[發明專利]一種基于盒式摩擦阻力天平的表面摩擦阻力風洞測量方法

有效

• 申請號: 202010173279.9
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111175016B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 張長豐;潘華燁;苗磊;賈巍;彭超;馬濤
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

1.一種基于盒式摩擦阻力天平的表面摩擦阻力風洞測量方法，其特征在于，所述的測量方法使用的盒式摩擦阻力天平包括上連接罩(1)、隔熱板(2)、天平主體(3)和下隔熱罩(4)；

所述的天平主體(3)為盒式一體結構，包括測量梁(6)、天平上板(7)、上定位端(8)、下定位端(9)和天平下板(10)；天平上板(7)和天平下板(10)為上下對稱的水平放置的矩形平板，天平上板(7)和天平下板(10)之間固定有豎直方向的測量梁(6)，測量梁(6)分為四組，每組三片，四組測量梁(6)對稱分布在矩形平板的四個角上；天平上板(7)的上表面加工有水平基準面Ⅰ(16)，天平上板(7)的上表面中心固定有上定位端(8)；天平下板(10)的下表面加工有水平基準面Ⅱ(17)，天平下板(10)的下表面中心固定有下定位端(9)；

所述的隔熱板(2)穿過上定位端(8)與天平上板(7)上表面的水平基準面Ⅰ(16)貼合；上連接罩(1)內開有與上定位端(8)裝配的定位通孔，上定位端(8)穿出定位通孔定位上連接罩(1)，上連接罩(1)的下表面與隔熱板(2)貼合；上連接罩(1)、隔熱板(2)和天平上板(7)通過沉頭螺釘由上至下固定連接；

所述的下隔熱罩(4)內開有與下定位端(9)裝配的定位通孔，下定位端(9)穿出定位通孔定位下隔熱罩(4)，下隔熱罩(4)的上表面與水平基準面Ⅱ(17)貼合；下隔熱罩(4)和天平下板(10)通過沉頭螺釘由下至上固定連接；

所述的下隔熱罩(4)為下底封閉的矩形框Ⅰ，從下至上罩住天平主體(3)，下隔熱罩(4)和天平主體(3)之間具有周向縫隙Ⅰ；上連接罩(1)為上底封閉的矩形框Ⅱ，從上至下罩住下隔熱罩(4)，上連接罩(1)和下隔熱罩(4)之間具有周向縫隙Ⅱ；

所述的天平上板(7)的下表面和天平下板(10)的上表面布置有溫度傳感器；

所述的測量梁(6)的應變計貼片形式如下：

在每組三片的測量梁(6)中選取中間的片梁安裝應變計；

第一組測量梁(6)中間的片梁的左側上端靠近天平上板(7)的位置處粘貼應變計A1，右側上端對稱位置處粘貼應變計A4，左側下端靠近天平下板(10)的位置處粘貼應變計A2，右側下端對稱位置處粘貼應變計A3，應變計A1、應變計A2、應變計A3和應變計A4組成惠斯通電橋M1；

第二組測量梁(6)中間的片梁的左側上端靠近天平上板(7)的位置處粘貼應變計B1，右側上端對稱位置處粘貼應變計B4，左側下端靠近天平下板(10)的位置處粘貼應變計B2，右側下端對稱位置處粘貼應變計B3，應變計B1、應變計B2、應變計B3和應變計B4組成惠斯通電橋M2；

第三組測量梁(6)中間的片梁的左側上端靠近天平上板(7)的位置處粘貼應變計C1，右側上端對稱位置處粘貼應變計C4，左側下端靠近天平下板(10)的位置處粘貼應變計C2，右側下端對稱位置處粘貼應變計C3，應變計C1、應變計C2、應變計C3和應變計C4組成惠斯通電橋M3；

第四組測量梁(6)中間的片梁的左側上端靠近天平上板(7)的位置處粘貼應變計D1，右側上端對稱位置處粘貼應變計D4，左側下端靠近天平下板(10)的位置處粘貼應變計D2，右側下端對稱位置處粘貼應變計D3，應變計D1、應變計D2、應變計D3和應變計D4組成惠斯通電橋M4；

所述的測量方法包括以下步驟：

a.地面校準盒式摩擦阻力天平，獲得盒式摩擦阻力天平的天平校準系數K₁，電壓修正系數K₂，溫度修正系數K₃；

b.將盒式摩擦阻力天平的阻力計算公式輸入風洞數據采集系統，阻力計算公式為：

X＝K₁·K₂·(U_M1+U_M2+U_M3+U_M4+K₃·(T₂-T₁))

其中，U_M1是惠斯通電橋M1的輸出電壓，U_M2是惠斯通電橋M2的輸出電壓，U_M3是惠斯通電橋M3的輸出電壓，U_M4是惠斯通電橋M4的輸出電壓；T₁為安裝在天平上板(7)和天平下板(10)的溫度傳感器測量值的平均初值，T₂為安裝在天平上板(7)和天平下板(10)的溫度傳感器測量值的平均末值；

c.設計加工試驗模型(11)，在試驗模型(11)的上表面選擇測量位置，在測量位置處開有安裝盒式摩擦阻力天平的方形空腔，按照風洞來流方向，在測量位置處的前方開槽Ⅰ、后方開槽Ⅱ，并分別加工覆蓋在槽Ⅰ、方形空腔和槽Ⅱ上的模型前蓋板(12)、測量件(13)和模型后蓋板(14)；方形空腔的底面開有與盒式摩擦阻力天平的下定位端(9)裝配的定位孔；加工安裝在試驗模型(11)下表面的密封盒式摩擦阻力天平安裝孔的密封板(18)；

d.在風洞內安裝試驗模型(11)，試驗模型(11)的尾端連接模型支桿(15)，模型支桿(15)與風洞支撐機構連接；

e.在風洞內安裝盒式摩擦阻力天平，將盒式摩擦阻力天平的下定位端(9)插入方形空腔底面的定位孔定位，通過在試驗模型(11)下表面從下至上擰緊的沉頭螺釘拉緊固定盒式摩擦阻力天平；安裝密封板(18)；

f.將測量件(13)固定在盒式摩擦阻力天平的上連接罩(1)上；

g.測量模型前蓋板(12)和測量件(13)之間的窄縫的寬度，并通過修正模型前蓋板(12)將窄縫的寬度調整至所需的窄縫的寬度；測量測量件(13)和模型后蓋板(14)之間的窄縫的寬度，并通過修正模型后蓋板(14)將窄縫的寬度調整至所需的窄縫的寬度；

h.測量模型前蓋板(12)和測量件(13)的上表面高度，如果模型前蓋板(12)和測量件(13)的上表面不在同一個水平面上，則通過更換不同厚度的下隔熱罩(4)，調整測量件(13)的高度，保證模型前蓋板(12)和測量件(13)的上表面位于同一個水平面上；

i.將盒式摩擦阻力天平的天平線穿過模型支桿(15)連接至風洞數據采集系統；

j.調整試驗模型(11)姿態，按照常規風洞試驗流程開展風洞試驗。