[發(fā)明專利]一種風(fēng)洞機(jī)械天平單矢量加載方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011309851.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112129485B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車兵輝;魏然;顧藝;成壘;劉赟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): G01M9/06
• 分類號(hào): G01M9/06
• 代理公司: 綿陽山之南專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51288
• 代理人: 沈強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種風(fēng)洞機(jī)械天平單矢量加載方法，機(jī)械天平單矢量加載由力傳遞系統(tǒng)、力發(fā)生系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成，力傳遞系統(tǒng)通過鋼線將力源產(chǎn)生的力傳遞到加載點(diǎn)，加載點(diǎn)所受的力方向與X、Y、Z方向各有固定夾角，加載力可分解到三個(gè)方向分別對(duì)應(yīng)天平的阻力、升力、側(cè)力，加載點(diǎn)與天平坐標(biāo)中心的偏移量決定了施加在天平上的力矩，該方案通過一個(gè)加載點(diǎn)可同時(shí)獲得六個(gè)分量的加載載荷；本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)力的精確控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加載，提高了加載的自動(dòng)化水平，根據(jù)機(jī)械天平的特點(diǎn)選取合適的加載點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了矢量加載，及通過一個(gè)加載點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)六個(gè)分量的同時(shí)加載，提高了加載效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及到對(duì)于風(fēng)洞機(jī)械天平單矢量進(jìn)行加載方法。

背景技術(shù)

風(fēng)洞機(jī)械應(yīng)變天平，以其測(cè)量范圍大、使用方便、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于該風(fēng)洞的腹撐測(cè)力試驗(yàn)。機(jī)械天平是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)將氣動(dòng)載荷分解為三個(gè)分量的力和三個(gè)分量的力矩，通過傳力機(jī)構(gòu)將力和力矩傳遞到測(cè)量元件獲得力和力矩的數(shù)值。

在使用前需要校準(zhǔn)或檢測(cè)天平性能，目前對(duì)于天平的校準(zhǔn)方法是，必須安裝加載架進(jìn)行加載，采用人工搬砝碼加載方法加載，這種檢測(cè)方式加載架安裝復(fù)雜，效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。同時(shí)人為砝碼的加載導(dǎo)致最終的加載量受環(huán)境的影響可能出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致最終的測(cè)量不精準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種對(duì)于天平單矢量的加載方法，利用一個(gè)方向的施加作用力，通過閉環(huán)控制，精準(zhǔn)的將作用力分解為三個(gè)方向的力和力矩，用于目標(biāo)天平的校準(zhǔn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種風(fēng)洞機(jī)械天平單矢量加載方法，建立天平與單矢量的計(jì)算模型包括以下過程：

S1:以天平的校準(zhǔn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)A，建立坐標(biāo)系XYZ；

S2:所述坐標(biāo)系XYZ中的平面坐標(biāo)系XAY、XAZ、YAZ中的任一個(gè)平面坐標(biāo)系中，在其中一個(gè)象限內(nèi)設(shè)置一個(gè)施力點(diǎn)O；

S3:對(duì)施力點(diǎn)施加一個(gè)矢量力F，該矢量力的方向與坐標(biāo)系XYZ的三個(gè)軸分別具有夾角β、α、γ，以施力點(diǎn)O為原點(diǎn)，平行于X軸的力記為Fx，平行于Y軸的力記為Fy，平行于Z軸的力記為Fz，繞X軸、Y軸、Z軸的力矩分別記為Mx、My、Mz；

S4:根據(jù)上述坐標(biāo)系定義，測(cè)量天平上的力，計(jì)算出在施力點(diǎn)O處矢量力的三個(gè)分量：

，F(xiàn)y=F×cosα，F(xiàn)x=F×cosβ，F(xiàn)z=F×cosγ；

S5:根據(jù)所述施力點(diǎn)O相對(duì)于A點(diǎn)在Y軸負(fù)方向上的偏移Δy，在Z方向的偏移Δz，可以計(jì)算出天平所受力的力矩為：

My=-Fx ×Δz，Mx=Fz ×Δy-Fy×Δz，Mz=-Fx×Δy；

S6：將S4,S5中計(jì)算出的力和力矩與天平實(shí)際測(cè)量得到的六個(gè)分量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的比較，通過調(diào)整其差值實(shí)現(xiàn)對(duì)于天平的校準(zhǔn)。

在上述技術(shù)方案中，天平矢量力加載過程包括以下步驟：

A1：選擇當(dāng)前加載量為六個(gè)分量的某一個(gè)分量或者全部分量，設(shè)置加載點(diǎn)數(shù)、正程重復(fù)次數(shù)、負(fù)程重復(fù)次數(shù)；

A2: 初始載荷為加載點(diǎn)的第一個(gè)載荷，后面的加載點(diǎn)在此基礎(chǔ)上依次加增量形成加載序列；

A3:由控制系統(tǒng)控制加載矢量力到指定的載荷，待載荷穩(wěn)定后，開始采集數(shù)據(jù)獲取天平六個(gè)分量傳感器數(shù)據(jù)；

A4:在完成A3的情況下，控制加載矢量力到下一個(gè)指定載荷，待載荷穩(wěn)定后，開始采集數(shù)據(jù)，重復(fù)上述過程，直到加載序列運(yùn)行完畢，加載過程結(jié)束。

在上述技術(shù)方案中，所述矢量力由加載裝置提供，所述加載裝置包括：