[發明專利]一種小尺寸小載荷六分量應變天平

在審

• 申請號: 202110181663.8
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112816175A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 孫侃;楊中艷;鄭芳
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明一種小尺寸小載荷的六分量應變天平，在天平中間位置設置了單片梁形式的X(阻力)向的測量梁，對X向測量梁的結構、尺寸進行了設計，另外，X向測量梁通過測量梁支撐座與天平之間進行連接，其余部分與天平主體之間形成間隙，使X向測量梁在滿足貼片需求的情況下盡可能保留較大剛度，且便于加工。本發明滿足風洞試驗利用小尺寸應變天平測量小載荷六分量的要求，且測試精度滿足行業標準。可精確測量X(阻力)?10N～10N、Y(升力)?35N～35N、Z(側向力)?10N～10N、Mx(滾轉力矩)?1N*m～1N*m、My(偏航力矩)?1N*m～1N*m、Mz(俯仰力矩)?1.8N*m～1.8N*m范圍內的載荷。

技術領域

本發明屬于風洞測力試驗設備技術領域，特別涉及一種小尺寸小載荷六分量應變天平。

背景技術

風洞是進行空氣動力學研究與飛行器研制的最基本的試驗設備，測力試驗是風洞試驗中最基本的試驗項目。風洞天平是測力試驗中最重要的測量裝置，用于測量作用在模型上的空氣動力載荷的大小、方向與作用點。

測力試驗對風洞天平的技術要求很多，其中最重要的是要求天平具有高的精度與準度。風洞天平按工作原理可分為機械天平、應變天平、壓電天平與磁懸掛天平等，應變天平是一種單分量或多分量的應變式測力傳感器，是目前風洞中使用最廣泛的空氣動力測量裝置，其優點主要包括動態響應快、設計制造成本低、體積小重量輕、研制周期較短且能夠適應大多數模型支撐方式。

風洞天平按測量空氣動力載荷的數目可分為單分量天平與多分量天平，一般在風洞試驗中使用六分量天平。

應變天平按結構可主要分為桿式應變天平與盒式應變天平兩類。桿式天平是最常用的應變天平結構形式，外形一般為圓柱形，也有方柱形。桿式天平一端與模型連接，稱為模型端；另一端與支桿連接，稱為支桿端，在兩端之間設置不同結構形式的測量元件，用于測量不同分量的載荷。應變天平結構形式的選擇取決于應變天平的用途、應變天平的連接形式、風洞的類型與工作環境等因素。

由于以前的風洞試驗模型多為與風洞尺寸相匹配的模型，因而有合適的常規天平進行測力，偶爾有氣動載荷小的模型測力，也會用載荷較大的天平去測量，使得小模型測力試驗的精度有所降低。隨著航空航天技術的發展，型號研制對試驗數據的精度要求越來越高，風洞試驗要求所用的天平與試驗模型相匹配，因而需要研制小尺寸小載荷天平來對小載荷模型試驗進行測力。

現有技術中的X向測量梁一般對稱布置在天平中心的兩側，受到小尺寸天平直徑限制，使X向測量梁的布置長度受限，無法滿足應變計的貼片要求，同時，X向測量梁長度太小引起變形感應受限，影響測量精度。另外，布置越多的測量梁，會導致天平剛度下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種小尺寸小載荷六分量應變天平，在天平設計中心位置設置單片梁結構的X向測量梁，用于測量阻力，同時對X向測量梁的結構及尺寸進行設計，使其同時滿足貼片和剛度需求，測量精度高，可應用于航空航天風洞試驗。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種小尺寸小載荷六分量應變天平，包括天平主體，五分量測力元件，模型連接錐，支桿連接錐和X向測力元件；

天平主體兩端分別通過五分量測力元件與模型連接錐及支桿連接錐連接，五分量測力元件用于測量Y(測量升力)、Z(側向力)、Mx(滾轉力矩)、My(偏航力矩)、Mz(俯仰力矩)五個分量；

天平主體上設有第一主體分離槽，將天平主體分為天平主體一和天平主體二；所述第一主體分離槽為穿過所述天平設計中心的前后貫通的斜槽，所述天平設計中心為天平主體的橫向對稱軸和縱向對稱軸的交點；