[发明专利]一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置

说明书

本发明公开了一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置，以解决采用传统内式应变天平用于风洞飞行器模型阻力测量时的分辨率不足、非线性干扰大而导致测量精度低的技术难题。包括风洞飞行器模型、五自由度抑制装置、转接法兰、阻力电磁天平和尾支杆；五自由度抑制装置的壳体通过转接法兰与阻力电磁天平的第一壳体连接，其内轴与阻力电磁天平的支撑轴连接，风洞飞行器模型安装在壳体上，最终通过电磁天平的支撑轴安装在尾支杆上形成测量装置整体；风洞试验时，风洞飞行器模型的气动载荷升力Y、俯仰力矩Mz、侧力Z、偏航力矩My和滚转力矩Mx被五自由度抑制装置抑制，仅阻力X载荷无失真的传递至阻力电磁天平，进而实现阻力的高精度孤立测量。

技术领域

本发明涉及一种风洞试验测力装置，具体涉及一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置，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不断发展，新型弹、箭及飞机等装备型号的研制层出不穷。新型飞行器设计往往意味着其气动特性的重大革新，一般也会对风洞气动力试验测量领域提出更苛刻的要求，如：总体设计对某些关键气动力参数的极高精准度测量要求、气动载荷强不匹配情况下的高精准度测量要求等。以飞行器阻力测量为例，对于战略战术导弹、飞机等比较关注阻力的气动外形，为提高航程或打击范围，在研制过程中要进行减阻设计，但由于其升力/力矩与阻力极不匹配，使阻力的高精度测量及减阻验证风洞试验难度大幅提高。另外，当前国内、外风洞测力试验绝大部分采用了内式应变天平技术，对于杆式应变天平而言，阻力是最难测量的载荷分量，其主要原因一方面是受风洞模型内腔尺寸的限制，天平的直径尺寸相对于长度尺寸较小，而为保证较宽的量程范围和较高的灵敏度输出，需严格协调刚度和灵敏度矛盾；另一方面，由于阻力载荷特点和测量元件设置的客观要求，同时受限于应变天平的固有测量机理，其在结构设计和测量上无法彻底解耦，这导致了各分量载荷不可能随意匹配，天平在受载情况下变形时，各分量对阻力单元有不同程度的干扰，且多为非线性，加剧了阻力的测量难度。

针对飞行器阻力测量的风洞试验，国内、外空气动力试验机构大都采用基于应变天平技术的测试手段，主要包括两种：1)高精度六分量应变天平测量技术：通过优化、设计专用高精度阻力测量天平，以提高阻力测量精准度。如前所述，应变天平的设计核心是通过合理结构设计、机械加工和电桥设计等获得尽量高的应变/变形比，即，天平刚度足够大的前提下，各分量测量分辨率尽量高，但二者是矛盾的，折中的结果就是无法得到理论的最优设计。受限于固有测量机理，应变天平在结构上无法彻底解耦，尤其对阻力分量而言，解耦程度较低，进而会导致干扰误差，测量精准度无法从本质上提升。2)飞行器阻力的风洞试验孤立测量技术：即通过抑制飞行器在除阻力外的其他五个方向的自由度，采用专用高灵敏度应变天平对其阻力进行孤立测量。这种测量方式本质上仍需要天平与抑制机构的刚性连接，一方面，天平处于过约束连接状态，系统内应力会对天平测量产生干扰误差，严重时，甚至会导致测量失败；另一方面，抑制机构未过滤的其他气动力载荷信息依然会传递至天平，进而产生干扰。此外，高灵敏度应变天平对气动力载荷的适应性、通用性较差，对天平的校准和使用环境一致性要求也较高。

综上，应变天平技术在提高风洞试验模型阻力测量精准度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，针对风洞试验飞行器模型阻力的高精度测量问题，提供了一种基于电磁天平的孤立阻力测量装置，解决了传统内式应变天平用于阻力测量时的分辨率不足、非线性干扰大而导致测量精度低的技术难题，实现了飞行器模型阻力的高精度测量。

本发明的技术解决方案是：

一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置，包括：阻力电磁天平、五自由度抑制装置、风洞飞行器模型、转接法兰和尾支杆；