[發明專利]一種六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202011117048.2
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112525481A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 向光偉;呂彬彬;張璜煒;余立;汪多煒;王樹民
• 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;G01L5/00;G01L5/167
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了一種六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置，涉及航空航天風洞測力試驗技術領域，能同時測量作用在試驗模型上載荷極其懸殊的六個氣動力分量，具體方案為：包括主天平元件、軸承、模型連接套、天平支桿、進氣管和排氣管；主天平元件包括分別位于兩端的支桿端和主天平元件模型端，支桿端與天平支桿連接，主天平元件模型端與軸承的定子連接，軸承的轉子與模型連接套連接；主天平元件外圍環設有滾轉?阻力元件，滾轉?阻力元件包括固定端和滾轉?阻力元件模型端，固定端與主天平元件模型端連接；本發明提供的六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置能避免相同試驗狀態的重復試驗，提高了試驗數據精度，同時減少了試驗車次，降低了試驗成本。

技術領域

本發明涉及航空航天風洞測力試驗技術領域，更具體地說，它涉及一種六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置及測量方法。

背景技術

針對小型化再入飛行體試驗模型微量滾轉力矩的測量要求，通常采用基于氣體軸承的單分量氣浮天平結合大量程六分量小滾轉力矩試驗技術開展高速風洞試驗。單分量氣浮天平的滾轉力矩量程比六分量小滾轉力矩要小1個數量級，最大僅為0.02牛米。通過單分量氣浮天平和六分量天平不同車次的合理組合和重復驗證，實現克·厘米量級的力矩測量。

采用該技術方案的主要缺點是不能同時測量作用在試驗模型上載荷極其懸殊的六個氣動力分量。一是相同試驗狀態可能需要重復試驗，由于模型拆裝造成試驗狀態差異且所測量很小，嚴重影響試驗數據精度；二是造成試驗車次增加，單分量氣浮天平開展的校核試驗全部是重復車次，試驗成本很高；三是單分量氣浮天平安裝在模型外部，非常容易在高溫試驗條件下產生較大的溫度效應，增大了試驗數據的不確定度；四是試驗方案復雜，試驗及數據修正、分析困難，容易造成人為錯誤。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置，能同時測量作用在試驗模型上載荷極其懸殊的六個氣動力分量。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種六分量高精度微量滾轉力矩測量裝置，包括主天平元件、軸承、模型連接套、天平支桿、進氣管和排氣管；

主天平元件包括分別位于兩端的支桿端和主天平元件模型端，支桿端與天平支桿連接，主天平元件模型端與軸承的定子連接，軸承的轉子與模型連接套連接；主天平元件外圍環設有滾轉-阻力元件，滾轉-阻力元件包括固定端和滾轉-阻力元件模型端，固定端與主天平元件模型端連接，滾轉-阻力元件模型端與模型連接套連接；主天平元件內部設有與進氣管連通的進氣通道，排氣管數量至少為2，主天平元件外側設有與排氣管連通并與排氣管數量相同的排氣通道，排氣通道沿主天平元件的中心軸對稱設置；模型連接套外設有試驗模型；主天平元件上設有敏感元件，敏感元件上設有高精度應變計；滾轉-阻力元件上也設有敏感元件和阻力元件，敏感元件上設有高精度應變計。

作為一種優選方案，天平支桿、主天平元件、氣浮軸承與模型連接套順次連接，滾轉-阻力元件與氣浮軸承分別固連在模型連接套和主天平元件模型端。

作為一種優選方案，軸承為導軌式氣浮軸承，設置在試驗模型空腔內部，通過進氣管通入的高壓氣體實現周向及軸向自由狀態。

在上述優選方案中，試驗過程中氣浮軸承并不會明顯轉動，但會發生微小角位移和軸向位移，以便滾轉-阻力元件產生足夠的變形達到測力目的。

作為一種優選方案，排氣管為兩根，主天平元件外側的排氣通道為兩根波紋管，兩根波紋管分別與兩根排氣管連通。

在上述優選方案中，圖中排氣管為兩根，從天平支桿右側看兩根排氣管和進氣管呈“品”字型以充分利用天平支桿內部空間，在左側區域的主天平元件中，三個通道是并排設置的，即進氣通道位于中心軸位置，兩根排氣通道相對中心軸對稱；設置兩根排氣管和兩個通氣通道，是為了減小通道的占用空間，減小整體的體積，在不同的實施案例中，也可使用偶數個排氣通道，沿中心軸對稱即可，以減少主天平測力分量的正負對稱性。