[发明专利]基于应变式二分量表面摩擦阻力测量天平的风洞试验方法

权利要求书

1.基于应变式二分量表面摩擦阻力测量天平的风洞试验方法，其特征在于，所述的风洞试验方法使用的表面摩擦阻力测量天平为应变式二分量表面摩擦阻力测量天平，表面摩擦阻力测量天平(3)包括：上连接端(7)、X1测量梁(8)、X1过载保护缝(9)、X2过载保护缝(10)、X2测量梁(11)、固定端(12)和矩形定位块(13)；

表面摩擦阻力测量天平(3)为一体结构，主体为圆柱体；

圆柱体的上半部开有左右对称的通孔Ⅰ和通孔Ⅱ，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ的上边和下边为直边，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ的左边和右边为弧形边，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ之间保留的实体为X1测量梁(8)，X1测量梁(8)的上段和下段的投影形状为对称的弧形，X1测量梁(8)的中段的投影形状为矩形；通孔Ⅰ和通孔Ⅱ外侧保留的实体分别通过对称的直缝分开，形成对称的X1过载保护缝(9)；

圆柱体的下半部分开有前后对称的通孔Ⅲ和通孔Ⅳ，通孔Ⅲ和通孔Ⅳ的上边和下边为直边，通孔Ⅲ和通孔Ⅳ的左边和右边为弧形边，通孔Ⅲ和通孔Ⅳ中间保留的实体为X2测量梁(11)，X2测量梁(11)的上段和下段的投影形状为对称的弧形，X2测量梁(11)的中段的投影形状为矩形；通孔Ⅲ和通孔Ⅳ外侧保留的实体分别通过对称的直缝分开，形成对称的X2过载保护缝(10)；

X1测量梁(8)和X2测量梁(11)垂直，X1测量梁(8)和X2测量梁(11)分别测量两个垂直的表面摩擦阻力分量；

圆柱体的顶端中心设置有上连接端(7)；

圆柱体的下端固定有固定端(12)，固定端(12)的直径大于圆柱体的直径，固定端(12)的下表面固定有矩形定位块(13)；

X1测量梁(8)中段中间位置两侧对称粘贴两片并列的电阻应变计，一侧电阻应变计编号为A1和A3，另一侧电阻应变计对应的编号为A2和A4，A1、A2、A3和A4组成X1惠斯通电桥；X2测量梁(11)中段中间位置两侧对称粘贴两片并列的电阻应变计，一侧电阻应变计编号为B1和B3，另一侧电阻应变计对应的编号为B2和B4，B1、B2、B3和B4组成X2惠斯通电桥；

固定端(12)侧面安装温度传感器；

所述的风洞试验方法，包括以下步骤：

a.加工试验模型(1)，在试验模型(1)外表面选择测量位置，根据测量件(2)尺寸在测量位置钻测量孔，孔径略大于测量件(2)尺寸；在测量位置下方设计有安装表面摩擦阻力测量天平(3)的圆形空腔；加工测量件；

b.加工与表面摩擦阻力测量天平(3)配套的连接件(4)，连接件(4)的上表面为平面，连接件(4)的下端开有与上连接端(7)装配的竖直孔，连接件(4)的侧壁开有水平的螺钉孔；将连接件(4)与上连接端(7)通过柱配合连接，再通过拧紧螺钉孔内的紧定螺钉(5)固定；在连接件(4)的上表面固定安装测量件(2)；

c.加工并安装与试验模型(1)的圆形空腔相配的天平保护壳(6)，天平保护壳(6)为下底封闭的圆筒型结构，从下至上穿过矩形定位块(13)罩住表面摩擦阻力测量天平(3)及连接件(4)，表面摩擦阻力测量天平(3)的固定端(12)与天平保护壳(6)底面通过面配合连接；天平保护壳(6)、表面摩擦阻力测量天平(3)、连接件(4)和测量件(2)组成一个整体，形成表面摩擦阻力测量单元；

d.地面校准表面摩擦阻力测量单元，获得表面摩擦阻力测量单元的地面校准系数K₁₁和K₁₂，电压修正系数K₂₁和K₂₂，温度修正系数K₃₁和K₃₂；

e.将表面摩擦阻力测量天平(3)的阻力计算公式输入风洞数据采集系统，两个方向互相垂直的阻力X1和X2的计算公式为：

X1＝K₂₁·K₁₁·[U_X1+K₃₁·(T₂-T₁)]

X2＝K₂₂·K₁₂·[U_X2+K₃₂·(T₂-T₁)]

其中，U_X1是X1惠斯通电桥的输出电压，U_X2是X2惠斯通电桥的输出电压；T₁为安装在固定端(12)侧面的温度传感器测量值的平均初值，T₂为安装在固定端(12)侧面的温度传感器测量值的平均末值；

将两个分量的阻力进行正交合成就得到总摩擦阻力：

f.在试验模型(1)内安装表面摩擦阻力测量单元，再通过在试验模型(1)下表面从下至上拧紧的沉头螺钉拉紧固定表面摩擦阻力测量单元；

g.检测试验模型(1)和测量件(2)的上表面是否平滑过渡，如果存在台阶，则通过更换不同厚度的连接件(4)调整测量件(2)的高度，保证试验模型(1)和测量件(2)的上表面平滑过渡；

h.测量试验模型(1)和测量件(2)之间的缝隙宽度，并通过调整天平保护壳(6)位置将缝隙宽度调整至所需的缝隙宽度；

i.在风洞内安装试验模型(1)，试验模型(1)的尾端连接模型支杆，模型支杆与风洞支撑机构连接；

j.将表面摩擦阻力测量天平(3)的天平线穿过模型支杆连接至风洞数据采集系统；

k.调整试验模型(1)姿态，按照常规风洞试验流程开展风洞试验。