[发明专利]一种测量融合体布局飞行器舵面铰链力矩的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种测量融合体布局飞行器舵面铰链力矩的测量装置及方法，属于实验空气动力学领域。

背景技术

飞行器都有各种舵面，如方向舵、升降舵、副翼、襟翼等。舵面设计时，铰链力矩的大小和气动力压心位置是选择舵面形状以及舵轴位置的依据。风洞铰链力矩试验的目的在于测量飞行器各舵面气动力压心的位置及其对铰链轴的力矩。由于融合体布局飞行器舵面扁平，天平安装空间不足，通常采用片式天平进行测量。由于舵面空间尺寸限制，在片式天平上设计六分量载荷是极其困难的，通常片式天平是三分量载荷的，即天平只有CN、MX和MH载荷测量单元。当舵面坐标系与天平坐标系有夹角时则无法得到舵面坐标系下的CN、和MX，因此也就不能计算得到舵面气动力的压心。通常采取的办法是天平与待测一定舵偏角的舵面一体加工，天平的坐标系和舵面坐标系重合，保证天平测量得到的CN、MX和MH就是舵面坐标系下的三分量载荷，随之而来的问题是待测舵面通常有多个舵偏角，这样每个舵偏角均需一体加工一个天平，不仅增加了试验复杂度和试验成本，而且还因采用不同的天平而带来不同的系统误差。

还有的情况是对于特殊构型的融合体布局飞行器测量舵面空间狭小到即使片式天平也难以设计安装，只能把三分量片式天平固定在风洞试验模型本体上，当舵面带有舵偏角时舵面坐标系与天平坐标系不重合时，由于载荷分量的不完备性无法由天平坐标系下的三分量载荷精确变换到舵面坐标系下的三分量载荷，结果是仅能精确得到舵面的MH载荷分量，其它载荷分量以及气动力的压心无法精确得到。

发明内容

本发明要解决的问题：克服现有技术测量扁平舵面每个舵偏角需要设计一个天平，试验系统复杂成本高，以及特殊融合体布局飞行器常规方法仅能得到MH载荷分量而无法精确得到舵面气动力压心的缺点，提供一种测量融合体布局飞行器舵面铰链力矩的测量装置及方法，特别是在融合体布局飞行器由于空间限制只能安装片式三分量载荷铰链力矩天平时仍然能够精确得到飞行器舵面的气动力压心及多个载荷分量。

本发明要解决的技术方案：一种测量融合体布局飞行器舵面铰链力矩的测量装置，包括：板状连接件(1)、弹性梁(2)、支座(3)、应变片(4)；弹性梁(2)的一端与板状连接件(1)相连，弹性梁(2)的另一端与支座(3)相连；支座(3)安装在飞行器机翼内部且与机翼固定连接；板状连接件(1)、弹性梁(2)安装在机翼内部且不与机翼接触；应变片(4)位于弹性梁(2)的两端，且与弹性梁(2)贴合。机翼为中空结构，弹性梁(2)为方梁，数量为1个或多个，支座(3)为矩形片时，弹性梁(2)的另一端与支座(3)的长边和厚度形成的平面相连，且支座(3)的厚度c3是弹性梁(2)厚度c2的2倍及以上，弹性梁(2)的长度a2是支座(3)短边长度a3的1及以上。板状连接件(1)为矩形，弹性梁(2)的一端与板状连接件(1)的长边和厚度形成的平面相连，且板状连接件(1)的厚度c1是弹性梁(2)厚度c2的2倍及以上，板状连接件(1)长度a1是弹性梁(2)宽度b2的1倍及以上。支座(3)的长边b3以及板状连接件(1)的长边b1均要不小于所有弹性梁(2)宽度b2之和的1.5倍。板状连接件(1)能够与待测融合体布局飞行器舵面固定连接。板状连接件(1)能够可拆卸的与不同角度的待测融合体布局飞行器舵面连接。待测融合体布局飞行器舵面为片状，待测融合体布局飞行器舵面的根部能够和板状连接件(1)相连接。布置在弹性梁(2)两端的应变片(4)厚度不超过0.02mm，应变片(4)平面尺寸不小于2×2mm。

一种测量融合体布局飞行器舵面铰链力矩的测量方法，步骤如下：

(1)对铰链力矩天平进行天平公式校准时校准两套天平公式，两套天平公式的坐标系关系为原点和Z轴重合，且原点位于待测融合体布局的舵面的铰链轴中心，将天平公式1和2的坐标系Z轴与待测融合体布局的舵面的铰链轴重合；天平公式1坐标系X轴X1与铰链力矩天平的弹性梁(2)平行，并指向气流反方向；天平公式1坐标系的Y轴符合右手定则；

天平公式2坐标系通过天平公式1坐标系绕天平公式1坐标系的Z轴转夹角θ得到；铰链力矩天平为三分量载荷天平，三个载荷分量分别为CN、MX、MH；

(2)在铰链力矩测量试验时一次测量得到铰链力矩天平的跑码值，根据跑码值用两套天平公式分别计算出天平公式1的坐标系下的载荷分量CN1、MX1、MH1和天平公式2的坐标系下的载荷分量CN2、MX2和MH2；