[发明专利]一种动静态气动载荷分离测量的电磁悬浮测力装置及方法

说明书

本发明公开了一种动静态气动载荷分离测量的电磁悬浮测力装置及方法，以解决采用应变天平技术测量时的频响低及刚度‑分辨率矛盾、动‑静态耦合导致的测量精度差等技术难题。装置包括承载端法兰、直线轴承、电磁测力装置和固定端法兰。测量时，电控系统分别先后对静态和动态悬浮组件实施控制，实现“位移回零”，进而根据各自电流‑气动力映射关系，获得相应的动、静态载荷，通过叠加，最终实现被测动态气动力的高精度获取。本发明电磁测力装置频响、分辨率高，同时将被测动态气动力分为静态和动态部分分别测量，实现静态、动态之间的测量解耦，及静态测量刚度和动态测量刚度的最优匹配，测量精度大幅提高。

技术领域

本发明涉及一种实验测力装置及方法，具体涉及一种动静态气动载荷分离测量的电磁悬浮测力装置及方法，属于试验空气动力学测量技术领域。

背景技术

随着我国航空航天技术的发展，新型武器型号的研制层出不穷，其对空气动力学地面试验技术能力的要求也随之提升，尤其是动态气动力的精确测量需求近年来呈现出了急速增长的趋势。在一些采用低刚度部件或整体较低刚度设计的新型飞行器设计中，地面风洞试验的高精度动态气动力测量需求；如，机-弹分离过程中的动态气动力/力矩以及飞行器的颤振、抖振等特殊要求的动态载荷测量需求；再如，当前绝大部分风洞测力试验为“准静态”测量，需在稳定攻角下获得脉动气动力的平均值，一方面风洞试验时间长、能耗大，另一方面，“准静态”也越来越难满足某些飞行器的高精度过程力测量需求，因而，需要转向动态测量。典型的动态气动力载荷特征如图6所示，一般情况下，动态气动力的载荷特点多呈现为“某常值静态力F_S+周期/非周期动态气动力F_D”，二者叠加组合,动态气动力F_D对静态力F_S的占比在10％以内。

当前，绝大部分动态气动力地面试验依然采用应变天平测量技术，其存在如下问题：1)应变天平阻尼比过小，固有频率、动态响应低，若通过增加天平刚度来提高响应频率，则会带来测量分辨率的损失，二者矛盾；2)应变天平多为一体化弹性体设计，分量间、维间存在耦合，包括静态耦合和动态耦合；3)风洞试验时，模型、支杆等系统组成均会降低天平的动态性能，对校准和测量的一致性要求较高。上述问题极大降低了应变天平的动态测量能力和测量精度。

综上，应变天平技术在风洞试验动态气动里测试方面已逐渐呈现出难以满足先进型号的研制需求，成为了在研及预研型号研制的技术瓶颈。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的上述不足，针对地面空气动力试验中动态气动载荷的精确问题，提供一种动静态气动载荷分离测量的电磁悬浮测力装置及方法，解决了采用应变天平测量时频响/分辨率低、动/静态耦合、测量精度差等技术难题，实现了动态气动力高精度测量。

本发明的技术解决方案是：

一种动静态气动载荷分离测量的电磁悬浮测力装置，包括：承载端法兰、直线轴承、电磁测力装置和固定端法兰；

所述电磁测力装置包括第一静态磁悬浮组件、第一动态磁悬浮组件、第一安装座、第二静态磁悬浮组件、第二动态磁悬浮组件、第二安装座、第一壳体、第二壳体、第三壳体、第四壳体、位移传感器、硅钢片组、第一限位螺母、第二限位螺母、支承轴、电控系统和电流测量组件；所述第一静态磁悬浮组件和第一动态磁悬浮组件安装在第一安装座上，并与第一壳体共同构成正向力测量组件，所述第二静态磁悬浮组件和第二动态磁悬浮组件安装在第二安装座上，并与第四壳体共同构成负向力测量组件，所述正向力测量组件、位移传感器和负向力测量组件依次沿轴向设置在支承轴上；所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和第四壳体依次连接，共同构成电磁测力装置的外壳，所述硅钢片组安装在第二壳体上并沿轴向位于与位移传感器相同的位置；所述第一限位螺母和第二限位螺母也安装在支承轴上，并沿轴向分别设置在第一壳体和第四壳体的外侧；所述电控系统包括位移测量组件、信号放大器和控制器；