[发明专利]一种风洞半模天平

说明书

本发明涉及风洞气动试验技术领域，公开了一种风洞半模天平，由自由端、测量段、固定端三部分组成；采用一个测量段，在测量段中设置三组测量梁实现了滚转力矩Mx和轴向力X、法向力Y及偏航力矩My、俯仰力矩Mz等五个分量气动力载荷的同时测量，缩短了半模天平的轴向尺寸，提高了半模天平的整体刚度；测量梁及支撑梁关于天平轴线呈中心对称分布，使各分量均有合理的输出灵敏度，减小了各分量之间的干扰；同时降低了测量梁及支撑梁与固定端及自由端连接处的应力，改善了天平的受载后的应力分布状态，提高了半模天平的整体强度，满足风洞试验的要求，实现了在高速风洞中利用半模支撑系统进行风洞测力试验时飞行器模型承受的气动载荷的精确测量。

技术领域

本发明涉及风洞气动试验技术领域，具体涉及一种风洞半模天平。

背景技术

目前，半模天平采用多段测量元件串联结构，将作用在模型上的空气动力载荷(力和力矩)进行机械解耦，实现滚转力矩Mx、轴向力X、法向力Y、偏航力矩My和俯仰力矩Mz等五个分量气动力载荷(风洞轴系)的同时测量，各测量段对各自测量分量载荷敏感，产生相对明显的变形，而对其它分量的载荷不敏感，不产生或尽量产生尽量小的变形，实现结构上对力和力矩的机械分解或部分机械分解；再通过应变计的粘贴位置与全桥电路的设置，使其它分量的载荷所产生的应变不改变电桥的平衡状态，实现力与力矩的电气分解。

采用多段测量元件串联结构的半模天平存在天平整体长度尺寸长，刚度相对较弱，测量精准度相对较低的缺陷。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种风洞半模天平，采用一个测量段，在测量段中设置三组测量梁实现了滚转力矩Mx和轴向力X、法向力Y及偏航力矩My、俯仰力矩Mz等五个分量气动力载荷的同时测量，缩短了半模天平的轴向尺寸，提高了半模天平的整体刚度；在测量段中设置不同厚度的三组测量梁及等厚度的支撑梁(测量段中除测量梁外的所有梁)，测量梁及支撑梁关于天平轴线呈中心对称分布，使各分量均有合理的输出灵敏度，减小了各分量之间的干扰；同时降低了测量梁及支撑梁与固定端及自由端连接处的应力，改善了天平的受载后的应力分布状态，提高了半模天平的整体强度，满足风洞试验的要求，实现了在高速风洞中利用半模支撑系统进行风洞测力试验时飞行器模型承受的气动载荷的精确测量。

为实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

一种风洞半模天平，包括同轴依次连接的固定端、测量段和自由端，固定端与风洞半模机构固定连接，自由端与风洞试验模型连接；测量段数量为一个，包括设置于固定端与自由端之间的测量元件和支撑梁；测量元件包括测量梁一、测量梁二和测量梁三，测量梁一包括均与竖直方向平行的测量片一和测量片二，测量梁二包括均与竖直方向平行的测量片三和测量片四，测量梁三包括均与竖直方向平行的测量片五和测量片六；测量片一和测量片二的上下表面中间位置对称贴设共计八个应变计，并连接成惠斯通全桥电路；测量片三和测量片四的上下表面两端位置对称贴设共计八个应变计，并连接成惠斯通全桥电路；测量片三和测量片四的左右表面两端的中部位置对称贴设共计八个应变计，并连接成惠斯通全桥电路；测量片五和测量片六的外侧表面中间偏上下位置对称贴设共计八个应变计，并连接成惠斯通全桥电路；测量片五和测量片六的外侧表面中间位置对称贴设共计八个应变计，并连接成惠斯通全桥电路。

进一步地，测量段的三组测量梁一、测量梁二和测量梁三设置为不同厚度，所有支撑梁设置为同一厚度；测量梁二的厚度大于测量梁一的厚度大于测量梁三的厚度，支撑梁的厚度等于测量梁三的厚度；测量梁三位于测量梁二的外侧，且测量梁二与测量梁三的中轴线位于同一水平线上，且测量梁一、测量梁二、测量梁三和支撑梁关于天平轴线呈中心对称分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用一个测量段，实现了滚转力矩Mx和轴向力X、法向力Y及偏航力矩My、俯仰力矩Mz等五个分量气动力载荷的同时测量，缩短了半模天平的轴向尺寸，同时提高了半模天平的整体刚度；