[发明专利]一种微量风洞天平及其测试方法

权利要求书

1.一种微量风洞天平，其包括横梁、立梁，其特征在于：横梁的一端与要测量模型刚性连接且另一端与立梁连接，横梁包括相互正交的水平薄板(1)和竖直薄板(2)，立梁包括支座(3)和铅垂薄板(4)，支座固定在风洞中，铅垂薄板垂直于横梁的轴线，所述横梁穿过支座与铅垂薄板连接，水平薄板、竖直薄板、铅垂薄板均是弹性元件。

2.根据权利要求1所述的微量风洞天平，其特征在于：所述立梁与所述横梁通过轴承连接，横梁在立梁的轴孔内滑动。

3.根据权利要求1或2所述的微量风洞天平，其特征在于：所述铅垂薄板具有从底部到中部的凹槽。

4.根据权利要求3所述的微量风洞天平，其特征在于：所述水平薄板、竖直薄板、铅垂薄板的厚度均为b，所述水平薄板、竖直薄板的宽度均为a，所述铅垂薄板的凹槽的宽度为a-a_D，其中a、b、a_D>0。

5.一种采用根据权利要求1所述的微量风洞天平的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在铅垂薄板的第一测点(P_D)上放置应变片来测量铅垂薄板的弯曲应变根据公式(1)得到气动阻力F_z

$F_z={\mathrm{\ϵ}}_{22}^D\frac{2{\mathrm{EI}}_{xx}^D}{l_{D}b}---\left(1\right)$

其中E为梁材料弹性模量，I^D_xx为第一测点(P_D)截面对相应弯曲轴的惯性矩，I^D_xx＝a_Db³/12，a_D为第一测点的宽度、b为第一测点的厚度，l_D为第一测点中心与横梁、立梁接触点的距离；

(2)在横梁的第ij个测点(P_ij)上分别放置应变片来测量水平薄板、竖直薄板的弯曲应变和i＝1,2；j＝1,2，根据公式(2)得到气动升力F_y、偏航力F_x、俯仰力矩M_x和偏航力矩M_y

$\left(\begin{array}{c}{M}_x\\ F_y\\ M_y\\ F_x\end{array}\right)=T^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{33}^{11}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{33}^{12}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{33}^{21}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{33}^{22}\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中

$T=\left[\begin{array}{cccc}{T}_{11}=-\frac{b}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^h}& T_{12}=-\frac{{\mathrm{bl}}_{11}}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^h}& T_{13}=-\frac{a-w}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^h}& T_{14}=\frac{(a-w)l_{11}}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^h}\\ T_{21}=-\frac{b}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^h}& T_{22}=-\frac{{\mathrm{bl}}_{12}}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^h}& T_{23}=-\frac{a-w}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^h}& T_{24}=\frac{(a-w)l_{12}}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^h}\\ T_{31}=-\frac{a-w}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^v}& T_{32}=-\frac{(a-w)l_{21}}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^v}& T_{33}=-\frac{b}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^v}& T_{34}=\frac{{\mathrm{bl}}_{21}}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^v}\\ T_{41}=-\frac{a-w}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^v}& T_{42}=-\frac{(a-w)l_{22}}{2{\mathrm{EI}}_{xx}^v}& T_{43}=-\frac{b}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^v}& T_{44}=\frac{{\mathrm{bl}}_{22}}{2{\mathrm{EI}}_{yy}^v}\end{array}\right]$

l_ij为第ij个测点与模型安装点的轴向距离，w/2为第ij个测点(P_ij)与水平薄板或垂直薄板的侧边缘的垂直距离，