[发明专利]一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平及测量方法

说明书

一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平及测量方法，属于航空航天气动力试验测量设备领域，本发明为了解决杆式铰链力矩天平在测量载荷不匹配工况设计时，较小载荷分量设计灵敏度不够的问题。包括由上至下依次相连的测量舵、天平元件和天平固定部，天平元件包括由上至下依次相连的第一连接座、第一分割槽部、弯矩测量梁、竖梁部、消扰薄片横梁、第二分割槽部和第二连接座，竖梁部包括铰链力矩测量竖梁和消扰薄片竖梁，两个铰链力矩测量竖梁分别设置在左右两端，两个消扰薄片竖梁分别设置在前后两端。利用薄弹性梁在需要承担自身测量载荷时刚度大、在其他不同分量的载荷作用下时柔度大的特性，实现大载荷力与小载荷力在测量上的更好分解。

技术领域

本发明属于航空航天气动力试验测量设备领域，尤其涉及一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平及测量方法。

背景技术

风洞天平用于风洞试验中测量作用在飞行器上的气动力载荷，按工作原理可以分为机械天平、光纤天平、压电天平等。目前常用是应变天平，采用应变电测原理，在天平元件上粘贴应变片并组成电桥，将天平元件受载变形的应变转化为电信号进行测量。预先标定载荷与电信号的映射关系，根据映射关系，通过测量到的电信号即可计算出飞行器的气动载荷。

杆式铰链力矩天平是应变天平的一种，主要用于测量飞行器模型翼面的气动力载荷，一端连接测量舵，另一端连接在模型的翼面上。由于模型空间的限制，该种力矩天平的天平元件多为柱梁结构，根据测量载荷的情况来确定柱梁的位置及截面尺寸，最终在天平元件上实现三个分量的载荷测量。此种力矩天平的弊端是当测量载荷不匹配工况设计时，较小载荷分量设计灵敏度不够，很难得到调整，尤其对于载荷作用在测量舵舵面几何中心附近的铰链力矩天平来说，气动力载荷距离天平元件较远，天平需要测量的弯矩为测量舵舵面的弯矩与舵面法向力带来的弯矩总和，因此铰链力矩天平需要测量的弯矩载荷值较大，测量弯矩的天平元件就需要设计的截面积足够大，因其还需要承担其他分量的力，致使其他分量较小载荷分量设计灵敏度不够。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平及测量方法，以解决杆式铰链力矩天平在测量载荷不匹配工况设计时，较小载荷分量设计灵敏度不够的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平，包括由上至下依次相连的测量舵、天平元件和天平固定部，天平元件为具有多处缺失部分的圆柱体，天平元件包括由上至下依次相连的第一连接座、第一分割槽部、弯矩测量梁、竖梁部、消扰薄片横梁、第二分割槽部和第二连接座，设定测量舵的舵面沿前后设置，第一分割槽部的前后两侧分别设有沿左右贯通的分割槽，第二分割槽部的左右两侧分别设有沿前后贯通的分割槽，所述竖梁部由两个铰链力矩测量竖梁和两个消扰薄片竖梁构成，两个铰链力矩测量竖梁分别设置在左右两端，两个消扰薄片竖梁分别设置在前后两端，消扰薄片竖梁的厚度方向沿左右设置，沿两个铰链力矩测量竖梁的内侧壁向下，在消扰薄片横梁上分别开设两个分割孔，沿两个消扰薄片竖梁的内侧壁向上，在弯矩测量梁上分别开设两个分割孔，第一连接座与测量舵相连，第二连接座与天平固定部相连。

进一步的，天平固定部呈圆柱形，天平固定部的周面上设有水平贯通的安装槽。

进一步的，测量舵、天平元件和天平固定部为整体结构。

本发明还提供了一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平测量方法，采用上述的一种用于小滚转力矩测量的杆式铰链力矩天平完成，包括如下步骤：

步骤1：在弯矩测量梁的前后两端各粘贴两个应变片并组成电桥，定义该电桥为U1，在左侧铰链力矩测量竖梁底部的前后两侧壁上各粘贴两个应变片并组成电桥，定义该电桥为U2，在右侧铰链力矩测量竖梁底部的前后两侧壁上各粘贴两个应变片并组成电桥，定义该电桥为U3；

步骤2：对铰链力矩天平进行校准标定；

步骤3：将所述杆式铰链力矩天平安装于飞行器模型翼面上，测量天平元件变形转化的电信号；