[發明專利]風洞天平終端姿態測量裝置及其在天平校準上的方法

在審

• 申請號: 201910388032.6
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110108442A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 劉施然;喬永強;趙榮娟;黃軍;呂治國
• 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: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

1.一種風洞天平終端姿態測量裝置，其特征在于：該裝置包括安裝座(1)以及加速度計，其中，加速度計包括滾轉角加速度計Ⅰ(2)、俯仰角加速度計(3)以及滾轉角加速度計Ⅱ(4)三種加速度計；安裝座(1)為殼體結構，其包括安裝基準面、俯仰基準面、滾轉基準面I和滾轉基準面II，其中，安裝基準面為平面板狀結構；在安裝基準面兩側，并與安裝基準面相垂直連接，形成三角形平板結構的滾轉基準面II，并在滾轉基準面II上設有滾轉角加速度計II(4)；在與安裝基準面及滾轉基準面II均垂直連接的平板結構形成滾轉基準面I，其所述的滾轉基準面I上設有滾轉角加速度計Ⅰ(2)；俯仰基準面為平板結構，其與滾轉基準面I垂直相連接，并與安裝基準面相垂直，在所述的俯仰基準面上設有俯仰角加速度計(3)。

2.根據權利要求1所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置，其特征在于：所述的安裝基準面上開有若干個均勻分布的安裝螺釘孔(12)。

3.根據權利要求1所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置，其特征在于：所述的滾轉角加速度計Ⅰ(2)、俯仰角加速度計(3)以及滾轉角加速度計Ⅱ(4)均為繞性石英加速度計。

4.根據權利要求1所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置，其特征在于：所述的俯仰基準面上設有接插件(5)，所述的接插件(5)通過內部走線與所述的滾轉角加速度計Ⅰ(2)、俯仰角加速度計(3)以及滾轉角加速度計Ⅱ(4)的輸入輸出相連接。

5.根據權利要求1或2所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置，其特征在于：所述的安裝基準面上開有定位銷釘孔(13)，所述的定位銷釘孔(13)至少含2個。

6.一種風洞天平終端姿態測量裝置在天平校準上的方法，其特征在于：該方法具體包括如下步驟：

步驟1、將風洞天平終端姿態測量裝置安裝在待校準的風洞天平上；

步驟2、利用在天平加載套上加載砝碼，獲得不同加速度計的輸出電壓；

步驟3、利用不同加速度計的輸出電壓獲得風洞天平終端滾轉角度；

步驟4、利用砝碼重量矢量在風洞天平體軸坐標系的分解，對風洞天平進行校準；

利用砝碼重量矢量在風洞天平體軸坐標系的分解獲得的軸向力AF、法向力NF、側向力SF、俯仰力矩PM、偏航力矩YM和滾轉力矩RM，對天平進行校準。

7.根據權利要求6所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置在天平校準上的方法，其特征在于：所述的步驟1具體包括：

步驟1.1、將風洞天平終端姿態測量裝置安裝在支桿上；

步驟1.2、在支桿上安裝天平，并將天平加載套安裝在天平上；

步驟1.3、利用安裝基準面上的安裝螺釘孔和定位銷釘孔，將風洞天平終端姿態測量裝置定位在天平加載套的前端。

8.根據權利要求6所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置在天平校準上的方法，其特征在于：所述的步驟2具體包括：

步驟2.1、在天平加載套上的砝碼掛載點上掛載砝碼；

步驟2.2、分別測量滾轉角加速度計I、俯仰角加速度計以及滾轉角加速度計II的輸出電壓。

9.根據權利要求6所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置在天平校準上的方法，其特征在于：所述的步驟3具體包括：

步驟3.1、根據不同加速度計測量獲得的輸出電壓值，分別獲得不同加速度計所對應的測量角度；

根據滾轉角加速度計Ⅰ、俯仰角加速度計以及滾轉角加速度計Ⅱ輸出的測量電壓，利用各個加速計輸出電壓與測量角度的對應關系，獲得滾轉角度Iγ₁、滾轉角度Ⅱγ₂和風洞天平終端俯仰角度α；

步驟3.2、利用不同加速度計獲得的測量角度，獲得風洞天平終端的滾轉角度；

以滾轉角度Ⅱγ₂＝0為起點，天平滾轉角在-45°～45°和135～225°時，γ＝γ₂，否則γ＝γ₁。

10.根據權利要求9所述的一種風洞天平終端姿態測量裝置在天平校準上的方法，其特征在于：所述的步驟4具體包括：

將砝碼重力矢量在風洞天平體軸坐標系分解，其分解公式為：

AF＝G·sinα

NF＝G·cosα·cosγ

SF＝G·cosα·sinγ

PM＝NF·Δl_x

YM＝SF·Δl_x+AF·Δl_y

RM＝NF·Δl_y

其中，天平校準所需的輸入載荷，分別是軸向力AF、法向力NF、側向力SF、俯仰力矩PM、偏航力矩YM和滾轉力矩RM，G為砝碼重力大小，Δl_x為重力矢量作用點與風洞天平校準中心的軸向距離差，Δl_y為重力矢量作用點與風洞天平校準中心的橫向距離差。

利用獲得軸向力AF、法向力NF、側向力SF、俯仰力矩PM、偏航力矩YM和滾轉力矩RM，對天平進行校準。