[发明专利]一种用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法

说明书

本发明公开了一种用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法。位移元件的主体为圆柱体，两端设置有安装接口，中心位置设置有四柱梁；四柱梁左右两侧对称切割有若干环缝。设计方法获取与位移元件配合使用的动导数天平最大直径；计算四柱梁长度、四柱梁形心到轴线距离，四柱梁高度；计算四柱梁理论厚度；创建位移元件三维模型，计算测量梁的应变值；计算四柱梁设计厚度；根据四柱梁设计厚度重构位移元件，验证位移元件的四柱梁是否满足刚度、强度要求，反复迭代直至满足刚度、强度要求；最终确定四柱梁长度、四柱梁形心到轴线距离，四柱梁高度和四柱梁设计厚度。位移元件结构简单、可靠，设计方法简单、易实现、效率高，具有工程实用价值。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法。

背景技术

风洞试验中可采取强迫振动试验技术获取飞行器动导数，强迫振动动导数试验技术的关键技术之一就是要能够精确获取模型在不同时刻的振幅，而四柱梁结构的位移元件能够较为精确的测量模型振幅。目前，四柱梁结构的位移元件的设计比较依赖科研人员的工作经验，明显缺点是设计周期通常为几天，工作量大，不方便使用者学习掌握。

当前，亟需发展一种用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法。

位移元件的主体为圆柱体；位移元件的两端设置有安装接口，位移元件通过安装接口与动导数天平固定连接；圆柱体的中心位置设置有四柱梁；四柱梁的左右两侧切割有对称的环缝组，每个环缝组包括若干环缝，各环缝不断开，环缝的顶角范围为270°～330°，各环缝的连接段的长度相同，连接段交错排列；

四柱梁包括位于圆柱体半径、沿圆柱体周向均匀分布的长条板型的四根横梁；四柱梁的直径与圆柱体的直径相同，均为D；四柱梁长度l，l＝0.7D～0.8D；四柱梁形心到位移元件的轴线距离ρ；四柱梁高度h，h＝5mm～8mm；四柱梁设计厚度b；

其中，四柱梁长度l、四柱梁形心到轴线距离ρ、四柱梁高度h和四柱梁设计厚度b满足风洞试验的刚度、强度的指标要求。

本发明的用于风洞滚转动导数试验的位移元件的设计方法，包括以下步骤：

a.根据风洞滚转动导数试验条件限制，先得到与位移元件配合使用的动导数天平的最大直径D，四柱梁长度l＝0.7D～0.8D；

b.计算四柱梁形心到轴线距离ρ及四柱梁高度h，公式为：

ρ＝0.5(D-h)

h＝5mm～8mm；

c.求解在目标应变ε_目标条件下的四柱梁理论厚度b₀，公式为：

其中，风洞滚转动导数试验中的目标应变ε_目标＝500×10^-6，最大偏转角γ≈1°；

d.根据位移元件的四柱梁长度l，四柱梁形心到轴线距离ρ，四柱梁高度h、四柱梁理论厚度b₀建立三维模型，采用CAE软件进行仿真；在取最大滚转角为γ的初始条件下，计算四柱梁的应变值ε_仿真，进而计算四柱梁厚度修正因子λ，最后计算四柱梁设计厚度b，计算公式为：

e.根据上述四柱梁设计厚度b重构三维模型，采用CAE软件进行仿真，复核位移元件是否满足刚度、强度的指标要求，如果达不到指标要求，则改变四柱梁长度l和四柱梁形心到轴线距离ρ，重新计算四柱梁设计厚度b，直到得到符合指标要求的结果；