[發明專利]應用于激波風洞測力試驗的脈沖型桿式應變天平

在審

• 申請號: 201510725312.3
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105241630A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 汪運鵬;劉云峰;姜宗林
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種風洞實驗裝置，特別是涉及一種應用于激波風洞測力試驗的脈沖型高精度桿式應變天平。

背景技術

對于傳統的高超聲速激波風洞，由于其瞬態流場和極短的有效試驗時間(一般500μs－20ms)，模型－天平－支撐系統(Model-Balance-SupportSystem，簡稱MBSS)的機械振動被激起，并且在試驗時間內不能被阻尼特性衰減掉。因此，在有效試驗時間內，為了得到較好的測力結果，測力支撐系統的低頻振動信號應至少具有幾個以上的周期。對于試驗時間在幾毫秒的典型激波風洞，可能最低頻率在1000Hz以上才能確保試驗結果具有較好的精度。因為高頻率的信號可以采取直接平均處理，從而避免應用諸如慣性補償等更加復雜的方法對信號進行人為干預。針對以上的技術難題，很多測力天平專家也提出了多類采用特種天平(如加速度計天平、應力波天平及其混合技術天平等)進行脈沖式風洞氣動力測量的技術，并且以上特種天平技術所針對的風洞均為短試驗時間的情況。也由于試驗時間極短的原因，這些技術并不能在工程上進行成熟應用。

發明內容

本發明的目的是要提供一種應用于激波風洞測力試驗中的高精度測量天平。

特別地，本發明提供一種應用于激波風洞測力試驗的脈沖型桿式應變天平，包括：

安裝本體，為一體結構，包括依次設置的用于安裝模型的模型端，和安裝測量單元的測量架，以及用于固定支撐天平和作為數據傳送通道的支桿端，所述測量架和所述模型端通過與軸心線重合的矩形梁連接；

法向力測量單元，設置在所述矩形梁上，通過所述矩形梁受力后彎曲變形產生應變輸出來獲取法向力測量信息，包括法向力應變片；

俯仰力矩測量單元，設置在所述矩形梁上，通過所述矩形梁受力后彎曲變形產生應變輸出來獲取俯仰力矩測量信息，包括俯仰力矩應變片；

軸向力測量單元，對稱地設置在所述測量架相對軸向的兩側，包括通過受力后彎曲變形材料產生應變來反應所述安裝本體受軸向力情況的測力結構，包括軸向力應變片。

進一步地，所述測力結構包括與所述測量架的軸心線平行的橫梁式軸向力元件，和分別垂直固定在所述橫梁式軸向力元件兩端的豎直梁，所述豎直梁通過與所述測量架的軸心線位于同一水平面上的第一傳動板與所述測量架連接。

進一步地，所述橫梁式軸向力元件與所述第一傳動板不在同一水平面上。

進一步地，在所述測量架的相對兩側，通過切割形成兩個徑向貫穿所述測量架的通道，所述測力結構在切割所述通道時直接形成在所述通道內。

進一步地，相對的兩個所述通道的兩端通過穿過所述測量架內部，且垂直于所述測量架的軸心線的柵格通道連通。

進一步地，所述測量架與所述第一傳動板通過第二豎直梁連接，所述第二豎直梁與所述第一豎直梁形狀相同且并排地間隔設置，所述測量架通過第二連動板與所述第二豎直梁連接，所述第二傳動板垂直于所述第一傳動板，且位于所述第二豎直梁的中軸線上。

進一步地，所述橫梁式軸向力元件的厚度與長度比為1：4。

進一步地，所述第一傳動板的厚度與所述橫梁式軸向力元件的厚度比為1：2。

進一步地，所述測力結構的位置與所述矩形梁未安裝所述法向力測量單元和所述俯仰力矩測量單元的兩側面相對。

進一步地，所述矩形梁的徑向截面的寬度大于高度，兩者的比為1.5：1。

本發明的應變天平是在JF12激波風洞的長試驗時間運行特性的基礎上，應用成熟的應變計傳感器技術，研制成的高精度、大剛度脈沖型應變天平。其軸向力測量單元結構的自振頻率達到近2000Hz；軸向力與其他各個分量之間具有小的干擾影響，確保激波風洞測力試驗天平信號有好的周期性，從而大大提升激波風洞測力結果的精準度(尤其是軸向力)，其在航天航空領域具有重要的工程應用價值。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實施例的應變天平結構示意圖；

圖2是圖1所示應變天平的示意性透視圖；

圖中：10-模型端、20-測量架、21-通道、22-柵格通道、23-柵格、30-支桿端、40-矩形梁、41-法向力應變片、42-俯仰力矩應變片、50-測力結構、51-橫梁式軸向力元件、52-軸向力應變片、53-第一豎直梁、54-第一傳動板、55-第二豎直梁、56-第二傳動板、100-安裝本體。

具體實施方式