扭转轴中心-重心的三心相对位置关系；一套质量块固定机构由质量块固定螺栓和质量块防松螺母构成，通过根据试验中对不同质心位置的需求，利用质量块固定螺栓和质量块防松螺母将两个质量块分别固定在翼段模型两侧的端板上，从而实现翼段模型质心位置的改变；所述的两自由度支撑机构包括风洞固定板、风洞抗扰流罩、两块支撑板、两个线性托架、一个角位移传感器固定法兰、一根扭转轴固定杆、两根扭转支杆、四根光滑线性直杆、四组沉浮弹性机构、四组俯仰线性弹簧、八个俯仰弹簧连接柱、八个直线滑动轴承、两个外球面轴承、四套沉浮限位装置和八套俯仰限位装置；所述信号采集系统包括16～28个压力变送器、一个角位移传感器，一个非接触式磁滞伸缩位移传感器和一套多通道数据采集分析系统，16～28个压力变送器的压力测量端分别与从风洞中引出的测压管连接，另一端通过应变信号输入线分别连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，角位移传感器固定在角位移传感器固定法兰上，进而与扭转轴固定杆的配套轴孔进行连接，角位移传感器的信号输出端通过应变信号输入线连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时俯仰角信号，非接触式磁滞伸缩
位移传感器连接在风洞固定板上，其与固定在线性托架上浮动磁铁的距离为2mm；通过风洞实验模型的上下运动带动线性托架的线性运动进而带动浮动磁铁的线性运动，通过浮动磁铁在非接触式磁滞伸缩位移传感器的测杆上滑动的距离进而测量出风洞实验模型的瞬时沉浮位移，非接触式磁滞伸缩位移传感器的信号输出端通过应变信号输入线连接在多通道数据采集仪的信号采集通道上，用于采集风洞实验模型的瞬时沉浮位移信号。2.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的翼段模型内部的空气流道的入口端与测压孔光滑连接，空气流道的出口端位于设有支撑机构一侧的翼段模型的端部，然后通过在翼段模型端部的空气流道出口端穿入测压管，进而将翼段模型表面的压力引出到位于风洞外部的压力变送器上。3.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的测压管通过一端与翼段模型内部的空气流道连接，并在接口处用密封胶进行密封，另一端与风洞外部的压力变送器的测压端进行连接，实现了对翼段模型表面压力的测量。4.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：偏心质量块与端板的接触位置，均设置有防滑凹槽，以防止偏心质量块在翼段模型运动过程中与端板发生相对滑动。5.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的风洞固定板用于固定两块支撑板、风洞抗扰流罩以及非接触式磁滞伸缩位移传感器，并通过风洞固定板固定螺栓将风洞固定板固定在风洞闭口段的侧壁上；风洞抗扰流罩通过风洞固定板固定螺栓固定在风洞固定板上，其将风洞外部的两自由度支撑机构罩在风洞抗扰流罩内部，用于防止风洞侧壁开口对风洞内部气流的影响；两块支撑板包括上支撑板和下支撑板，分别通过支撑板固定螺栓固定在风洞固定板上，上支撑板和下支撑板上均设置有固定沉浮限位装置的螺栓孔以及用于固定沉浮弹性机构的凹槽，且上支撑板上还设置有连接光滑线性直杆的螺栓孔，下支撑板的两个面上分别设置有连接光滑线性直杆的沉头螺栓孔和圆柱凹槽。6.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的两个线性托架包括内侧线性托架和外侧线性托架，两个线性托架均设置有用于贯穿光滑线性直杆和扭转轴固定杆的通孔以及用于固定外球面轴承、直线滑动轴承和沉浮弹性机构的凹槽，此外还有用于固定俯仰弹簧连接柱和俯仰限位装置的螺栓孔，且外侧线性托架上还设置有用于固定角位移传感器固定法兰的螺栓孔；八个直线滑动轴承和八个沉浮线性弹簧固定座通过沉浮弹性机构固定螺栓固定在线性托架上设置的凹槽内，两个线性托架分别通过四组沉浮弹性机构悬挂在上支撑板和下支撑板之间；两个线性托架的中部分别设置有一个外球面轴承，扭转轴固定杆通过外球面轴承与线性托架相连接，在两个线性托架上分别通过四组俯仰线性弹簧，将八个俯仰弹簧连接柱与两个扭转支杆相连接，以提供风洞实验模型的俯仰恢复力矩，且内侧线性托架的侧边还安装有与非接触式磁滞伸缩位移传感器配套使用的浮动磁铁，以便实时采集风洞实验模型的沉浮运动数据。7.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：八套俯仰限位装置用于限定风洞实验模型在俯仰运动过程中出现的大位移现象，以防止过大的俯仰位移对两自由度支撑机构以及传感器系统的损坏；每套俯仰限位装置均由一个俯仰限位装置金属固定片、四个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓、一个俯仰限位装置橡胶制动块以及两
