[发明专利]一种用于风洞天平校准系统的加载架初始定位装置及方法

说明书

一种用于风洞天平校准系统的加载架初始定位装置及方法，属于航空航天气动力风洞试验技术领域。利用激光跟踪仪、第一靶球靶座、第二靶球靶座和加载架坐标系复现装置实现力源坐标系和加载架坐标系的复现，同时定量给出使加载架坐标系与力源坐标系重合所需的三个转动角度值和三个平移数值，再利用六自由度运动机构实现加载架的六自由度同步调整定位，直至达到加载架角位移小于5″和线位移小于0.03mm初始定位精度。提高了加载架初始定位的精度；实现加载架的六自由度同步调整定位，提高了加载架初始定位的效率；可完全复现力源坐标系和加载架坐标系，同时定量给出了加载架初始定位精度的准确数值，规避人为操作随机误差产生的风险。

技术领域

本发明涉及风洞天平校准，具体涉及一种用于风洞天平校准系统的加载架初始定位装置及方法，属于航空航天气动力风洞试验技术领域。

背景技术

风洞测力试验是航空飞行器气动力精确预测的主要手段，直接参与航空飞行器的气动力设计过程，避免设计不足、防范设计风险。作为风洞测力试验的关键核心设备，风洞天平直接感测航空飞行器所受的体轴系六分量气动载荷；在风洞测力试验前，必须应用校准系统对风洞天平进行校准以获得精确的工作公式（33×6矩阵），保证风洞测力试验中测量数据的精确度。

风洞天平校准系统对风洞天平的校准即模拟飞行器在风洞中的受力状态，应用三维空间内多个方向力源经加载架对风洞天平施加多组六分量精确载荷，同时记录风洞天平对应的输出，最终采用最小二乘法拟合给出风洞天平的工作公式。三维空间内多个方向力源所在的力源坐标系是固定的，加载架坐标系是移动的。加载架初始定位的目的是应用六自由度运动机构支撑与调整加载架的位置与姿态角，使加载架坐标系与力源坐标系重合，保证施加六分量载荷大小、方向及作用点的准确性。

国内各风洞试验单位和研究机构都拥有各自的风洞天平校准系统，采用的加载架初始定位方法包括机械平台定位方法、经纬仪瞄准定位方法和光学定位方法。其中，经纬仪瞄准定位方法和光学定位方法都是采取对加载架各自由度逐一调整定位的方法，由于一个自由度的调整定位会对其它自由度数值存在影响，导致需反复调整定位，效率明显低于机械平台定位方法。另外，光学定位方法是三种方法中理论定位精度最高的，可达到角位移小于10″，线位移小于0.05mm。但是三种方法都无法完全复现力源坐标系和加载架坐标系，也无法给出加载架初始定位精度的准确数值。

因此，亟需提出一种新型的用于风洞天平校准系统的加载架高效高精初始定位装置及方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明研发目的是为了解决现有的加载架初始定位方法无法完全复现力源坐标系和加载架坐标系的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种用于风洞天平校准系统的加载架初始定位装置，包括设置在地基上的激光跟踪仪、外钢架、内钢架、力源变比杠杆和机电式加载力源，外钢架套装在内钢架外侧，力源变比杠杆和机电式加载力源建立连接，还包括加载架坐标系复现装置和六自由度运动机构，六自由度运动机构安装在内钢架上端，加载架坐标系复现装置安装在六自由度运动机构底部。

优选的：还包括十二个第一靶球靶座，外钢架的后方两个支柱、前方左侧一个支柱和内钢架的前方两个支柱、后方右侧支柱上均设置有2个第一靶球靶座。

优选的：所述六自由度运动机构包括静平台、直线电动推杆、动平台和电动直线滑轨，直线电动推杆一端与静平台球铰，直线电动推杆另一端与动平台球铰，电动直线滑轨设置在动平台底部，电动直线滑轨的滑块上安装有加载架坐标系复现装置。

优选的：所述加载架坐标系复现装置左右两侧四个端点和中部上均具有一个第二靶球靶座。

优选的：所述十二个第一靶球靶座均为1.5的英寸靶球靶座。