[发明专利]光纤天平气动力测量系统及测量方法

说明书

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。

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光纤天平气动力测量系统及测量方法。

背景技术

随着我国航天技术的发展，对各种航天飞行器的气动力精细测量提出了越来越高的要求。而高超声速风洞试验时为了防止试验气体发生冷凝，气流总温通常都很高(一般为400K～1000K，高超声速低密度风洞最高可达3100K)，在试验有效时间内(几十秒至几分钟)，天平的环境温度最高可达到200℃～300℃，对传统的电阻应变式天平的输出造成很严重的温度干扰(测量误差会增大几倍甚至十几倍)，直接影响到试验数据的可靠性，要予以修正也很困难。另外电阻应变式天平的输出信号还会受周围电磁场的干扰。为满足航天飞行器的气动力精细测量要求，发展新型气动力天平测量系统及测量方法具有重要意义。

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。

本发明的目的在于提供一种光纤天平气动力测量系统及测量方法，有效提高高温、强电磁、潮湿等恶劣环境下天平的测量精度，满足航天飞行器的气动力精细测量要求。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种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应变计的输出信号，并对各光纤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。

优选的是，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。

优选的是，所述光纤应变计为光纤F-P应变计。

本发明还提供一种上述的光纤天平气动力测量系统的测量方法，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气动力测量天平各分量的输出；

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。