[發明專利]一種模型表面摩阻測量裝置

有效

• 申請號: 201710511200.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107202746B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 呂治國;趙榮娟;黃軍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 51210 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發明提供一種模型表面摩阻測量裝置，所述測量裝置包括摩阻天平主體、測量頭、壓電片、保護套底座、保護套上蓋和隔熱擋圈。測量頭固定連接在摩阻天平本體上，壓電片粘貼在摩阻天平本體的力敏梁上，保護套底座和保護套上蓋固定連接在摩阻天平本體的外部，保護摩阻天平本體的力敏梁結構，隔熱擋圈安裝在保護套底座和保護套上蓋之間，用于隔離高溫的試驗氣流。

技術領域

本發明涉及一種測量由于高超聲速氣流的粘性作用在飛行器模型表面的摩阻的測量裝置，用于在高超聲速脈沖風洞試驗中測量氣流作用在飛行器模型表面的摩阻。

背景技術

飛行器模型表面摩阻測量在飛行器布局研究、減阻、結構及部件優化、流動控制、CFD驗證確認等方面都具有較高的應用價值。精確測量摩阻對提高飛行器的性能以及全面了解表面流動現象都具有重要的作用。通常在高焓脈沖型的風洞設備（如膨脹管風洞、激波風洞等）中大多采用摩阻天平測量飛行器模型表面的摩阻，使用的摩阻天平包括壓電式摩阻天平、應變式摩阻天平以及光纖摩阻天平等。

Rodney D. W. Bowersox and Joseph A. Schetz, Skin friction Gauges forHigh Enthalpy Impulsive Flows, AIAA 93-5079，描述了一種在高焓脈沖設備上直接測量三維湍流附面層內摩阻的傳感器，該傳感器采用懸臂梁結構。

世界知識產權組織在2003年3月27日公布了發明人為ZISK Edward J. Jr；BUSSEAR Terry R.，公布號為WO2010104518A1“流體摩阻傳感器和方法”的專利，該專利介紹了主要用于管道摩阻測量的摩阻傳感器以及信號解調器和測量方法，該傳感器采用浮動測量頭和懸臂梁的形式，使用應變計電橋作為摩阻傳感器的敏感元件，主要用于管道流體的摩阻測量。

上述摩阻天平結構的共同點是采用懸臂梁結構，在懸臂梁的上部有一個可移動的測量頭測量作用在模型表面的摩阻，為了保證測量頭的可移動特性，在測量頭和模型本體之間留有間隙。但是，由于間隙的存在，會破壞模型表面流場的細微結構，從而對摩阻測量的結果產生影響。

T. B. Silvester and R. G. Morgan, Skin-Friction Measurements and FlowEstablishment With in a Long Duct at Superorbital Speeds, AIAA JOURNAL Vol.46, No. 2, February 2008，介紹了在澳大利亞昆士蘭大學X3膨脹管上進行的超燃沖壓發動機進氣道流場建立以及摩擦阻力測量方面的研究。他們研制的摩阻傳感器采用剪切型的壓電陶瓷片作為摩阻天平的敏感元件。摩阻天平在進行摩阻測量時，作用在測量頭表面的不僅有摩阻，還有試驗氣流的壓力作用，壓力會干擾摩阻測量的結果。在該試驗中，通過在同一狀態正向和反向安裝摩阻天平的方法來抵消作用在摩阻測量頭上的壓力對測量結果造成的干擾。雖然這種方法能夠有效抵消壓力帶來的干擾，但是不能抵消由于壓力分布的非均勻性造成的附加力矩對摩阻測量結果的干擾。

發明內容

本發明的目的是提供一種模型表面摩阻測量裝置，用于測量高超聲速脈沖設備中模型表面的摩阻，在模型表面摩阻測量裝置的設計中，采用壓電片作為敏感元件，利用壓電片的方向選擇性來抵消作用在模型表面摩阻測量裝置測量頭上的非均勻壓力帶來的力和力矩對摩阻測量結果的干擾。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

本發明的模型表面摩阻測量裝置，包括：

摩阻天平主體、測量頭、壓電片、保護套底座、保護套上蓋和隔熱擋圈；

摩阻天平本體由底座、力敏梁組成，在底座上設有與保護套底座連接的銷釘孔和將信號線引出模型表面摩阻測量裝置的引線孔，壓電片粘貼在力敏梁的兩側，在摩阻天平本體頭部設有測量頭安裝槽；