[发明专利]光纤天平气动力测量系统及测量方法

摘要

本发明公开了一种光纤天平气动力测量系统及测量方法，包括：光纤天平气动力测量装置、信号解调仪和数据处理系统，测量方法为：对光纤天平本体各测量梁上的光纤F‑P应变计的输出信号进行组合来确定光纤气动力测量天平各分量的输出；对安装有光纤F‑P应变计的光纤天平本体进行静态性能检测，获得光纤天平各分量的静态性能；对光纤天平本体进行静态校准，获得光纤天平的使用公式；将光纤天平气动力测量装置安装于风洞试验段中，开展风洞模型测力试验，获得作用在风洞试验模型上的空气动力载荷。本发明将风洞天平测力技术与光纤传感技术相结合，有效提高了高温、强电磁、潮湿等恶劣环境下天平的测量精度，满足了航天飞行器的气动力精细测量要求。

主权项

1.一种光纤天平气动力测量系统的测量方法，其特征在于，所述光纤天平气动力测量系统包括：光纤天平气动力测量装置，其包括：光纤天平本体，其各测量梁上安装有光纤F‑P应变计；试验模型，其与所述光纤天平本体的模型连接端相连并通过拉紧螺母拉紧固定；测力支架，其与所述光纤天平本体的支架连接端相连并通过尾椎拉紧固定；信号解调仪，其与所述光纤F‑P应变计通信连接；数据处理系统，其与所述信号解调仪通信连接；其中，所述信号解调仪获取光纤F‑P应变计的光谱信号，然后送入数据处理系统进行运算获得各光纤F‑P应变计的输出信号，并对各光纤F‑P应变计的输出信号进行组合来确定光纤天平本体各分量的输出；所述光纤天平本体的外形为圆柱形，包括模型连接端、组合测量元件、轴向力测量元件、尾支杆和支架连接端；所述模型连接端加工成1:5的锥度与试验模型相连，支架连接端加工成柱面，与测力支架相连，所述组合测量元件和轴向力测量元件设置在模型连接端和尾支杆之间，并置于试验模型的内部，用于测量模型气动力/力矩；所述测量方法包括以下步骤：步骤一、对光纤天平本体各测量梁上的光纤F‑P应变计的输出信号进行组合来确定光纤天平本体各分量的输出；步骤二、对安装有光纤F‑P应变计的光纤天平本体进行静态性能检测，获得光纤天平本体各分量的静态性能；所述静态性能检测内容包括零点漂移、蠕变、机械滞后和温度漂移；步骤三、对光纤天平本体进行静态校准，获得光纤天平本体的使用公式；步骤四、将光纤天平气动力测量装置安装于风洞试验段中，开展风洞模型测力试验，获得作用在风洞试验模型上的空气动力载荷；所述步骤一中，对光纤天平本体各测量梁上的光纤F‑P应变计的输出信号进行组合的方法为：首先对光纤天平本体各分量测量梁对称位置上感受正应变光纤F‑P应变计输出信号与感受负应变光纤F‑P应变计输出信号求差值，然后对各差值求和，作为该分量的输出；所述步骤二中，静态性能检测方法为：将各光纤F‑P应变计引出信号线与信号解调仪各通道相连，信号解调仪通过USB接口与计算机相连，启动光纤F‑P应变计信号解调软件，输入光纤天平本体各分量光纤F‑P应变计输出信号组合公式，记录30分钟内零载荷和有载荷情况下光纤天平本体各分量的输出值，其最大相对变化量即为对应分量的零点漂移和蠕变；从零载荷开始，分别对光纤天平本体各分量施加递增载荷至设计载荷，再从设计载荷递减到零载荷，由此得到的相同载荷点各分量输出差值的最大值即为该分量的机械滞后；将光纤天平本体置于恒温箱中，在光纤天平本体工作温度范围内进行无载荷情况下的变温测试，记录光纤天平本体各分量的输出值，其最大相对变化量即为对应分量的温度漂移。