[发明专利]一种大载荷比天平高精度低干扰传力连索装置及安装方法

说明书

一种大载荷比天平高精度低干扰传力连索装置及安装方法，属于航空航天风洞试验动力测试技术领域。本发明解决了现有的传力连索件柔性不足，不能与滑轮轮缘做到完全贴合从而产生误差的问题。本发明包括高消饶弹性铰链、连索件、连接件、拉力传感器、滑轨、滑轮和加载头，加载头上安装有高消饶弹性铰链，连索件通过连接件与高消饶弹性铰链建立连接，连索件的另一端与滑轮连接，连索件上设置有拉力传感器，拉力传感器安装在滑轨上，连索件采用Dyneema材料制成。通过本发明的高精度低干扰传力连索装置，显著降低连索件自重产生的附加分力以及大载荷条件下连索件柔性不足造成与滑轮贴合度的问题。

技术领域

本发明属于航空航天风洞试验动力测试技术领域，具体为一种大载荷比天平高精度低干扰传力连索装置及安装方法。

背景技术

风洞是进行空气动力学研究与飞行器研制的最基本的实验设备。测力风洞实验是风洞实验中最基本的实验项目，而风洞天平是测力风洞实验中最重要的测量装置，直接用于测量作用在飞行器等的缩比模型上的空气动力载荷的大小、方向与作用点。风洞天平完成设计、加工、应变计粘贴、组成惠斯顿电桥等工序后，需要通过天平校准系统测量出天平各分量输出电压变化量与校准载荷的关系公式，即风洞天平公式。随着先进航空航天飞行器的研发，对于大载荷比天平的校准需求及不确定度的要求也越来越高；

天平校准加载系统主要由校准台架、加载头、传力连索件与力源组成，其中传力连索件是天平加载系统中关键的一个器件。传力连索件是用于将力源产生的载荷按加载坐标系的要求，以一定的比例准确的传递到加载头的各个加载点上，传力连索件常用的结构为钢带、钢丝、拉杆等，根据其载荷大小选用合适的结构形式，然而随着大载荷比天平校准的需求，分配到每个传力连索件上的载荷也会随之增大，为了保证其具备足够的强度，需增加传力连索件（钢带、钢丝、拉杆）的横截面积，这样会增加传力连索件重量，这相当于对天平加载头施加了一个沿着重力方向的分力，产生干扰，对于大载荷比天平尤为显著，并且采用这些钢材料作为连索件时，因传力连索件的柔性不足，不能与滑轮轮缘做到完全的贴合而产生误差，而随着校准量程的增加，传力连索件的横截面积增加，这种贴合会越来越难以做到，也就是误差会越来越大；

加载头是天平校准加载系统中最核心的设备，它是用于模拟天平的工作状态，对天平施加载荷的装置。为保证正确的加载位置，加载头必须具备的特征是：1）与天平连接要牢固，安装位置可调节；2）有足够的刚度；3）各加载点的位置要准确，调整要方便。在一定的量程范围内，加载头需满足不同几何尺寸的天平校准需求，因此加载头的内外套筒必须保证同轴度并可沿轴向精确地调整与定位。行业内常用的加载头内套筒固定方式是通过压紧螺母进行固定，然而，随着我国大型风洞的建成，及先进航空航天器的研发，大载荷比天平的量程也随着增加，升力与侧力、升力与阻力等也越发不匹配，采用传统的锁紧方式会造成内外套筒抱紧力不足，内套筒与外套筒的不同轴度产生的干扰也会越发的显著，并且传统连索方式也会造成精度丢失，将加载头误差带入天平公式中，影响风洞实验数据的质量；

目前，针对大载荷比天平校准加载头工况有相关技术发展，如专利CN105222982A，对内套筒的固定提出了解决方案，专利CN113324728A中对温度影响，支撑刚度提出了解决方案，但二者存在着如下问题：1、在更大量程下内套筒与外套筒之间存在着抱紧力不足：2、内套筒与外套筒之间因安装需要必然会存在间隙，按照专利CN105222982A方式，在压紧螺母时，会使内套筒与外套筒之间产生偏差；2、连索件采用传统钢带结构，在水平加载时，其自重产生的附加分力会影响天平的校准；3、为了将水平钢带拉平，需要施加较大的预载荷；4、在大量程下传力连索件与滑轮贴合度问题而产生附加分力问题；5、滑轮摩擦力的影响。这些问题在上述专利中均没有好的解决方案；

针对上述问题，提出一种大载荷比天平高精度低干扰传力连索装置及安装方法用以解决上述问题。

发明内容