[發(fā)明專(zhuān)利]一種小型化大載荷一體式五分量動(dòng)態(tài)俯仰天平

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611195748.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106840590A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫竣利;陳農(nóng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/06
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/06
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心11009
• 代理人: 馬全亮

一種小型化大載荷一體式五分量動(dòng)態(tài)俯仰天平，包括俯仰天平內(nèi)芯、俯仰天平外壁、轉(zhuǎn)軸、應(yīng)變梁、壓緊螺釘和滑動(dòng)軸承。本發(fā)明采用內(nèi)外組合式結(jié)構(gòu)：俯仰天平內(nèi)芯包括頭部圓錐面段、變截面梁、配合段和驅(qū)動(dòng)梁，配合段上設(shè)置有圓形通孔和矩形通孔；俯仰天平外壁為筒狀結(jié)構(gòu)，包括空心配合段和尾部圓錐面段，空心配合段上設(shè)置有圓形通孔和矩形通孔；轉(zhuǎn)軸穿過(guò)圓形通孔將俯仰天平外壁和俯仰天平內(nèi)芯配合在一起，應(yīng)變梁穿過(guò)矩形通孔來(lái)測(cè)量俯仰天平內(nèi)芯的轉(zhuǎn)角。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理緊湊，體積小，承載法向載荷大，精度高，在航天航空領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值，是一種大大拓展普通靜態(tài)應(yīng)變天平測(cè)量原理、參數(shù)、范圍和使用功能的精密傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種小型化大載荷一體式五分量動(dòng)態(tài)俯仰天平，屬于風(fēng)洞測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在進(jìn)行飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與飛行器動(dòng)態(tài)品質(zhì)分析時(shí)，氣動(dòng)力和力矩以氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)形式出現(xiàn)，即靜、動(dòng)穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)，由于產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，通常利用強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)獲取上述參數(shù)。

動(dòng)導(dǎo)數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)利用模型振蕩來(lái)模擬飛行器的剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)從而得到動(dòng)導(dǎo)數(shù)。隨著高速飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭和再入飛行器的發(fā)展，飛行品質(zhì)和動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越被重視，動(dòng)導(dǎo)數(shù)試驗(yàn)也變得越來(lái)越重要。特別是超音速、高超音速范圍以及大幅度擾動(dòng)和大范圍機(jī)動(dòng)條件下的試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)，包括天平系統(tǒng)、模型和支撐系統(tǒng)，都需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)新型面對(duì)稱(chēng)飛行器的風(fēng)洞試驗(yàn)任務(wù)要求，一方面飛行器法向載荷大，要解決載荷與剛度匹配問(wèn)題，研制新型動(dòng)態(tài)天平技術(shù)以形成面對(duì)稱(chēng)飛行器的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?zāi)芰ΑＡ硪环矫妫笸瑫r(shí)精確測(cè)量飛行器的靜導(dǎo)數(shù)與動(dòng)導(dǎo)數(shù)。目前的動(dòng)態(tài)俯仰天平采用五分量天平和單分量鉸鏈前后串聯(lián)組合的形式，組合后軸向尺寸大，空間占用率高，不適合小展弦比飛行器試驗(yàn)。且組合式天平校心與轉(zhuǎn)軸之間的距離大，試驗(yàn)精度上有所不足。

新型面對(duì)稱(chēng)飛行器的特點(diǎn)主要是法向載荷遠(yuǎn)大于橫向載荷，為此，需要一種小型化大載荷一體式的動(dòng)態(tài)俯仰天平來(lái)解決上述問(wèn)題，能夠進(jìn)行這一類(lèi)飛行器的動(dòng)態(tài)風(fēng)洞試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種小型化大載荷一體式五分量動(dòng)態(tài)俯仰天平，占用體積較小，又增強(qiáng)了天平的剛度和承載能力，并且實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)所需要的振動(dòng)幅度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種小型化大載荷一體式五分量動(dòng)態(tài)俯仰天平，包括：俯仰天平內(nèi)芯、俯仰天平外壁、轉(zhuǎn)軸、應(yīng)變梁、壓緊螺釘、滑動(dòng)軸承；

俯仰天平內(nèi)芯包括頭部圓錐面段、變截面梁、配合段和驅(qū)動(dòng)梁，變截面梁用于測(cè)量五分量氣動(dòng)載荷，配合段上設(shè)置有圓形通孔和矩形通孔，俯仰天平外壁為筒狀結(jié)構(gòu)，包括空心配合段和尾部圓錐面段，空心配合段上設(shè)置有圓形通孔和矩形通孔；

俯仰天平內(nèi)芯設(shè)置在俯仰天平外壁內(nèi)部，滑動(dòng)軸承套在轉(zhuǎn)軸外部，且穿過(guò)俯仰天平外壁和俯仰天平內(nèi)芯上的圓形通孔，將俯仰天平外壁和俯仰天平內(nèi)芯配合在一起，應(yīng)變梁穿過(guò)俯仰天平外壁和俯仰天平內(nèi)芯上的矩形通孔，用于測(cè)量俯仰天平內(nèi)芯的轉(zhuǎn)角；壓緊螺釘將應(yīng)變梁和轉(zhuǎn)軸固定在俯仰天平外壁上。

俯仰天平內(nèi)芯的驅(qū)動(dòng)梁位于俯仰天平外壁的空心配合段內(nèi)部，且空心配合段的內(nèi)徑大于驅(qū)動(dòng)梁的最大徑向尺寸。

空心配合段的內(nèi)徑比驅(qū)動(dòng)梁的最大徑向尺寸大至少10mm。

俯仰天平內(nèi)芯繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)幅度不小于1°。

俯仰天平內(nèi)芯的頭部圓錐面段為1:10圓錐面，俯仰天平外壁的尾部圓錐面段為1:10圓錐面。

俯仰天平內(nèi)芯的驅(qū)動(dòng)梁尾部端面上設(shè)置有凹槽，用于驅(qū)動(dòng)俯仰天平內(nèi)芯繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)俯仰簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

俯仰天平內(nèi)芯的變截面梁為彈性段，最大分別承受10000N法向力和120Nm俯仰力矩載荷。

俯仰天平內(nèi)芯變截面梁的校準(zhǔn)中心與轉(zhuǎn)軸的中心重合，作為測(cè)量基準(zhǔn)。