[發明專利]光纖天平氣動力測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201810039076.3
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108195555B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 閔夫;楊彥廣;戴金雯;冉曾令;鐘少龍;邱華誠;李緒國;劉志強
• 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: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

1.一種光纖天平氣動力測量系統的測量方法，其特征在于，

所述光纖天平氣動力測量系統包括：

光纖天平氣動力測量裝置，其包括：光纖天平本體，其各測量梁上安裝有光纖F-P應變計；

試驗模型，其與所述光纖天平本體的模型連接端相連并通過拉緊螺母拉緊固定；

測力支架，其與所述光纖天平本體的支架連接端相連并通過尾椎拉緊固定；

信號解調儀，其與所述光纖F-P應變計通信連接；

數據處理系統，其與所述信號解調儀通信連接；

其中，所述信號解調儀獲取光纖F-P應變計的光譜信號，然后送入數據處理系統進行運算獲得各光纖F-P應變計的輸出信號，并對各光纖F-P應變計的輸出信號進行組合來確定光纖天平本體各分量的輸出；

所述光纖天平本體的外形為圓柱形，包括模型連接端、組合測量元件、軸向力測量元件、尾支桿和支架連接端；所述模型連接端加工成1:5的錐度與試驗模型相連，支架連接端加工成柱面，與測力支架相連，所述組合測量元件和軸向力測量元件設置在模型連接端和尾支桿之間，并置于試驗模型的內部，用于測量模型氣動力/力矩；

所述測量方法包括以下步驟：

步驟一、對光纖天平本體各測量梁上的光纖F-P應變計的輸出信號進行組合來確定光纖天平本體各分量的輸出；

步驟二、對安裝有光纖F-P應變計的光纖天平本體進行靜態性能檢測，獲得光纖天平本體各分量的靜態性能；所述靜態性能檢測內容包括零點漂移、蠕變、機械滯后和溫度漂移；

步驟三、對光纖天平本體進行靜態校準，獲得光纖天平本體的使用公式；

步驟四、將光纖天平氣動力測量裝置安裝于風洞試驗段中，開展風洞模型測力試驗，獲得作用在風洞試驗模型上的空氣動力載荷；

所述步驟一中，對光纖天平本體各測量梁上的光纖F-P應變計的輸出信號進行組合的方法為：首先對光纖天平本體各分量測量梁對稱位置上感受正應變光纖F-P應變計輸出信號與感受負應變光纖F-P應變計輸出信號求差值，然后對各差值求和，作為該分量的輸出；

所述步驟二中，靜態性能檢測方法為：將各光纖F-P應變計引出信號線與信號解調儀各通道相連，信號解調儀通過USB接口與計算機相連，啟動光纖F-P應變計信號解調軟件，輸入光纖天平本體各分量光纖F-P應變計輸出信號組合公式，記錄30分鐘內零載荷和有載荷情況下光纖天平本體各分量的輸出值，其最大相對變化量即為對應分量的零點漂移和蠕變；從零載荷開始，分別對光纖天平本體各分量施加遞增載荷至設計載荷，再從設計載荷遞減到零載荷，由此得到的相同載荷點各分量輸出差值的最大值即為該分量的機械滯后；將光纖天平本體置于恒溫箱中，在光纖天平本體工作溫度范圍內進行無載荷情況下的變溫測試，記錄光纖天平本體各分量的輸出值，其最大相對變化量即為對應分量的溫度漂移。

2.如權利要求1所述的光纖天平氣動力測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟三中，靜態校準方法為：將光纖天平本體安裝于天平校準裝置上，安裝加載頭于光纖天平本體上，調整光纖天平本體安裝位置及姿態，使得光纖天平本體坐標軸系與加載系統坐標軸系一致；通過加載頭調整加載點位置，使光纖天平本體的加載中心與設計中心重合；采用高精度砝碼對光纖天平本體各分量精確地施加已知載荷，獲得光纖天平本體各分量輸出信號與施加載荷的變化關系。

3.如權利要求1所述的光纖天平氣動力測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟四中，將靜態校準后的光纖天平本體的模型連接端與試驗模型相連，支架連接端與測力支架相連后，安裝于風洞試驗段中的模型攻角機構上，并將光纖天平本體各光纖F-P應變計輸出信號引出試驗段與信號解調儀各通道連接；將信號解調儀與計算機連接，運行光纖F-P應變計解調軟件及風洞試驗數據處理軟件，輸入光纖天平本體各分量校準系數；風洞運行穩定后，模型攻角機構將光纖天平氣動力測量裝置送進至試驗段流場核心區，來自噴管的高超聲速氣流作用在試驗模型上；通過信號解調儀及光纖F-P應變計解調軟件進行采集與運算，并根據步驟一中光纖F-P應變計輸出信號的組合公式，獲得光纖天平本體軸向力、法向力和俯仰力矩分量的輸出值；然后根據步驟三中靜態校準獲得的光纖天平本體使用公式就可以得到作用在飛行器模型上的空氣動力載荷。