[发明专利]一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法

说明书

本发明涉及一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法，属于试验测试领域。该测力天平，包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；天平台架机构用于将试验模型受到的矢量力分解为水平与竖直方向分量，并在水平和竖直方向上产生扭转形变；光学测量机构用于测量天平台架机构的水平和竖直方向的扭转形变；标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定。天平台架机构实现对试验模型两个方向的受力分量开展测量，天平利用永磁体阵列与直导线阵列分别在两个测力自由度上构成的电磁标定装置，能够实现对测力过程的在线实时标定。

技术领域

本发明涉及一种测力天平及其校准、测力方法，属于交通工具测力试验技术领域。

背景技术

风洞或水洞模型试验可为新型飞行器、汽车、高铁、舰船等的研制提供关键试验参数与设计依据；特别是对复杂流动问题的研究，模型气动力和水下阻力的试验测量是计算机模拟不能替代的，是决定相关研究成败的重要工具手段。

目前，风洞或水洞试验中常采用机械天平、应变天平等开展测力试验。传统的机械天平体积大、易受湿度等环境因素的影响，且造价相对高昂。对于有强电磁辐射的测量环境或试验工况，应变天平可能存在电磁干扰而导致精确测量的困难。如果在试验中电磁辐射未充分得到保护而泄露，则可能造成测量信号受到电磁干扰，甚至导致应变天平测量失效。另外，微型飞行器、微型水下潜航器的研究对微小气动力、水动力的高精度测量提出了更高要求，天平需要具备几毫牛、数百微牛乃至更优的测力能力。而现有的机械、应变天平的测量精度无法完全满足高精度测力的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的缺陷，提出一种扭秤式两自由度测力天平，可获得更高精度的风洞、水洞试验测力能力。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种扭秤式两自由度测力天平，包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；天平台架机构用于将试验模型受到的矢量力分解为水平与竖直方向分量，并在水平和竖直方向上产生扭转形变；光学测量机构用于测量天平台架机构的水平和竖直方向的扭转形变；标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定。

本发明所述的扭秤式两自由度测力天平，所述的天平台架机构包括扭臂，扭杆一，扭杆二，扭杆三，扭杆四以及支撑架；

所述的支撑架包括模型支撑架，天平固定支撑架，天平移动支撑架，天平中心支撑架；

所述的试验模型通过模型支撑架连接扭臂；

所述的扭臂上设置配重，以平衡试验模型的重量；

所述的扭臂通过天平中心支撑架连接到竖直放置的扭杆二和扭杆四上；扭杆二的上端和扭杆四的下端连接到天平移动支撑架；天平移动支撑架连接到扭杆一和扭杆三上；扭杆一和扭杆三连接到天平固定支撑架上；

所述的天平固定支撑架安装在地面基座上，保持稳固不动；

所述的扭杆一与扭杆三的中心轴线共线，扭杆二与扭杆四的中心轴线共线，两条轴线相互垂直、相交于一点。

本发明所述的扭秤式两自由度测力天平，所述的光学测量机构包括两组光学测量装置，激光器一、光斑位移传感器一与平面反射镜构成一组光学测量装置；平面反射镜又与激光器二、光斑位移传感器二构成另一组光学测量装置；

所述的平面反射镜安装在天平中心支撑架内，位于扭杆一，扭杆三的中心轴线与扭杆二，扭杆四的中心轴线构成的平面上；

当试验模型受到水平方向的作用力时，扭臂绕扭杆二，扭杆四转动，平面反射镜在与扭杆二，扭杆四的中心轴线相垂直的平面内同步转动；

当试验模型受到竖直方向的作用力时，扭臂绕扭杆一，扭杆三转动，平面反射镜在与扭杆一，扭杆三的中心轴线相垂直的平面内同步转动；