[发明专利]浮框式轴向力应变天平

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴向力应变天平，特别是一种用于脉冲风洞的浮框式轴向力应变天平，属于空气动力测量装置技术领域。

背景技术

风洞试验是飞行器外形设计中最重要的研究手段，要在风洞试验过程中取得高精度的气动力数据必须要有高精度的气动力测量天平。对于一般的飞行器来说，轴向力(X分量)是个小量，是气动力测量中最难测量的一个分量。应变天平设计中，为了提高测量轴向力的输出信号，要降低轴向力元件的刚度；为减少其它分量对轴向力测量的干扰，要求轴向力元件在其它非测量载荷作用下有较大的刚度。传统的轴向力天平元件采用压变形方式，造成满量程应变小，其它气动力分量对轴向力的干扰变形大于轴向力元件的主应变，天平静校时其它分量对轴向力的干扰系数大，天平的静校精度和测量精度很难提高。特别是脉冲风洞运行时间短，风洞启动时的冲击载荷引起模型、天平及支撑系统振动，振动信号叠加到测量信号中，天平设计时为了提高自振频率以减小振动信号输出，天平元件的刚度都设计的非常高，这样一来所要测量的气动力信号输出随之减小，使得天平的满量程应变往往只有几十个微应变，甚至只有十几个微应变，此时如果采用普通应变片作为敏感元件，只能产生不到1毫伏的信号输出，给信号的高精度采集带来很大困难。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种既保证了天平有足够的刚性和抗干扰性，又提高了轴向力的应变输出的浮框式轴向力应变天平。

本发明的技术解决方案是：浮框式轴向力应变天平，为整体结构，由圆柱体整体切割而成，圆柱体轴向切割形成4个柱梁和中间梁，4个柱梁围绕圆柱体的中心轴在圆周上均匀分布，中间梁位于圆柱体的中心位置，为中空形结构，中间梁左端不长于柱梁左端，在4个柱梁的右端保留环状的连接环与中间梁连接成一整体，4个柱梁的左端保留与中心轴垂直的支撑片梁和中间梁左端连接成一整体，4个柱梁的中部保留4根与中心轴垂直的弹性片梁和中间梁的中部连接成一整体，形成上下左右对称的浮框式结构，弹性片梁上粘贴电阻应变片。

所述的柱梁垂直于轴向的横截面为一边为圆弧、另三边为直角边的异四边形结构。

所述的中间梁垂直于轴向的横截面为中心为圆孔的方形。

所述的每个柱梁上保留1根或1根以上的支撑片梁。

所述的连接环为1个或1个以上。

所述的支撑片梁和弹性片梁垂直于轴向的横截面为方形。

所述的连接环沿轴向加工4个截面为直角三角形的通孔，直角三角形的通孔在垂直于轴向的截面内对称分布，直角三角形的孔的直角顶点与中间梁方形截面的顶点重合，直角三角形的孔的其他顶点与柱梁的直角顶点重合。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用弯曲变形，及四周支撑的方式，用一个连接环把四个支撑梁连接起来，形成上下、左右都对称的浮框式结构，以提高元件抵抗法向(Y)和侧向(Z)振动的能力；

(2)本发明弹性片梁一端在中间梁，另一端与柱梁连接，当天平受轴向力作用时，中间梁与柱梁沿轴向相对运动，带动弹性片梁发生弯曲变形，提高了轴向力的应变输出；

(3)本发明采用连接环把四根柱梁连接到一起，加强支撑片梁的刚度，形成了在垂直于中线上下左右都对称的浮框式结构，这样不仅加强了刚度，还使天平振动特性单一，大大加强了抗干扰能力；

(4)本发明的连接环上加工特殊形状和尺寸的直角三角形的通孔，使在线切割弹性片梁时能一次成型，加工方便；

(5)本发明在脉冲风洞测力试验中轴向力测量结果输出大，自身抗干扰能力强，并且不会给其它测量元件带来附加的振动干扰。整体刚度大，自振频率高，便于通过滤波消除脉冲风洞启动时冲击载荷造成的振动信号。

附图说明

图1为本发明剖视图；

图2为本发明局部剖视图；

图3为图2B-B方向的剖视图；

图4为图2C-C方向的剖视图；

图5为图2D-D方向的剖视图；

图6为图2E-E方向的剖视图；

图7为图2F-F方向的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明，本发明如图1、2所示，为整体结构，由圆柱体整体线切割而成。