[发明专利]应用于激波风洞测力试验的脉冲型杆式应变天平

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞实验装置，特别是涉及一种应用于激波风洞测力试验的脉冲型高精度杆式应变天平。

背景技术

对于传统的高超声速激波风洞，由于其瞬态流场和极短的有效试验时间(一般500μs－20ms)，模型－天平－支撑系统(Model-Balance-SupportSystem，简称MBSS)的机械振动被激起，并且在试验时间内不能被阻尼特性衰减掉。因此，在有效试验时间内，为了得到较好的测力结果，测力支撑系统的低频振动信号应至少具有几个以上的周期。对于试验时间在几毫秒的典型激波风洞，可能最低频率在1000Hz以上才能确保试验结果具有较好的精度。因为高频率的信号可以采取直接平均处理，从而避免应用诸如惯性补偿等更加复杂的方法对信号进行人为干预。针对以上的技术难题，很多测力天平专家也提出了多类采用特种天平(如加速度计天平、应力波天平及其混合技术天平等)进行脉冲式风洞气动力测量的技术，并且以上特种天平技术所针对的风洞均为短试验时间的情况。也由于试验时间极短的原因，这些技术并不能在工程上进行成熟应用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种应用于激波风洞测力试验中的高精度测量天平。

特别地，本发明提供一种应用于激波风洞测力试验的脉冲型杆式应变天平，包括：

安装本体，为一体结构，包括依次设置的用于安装模型的模型端，和安装测量单元的测量架，以及用于固定支撑天平和作为数据传送通道的支杆端，所述测量架和所述模型端通过与轴心线重合的矩形梁连接；

法向力测量单元，设置在所述矩形梁上，通过所述矩形梁受力后弯曲变形产生应变输出来获取法向力测量信息，包括法向力应变片；

俯仰力矩测量单元，设置在所述矩形梁上，通过所述矩形梁受力后弯曲变形产生应变输出来获取俯仰力矩测量信息，包括俯仰力矩应变片；

轴向力测量单元，对称地设置在所述测量架相对轴向的两侧，包括通过受力后弯曲变形材料产生应变来反应所述安装本体受轴向力情况的测力结构，包括轴向力应变片。

进一步地，所述测力结构包括与所述测量架的轴心线平行的横梁式轴向力元件，和分别垂直固定在所述横梁式轴向力元件两端的竖直梁，所述竖直梁通过与所述测量架的轴心线位于同一水平面上的第一传动板与所述测量架连接。

进一步地，所述横梁式轴向力元件与所述第一传动板不在同一水平面上。

进一步地，在所述测量架的相对两侧，通过切割形成两个径向贯穿所述测量架的通道，所述测力结构在切割所述通道时直接形成在所述通道内。

进一步地，相对的两个所述通道的两端通过穿过所述测量架内部，且垂直于所述测量架的轴心线的栅格通道连通。

进一步地，所述测量架与所述第一传动板通过第二竖直梁连接，所述第二竖直梁与所述第一竖直梁形状相同且并排地间隔设置，所述测量架通过第二连动板与所述第二竖直梁连接，所述第二传动板垂直于所述第一传动板，且位于所述第二竖直梁的中轴线上。

进一步地，所述横梁式轴向力元件的厚度与长度比为1：4。

进一步地，所述第一传动板的厚度与所述横梁式轴向力元件的厚度比为1：2。

进一步地，所述测力结构的位置与所述矩形梁未安装所述法向力测量单元和所述俯仰力矩测量单元的两侧面相对。

进一步地，所述矩形梁的径向截面的宽度大于高度，两者的比为1.5：1。

本发明的应变天平是在JF12激波风洞的长试验时间运行特性的基础上，应用成熟的应变计传感器技术，研制成的高精度、大刚度脉冲型应变天平。其轴向力测量单元结构的自振频率达到近2000Hz；轴向力与其他各个分量之间具有小的干扰影响，确保激波风洞测力试验天平信号有好的周期性，从而大大提升激波风洞测力结果的精准度(尤其是轴向力)，其在航天航空领域具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的应变天平结构示意图；

图2是图1所示应变天平的示意性透视图；

图中：10-模型端、20-测量架、21-通道、22-栅格通道、23-栅格、30-支杆端、40-矩形梁、41-法向力应变片、42-俯仰力矩应变片、50-测力结构、51-横梁式轴向力元件、52-轴向力应变片、53-第一竖直梁、54-第一传动板、55-第二竖直梁、56-第二传动板、100-安装本体。

具体实施方式