个俯仰限位装置沉头连接螺栓和两个俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母所构成，其中，八个俯仰限位装置金属固定片分别通过三十二个俯仰限位装置金属固定片连接螺栓固定在两个线性托架上，然后十六个俯仰限位装置沉头连接螺栓分别穿过八个俯仰限位装置橡胶制动块，通过十六个俯仰限位装置沉头连接螺栓配套螺母固定在八个俯仰限位装置金属固定片上。8.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的角位移传感器固定法兰固定在外侧线性托架上，其通过将角位移传感器与线性托架以及扭转轴固定杆固定在一起，进而实现在风洞实验模型做沉浮运动的同时能够测量风洞实验模型的俯仰运动；扭转轴固定杆的一端设置有扭转轴固定夹具，另一端设置有与角位移传感器配套的连接口，其通过两个外球面轴承分别与两个线性托架连接；扭转支杆竖直穿过扭转轴固定杆，并通过扭转支杆固定螺栓将其固定在扭转轴固定杆上，分别通过四组俯仰线性弹簧将两个扭转支杆和八个俯仰弹簧连接柱连接起来，用于将风洞实验模型的俯仰运动转化为俯仰线性弹簧的线性运动；四根光滑线性直杆的一端设置有螺纹另一端设置有螺栓孔，四根光滑线性直杆分别穿过四组沉浮弹性机构、八个直线滑动轴承和内外两个线性托架连接于上下两个支撑板上；四组沉浮弹性机构包括八个沉浮线性弹簧、十六个沉浮线性弹簧固定座，六十四个u型螺栓以及六十四个u型螺栓配套螺母，其中每个沉浮弹性机构均通过八个u型螺栓以及八个u型螺栓配套螺母将一个沉浮线性弹簧的两端分别固定在两个沉浮线性弹簧固定座上，四组沉浮弹性机构中的8个沉浮线性弹簧均采用预加载的拉伸弹簧，沉浮弹性机构的一端通过沉浮弹性机构固定螺栓连接在支撑板上，另一端通过沉浮弹性机构固定螺栓连接在线性托架上，并以上下两个沉浮弹性机构为一组的方式，通过两组沉浮弹性机构悬挂一个线性托架，进而将线性托架以及与线性托架连接的风洞实验模型悬挂在上下两个支撑板之间，从而在风洞实验模型受到风洞中气流的作用力而进行上下方向的沉浮运动时，为风洞实验模型在沉浮运动中提供恢复力，四组俯仰线性弹簧采用预加载的拉伸弹簧，以线性托架一侧位于扭转支杆两边的两个俯仰线性弹簧为一组，通过一端固定在俯仰弹簧连接柱上，另一端固定在穿过扭转轴固定杆的扭转支杆上的方式来为风洞实验模型在俯仰运动中提供扭转恢复力矩，八个俯仰弹簧连接柱通过螺纹连接，固定在两个线性托架上，用来固定四组俯仰线性弹簧；八个直线滑动轴承分别与四组沉浮弹性机构一端的沉浮线性弹簧固定座相连接，通过利用沉浮弹性机构固定螺栓将沉浮弹性机构一端连接有直线滑动轴承的沉浮线性弹簧固定座固定在内外两个线性托架上设置的凹槽内，从而实现了直线滑动轴承与线性托架的固定连接，八个直线滑动轴承分别固定在光滑线性直杆与线性托架连接处的凹槽内，以减小风洞试验模型在沉浮运动过程中的摩擦力；两个外球面轴承分别固定在扭转轴固定杆与线性托架的连接处，以减小风洞实验模型在俯仰运动过程中的摩擦力；四套沉浮限位装置用于限定风洞实验模型在沉浮运动过程中出现的大位移现象，以防止过大的沉浮位移对两自由度支撑机构以及传感器系统的损坏；每套沉浮限位装置均由两个沉浮限位装置金属支撑柱、一个沉浮限位装置金属垫片、一个沉浮限位装置橡胶制动块以及两个沉浮限位装置沉头连接螺栓构成；其中，沉浮限位装置金属支撑柱的一端设置有螺纹，另一端设置有螺栓孔，八个沉浮限位装置金属支撑柱分别连接在上下两块支撑板上，然后八个沉浮限位装置沉头连接螺栓分别穿过四个沉浮限位装置橡胶制动块以及四个沉浮限位装置金属垫片连接在八个沉浮限位装置金属支撑柱一侧的螺栓孔内。
9.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：所述的一套多通道数据采集分析系统包括：18～30条应变信号输入线、一个多通道数据采集仪、pc端信号分析系统，18～30条应变信号输入线分别将传感器输出端与多通道数据采集仪的信号输入端连接起来，用于传递传感器采集到的电信号。10.如权利要求1所述的一种两自由度的气动弹性实验装置，其特征在于：多通道数据采集仪用于采集试验过程中传感器输出的电信号，其通过与pc端信号分析系统相连接，进而将电信号转化为能够识别的待测物理量，pc端信号分析系统用于分析处理由多通道数据采集仪采集到的电信号，进而用户能够实时对采集到的待测物理量进行处理分析。
技术总结本发明涉及大型风力机叶片以及航空机翼风洞试验领域，具体涉及一种两自由度的气动弹性实验装置，包括风洞实验模型、两自由度支撑机构，信号采集系统；风洞实验模型包括翼段模型、测压管、端板、中心扭转轴、锁紧机构和质心调节机构；两自由度支撑机构包括风洞固定板、风洞抗扰流罩、支撑板、线性托架、角位移传感器固定法兰、扭转轴固定杆、扭转支杆、光滑线性直杆、沉浮弹性机构、俯仰线性弹簧、俯仰弹簧连接柱、直线滑动轴承、外球面轴承、沉浮限位装置和俯仰限位装置。本发明可用于研究风洞实验模型在俯仰、沉浮两自由度支撑条件下的气动弹性特性，即在进行气动弹性试验时探究翼段表面流动分离以及动态失速、颤振等现象的实验装置。颤振等现象的实验装置。颤振等现象的实验装置。
技术研发人员：高志鹰 赵保仲 汪建文 东雪青 马剑龙 温彩凤 白叶飞 张立茹
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
