[發(fā)明專利]一種六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置及測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011117048.2
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112525481A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向光偉;呂彬彬;張璜煒;余立;汪多煒;王樹民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01L5/00;G01L5/167
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

1.一種六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，包括主天平元件(1)、軸承(2)、模型連接套(3)、天平支桿(4)、進氣管(5)和排氣管(6)；

主天平元件(1)包括分別位于兩端的支桿端(11)和主天平元件模型端(12)，支桿端(11)與天平支桿(4)連接，主天平元件模型端(12)與軸承(2)的定子連接，軸承(2)的轉(zhuǎn)子與模型連接套(3)連接；主天平元件(1)外圍環(huán)設(shè)有滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)，滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)包括固定端(71)和滾轉(zhuǎn)-阻力元件模型端(72)，固定端(71)與主天平元件模型端(12)連接，滾轉(zhuǎn)-阻力元件模型端(72)與模型連接套(3)連接；主天平元件(1)內(nèi)部設(shè)有與進氣管(5)連通的進氣通道，排氣管(6)數(shù)量至少為2，主天平元件(1)外側(cè)設(shè)有與排氣管(6)連通并與排氣管(6)數(shù)量相同的排氣通道，排氣通道沿主天平元件(1)的中心軸對稱設(shè)置；模型連接套(3)外設(shè)有試驗?zāi)Ｐ停恢魈炱皆?1)上設(shè)有敏感元件(9)，敏感元件(9)上設(shè)有高精度應(yīng)變計；滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)上也設(shè)有敏感元件(9)和阻力元件，敏感元件(9)上設(shè)有高精度應(yīng)變計。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述主天平支桿(4)、主天平元件(1)、氣浮軸承(2)與模型連接套(3)順次連接，滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)與氣浮軸承(2)分別固連在模型連接套(3)和主天平元件模型端(12)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述軸承(2)為導(dǎo)軌式氣浮軸承(2)，設(shè)置在試驗?zāi)Ｐ涂涨粌?nèi)部，通過進氣管(6)通入的高壓氣體實現(xiàn)周向及軸向自由狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述排氣管(6)為兩根，主天平元件(1)外側(cè)的排氣通道為兩根波紋管(8)，兩根波紋管(8)分別與兩根排氣管(6)連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述固定端(71)通過抱箍與主天平元件模型端(12)法蘭外柱連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述主天平元件(1)為四分量天平，用于測量升力、俯仰力矩、側(cè)力和偏航力矩，主天平元件模型端(12)設(shè)有定位凸臺和密封槽(13)，密封槽(13)配合密封圈實現(xiàn)高壓進氣密封；支桿端(11)和主天平元件模型端(12)對稱設(shè)置有兩個敏感元件(9)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)為二分量環(huán)式天平結(jié)構(gòu)，滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)上的敏感元件(9)為縱橫向互為90°的4根滾轉(zhuǎn)測量梁(73)；阻力測量梁(74)包括4個，阻力測量梁(74)分別設(shè)在滾轉(zhuǎn)測量梁(73)靠近模型端的根部。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述滾轉(zhuǎn)測量梁(73)與阻力測量梁(74)是串連關(guān)系，且相互垂直形成L型結(jié)構(gòu)，測量梁上設(shè)置有高精度應(yīng)變計。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，所述滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)上還設(shè)置了4個對稱布置的限位槽。

10.一種六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量方法，基于權(quán)利要求1至9任一所述的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將主天平元件(1)及滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)進行應(yīng)變計粘貼形成測量電橋；

S2：六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置按如下步驟裝配：先將主天平元件(1)上的通氣管路連接可靠，并進行氣密性試驗，然后與天平支桿(4)連接；接著，將滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)、模型連接套(3)依次套在主天平元件(1)上，并滑移到靠近支桿的位置，將氣浮軸承(2)安裝在主天平元件(1)上；再將滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)安裝在主天平元件(1)上,然后將模型連接套(3)安裝在氣浮軸承(2)上，最后將滾轉(zhuǎn)-阻力元件(7)與模型連接套(3)固定；

S3：按試驗狀態(tài)的載荷與氣浮軸承(2)工作壓力條件，在地面對裝配好的六分量高精度微量滾轉(zhuǎn)力矩測量裝置進行通氣狀態(tài)校準(zhǔn)標(biāo)定，獲取載荷與電壓信號的關(guān)系矩陣；

S4：將完成標(biāo)定的測量裝配體安裝在試驗風(fēng)洞中，然后安裝好試驗?zāi)Ｐ停礆飧≥S承(2)工作壓力通氣，天平各測量電橋通電，使氣浮軸承(2)正常工作，天平各電橋信號輸出正常；

S5：試驗啟動，采集各測量電橋電壓信號，通過第S3步標(biāo)定的關(guān)系矩陣將電壓信號回算為氣動力值，完成6個分量氣動力同時測量。