[發明專利]一種用于推力校準的測力系統

在審

• 申請號: 201810006747.6
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108106812A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 張遜;朱本華;李付華;章榮平;王勛年;劉忠華
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M15/02;G01L27/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 沈強

本發明公開了一套用于推力校準的測力系統，測力系統沒有獨立的固定框與浮動框，浮動框與鼓盤為一體結構，天平元件以鼓盤為浮動框，由阻力方向測量元、側向力方向測量元和升力方向測量元組成，沿著鼓盤軸線方向在鼓盤側壁上設置三組阻力方向測量元，垂直于鼓盤軸線的鼓盤側壁上設置兩組側向力方向測量元，一組升力方向測量元連接到鼓盤側壁上；本發明采用測力系統與鼓盤一體化設計，使測量系統參考中心與鼓盤中心軸線重合，實現了無偏心測量，解決傳統外式天平偏心測量影響Mz分量的精確測量的問題；通過增加側力傳感器預緊的方法，解決系統調試過程中，鼓盤在負壓情況下變形，造成了側力傳感器過零。

技術領域

本發明涉及空氣動力學領域，具體是涉及一種用于推力橋準的測力系統。

背景技術

飛機渦扇發動機的進氣和噴流引起飛機機翼和機身的流動變化，對飛機的升阻特性及穩定性產生不可忽視的影響。發動機噴流還對方向舵、升降舵的效率有明顯的影響，從而影響飛機的操控特性。因此，開展發動機進氣和噴流對飛機氣動特性影響研究十分重要。通常的研究手段是風洞試驗研究，目前最先進的動力影響風洞試驗方法是在發動機模型短艙內安裝渦輪動力模擬器（TPS，Turbofan Powered Simulator），這種動力短艙稱為TPS短艙。

TPS短艙用于風洞試驗之前，都必須對其進行校準，因此高精度的TPS校準設備是開展TPS試驗的關鍵。TPS校準設備的基本功能是模擬TPS短艙在風洞試驗狀態的進氣和噴流環境，并對TPS短艙的流量和推力等參數進行精確測量，以給出流量系數和速度系數。但是，我國目前還沒有TPS校準裝置，不能自主完成TPS短艙的校準，致使我國TPS動力模擬風洞試驗還沒有形成完整的試驗能力。為了進一步完善我國的TPS試驗能力，滿足我國飛機研制需求，開展了TPS短艙校準裝置的研制工作。

TPS校準箱測力系統的作用即是用來對TPS短艙的推力進行精確測量，TPS校準箱測力系統的測量精度直接影響著TPS校準箱對實驗短艙的校準精度。因此，TPS校準箱測力系統研制是TPS校準箱研制的關鍵和重點。

TPS校準箱測力系統是一個應變式六分量力測量系統。應變式測力系統廣泛應用于風洞試驗中，其中的單分量或多分量測力傳感器通常叫做天平。根據試驗模型與天平的相對安裝位置不同，風洞天平可分為內式天平和外式天平，根據結構類型，風洞天平又可分為桿式天平、盒式天平、片式天平等。隨著國內空氣動力事業蓬勃發展，風洞天平技術取得了快速進步。中國空氣動力研究與發展中心等國內單位研制的風洞應變天平通常校準精度能達到0.05%，準度能達到0.3%，它們基本可以滿足風洞試驗測量需要。但是，當測量精度要求很高時，常規天平技術方案往往很難滿足要求。根據TPS校準箱研制需要，六分力測量系統的各分量測量準度要求在0.1%以內，實現起來比較困難。

TPS試驗的主要目的之一是獲得干擾阻力，發動機安裝干擾阻力系數量級約為0.004。8m×6m風洞運輸機模型參考面積一般約為2.5㎡，風速70m/s時，干擾阻力約為30N。要評定這一阻力，需要準確扣除TPS短艙的推力，這就要求測力系統的軸向力的誤差不大于3N。另外，校準試驗不僅需要測量短艙的推力，還需要準確測量的短艙法向力，得到推力角。可見TPS試驗對測力系統的精確測力要求很高。因此，TPS校準箱測力系統精準測量存在諸多技術難點。

a. 鼓盤重量影響法向力（Y分量）的精確測量。

測力系統需要承載整個鼓盤和TPS短艙的重量，根據國外的經驗，整個鼓盤的重量接近1.5噸，而TPS短艙的法向力通常小于1200N，僅占鼓盤重量的1/10，給天平法向力的準確測量帶來了很大困難。若不采用配重措施，天平的法向力載荷設計值至少要達到15000N，若要精確測量短艙的推力角（誤差不大于0.1°），天平的精準度至少達到0.02%的水平，現有的天平技術水平難以達到。

b. 測力系統的高精度測量與長期穩定性問題。

國內的應變計粘貼工藝技術和測量電路補償技術精細化程度不高，難以達到TPS校準箱測力系統高精度和長期穩定的測量要求。