[发明专利]六分量光纤气动力测量天平及输出信号组合方法

说明书

本发明公开了一种六分量光纤气动力测量天平及输出信号组合方法，包括模型连接端、法向力/俯仰力矩/侧向力/偏航力矩/滚转力矩组合测量元件、轴向力测量元件、支杆、支架连接端组成；本发明通过在光纤气动力测量天平结构本体上设计可供各测量元件上的光纤应变计引出光纤敷设的孔、槽，可有效解决光纤应变计引出线敷设特别是轴向力元件光纤应变计引出线敷设困难的难题，满足航天飞行器风洞模型气动力试验六分量气动载荷测量要求，采用光纤应变计输出信号的合理组合，可有效减小或消除光纤气动力测量天平各分量之间的干扰，实现光纤气动力测量天平六个分量的独立测量。

技术领域

本发明属于航空航天测力试验技术领域，具体涉及一种风洞试验模型气动力测量天平，特别涉及一种基于光纤应变传感技术的六分量气动力测量天平及输出信号组合方法。

背景技术

电阻应变天平是目前国内外各类风洞在模型气动力测量试验中广泛采用的一种气动力测量天平，发展至今技术已相当成熟，但也存在温度效应严重、不耐电磁干扰等瓶颈问题，制约其测量精准度的进一步提高。光纤气动力测量天平是近几年新发展起来的一种气动力测量天平，它是将光纤应变计安装在气动力测量天平各测量梁上作为天平感受气动力载荷的敏感元件，通过解调仪获取其光谱信号并送入计算机进行处理和运算，获得各光纤应变计对应的相位/波长输出值，并对其相位/波长输出值进行组合来确定光纤气动力测量天平各分量的输出值。光纤应变计具有灵敏度高、响应快、可靠性好、抗电磁干扰、耐腐蚀、能在高温环境中正常工作等优点，是一种理想的传感测试敏感元件。

目前电阻应变天平所采用的电阻应变计绝大部分为箔式电阻应变计，其引出线为金属导线(漆包线)，可以随意弯曲而不影响其输出信号，信号引出线敷设和引出对天平结构没有特殊要求，故测量天平在结构设计上只简单地开设走线槽。而光纤应变计的引出线为裸光纤，其柔韧性和抗弯折能力较差，且无损耗弯曲半径不小于5mm。气动力测量天平测量元件结构较复杂，特别是轴向力测量元件，由于一方面要考虑模型重量对其的作用，要求有较大的刚度，另一方面为了提高其测量灵敏度，要求降低轴向刚度，同时又要求它对其它分量载荷不敏感，以减小其他分量对其的干扰，故其结构尤其复杂，供光纤应变计安装和引出线敷设的空间有限，光纤应变计安装和引出线敷设难度较大，故目前国内外公知的光纤气动力测量天平一般舍弃复杂的轴向力测量元件，仅采用较简单的组合元件来测量除轴向力以外的其他分量载荷。例如在申请号为201010165429的国家发明专利就公开了一种光纤光栅五分量气动力测量天平，主要由固定端、模型安装锥面及五分量复合敏感元件2组成，仅能测量法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩及滚转力矩五个分量。在申请号为201610555793.2的发明公开了一种四分量光纤气动力测量天平，主要由模型安装端、支杆端及组合敏感元件组成，仅能测量法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩四个分量。

随着我国航天技术的发展，航天飞行器的外形越来越复杂，风洞模型气动力试验时一般要求开展六分量气动载荷测量。而对于六分量光纤气动力测量天平来说，必须考虑轴向载荷的测量，其安装的光纤应变计较多，光纤应变计引出线敷设难度相比五分量以下光纤气动力测量天平更大。因此如何对气动力测量天平结构本体进行优化，使其更有利于光纤应变计的安装和引出线的敷设具有非常重要的意义。另外，与电阻应变天平通过多个电阻应变计组成惠斯顿电桥不同，光纤气动力测量天平每片光纤应变计都对应一路独立光信号测量通道，如何有效利用各测量梁上光纤应变计输出信号，来实现光纤气动力测量天平六个分量的独立测量，也具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种六分量光纤气动力测量天平，包括：

天平主体，其上依次设置有模型连接端、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件和支杆；

所述第一组合测量元件为法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩、滚转力矩组合测量元件；