CN106289710B - 翼型模型测力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翼型模型测力系统，包括：一对支架，均竖向设置；一对连接座，各连接座以可沿所述支架做无摩擦损耗地滑动的方式地设置在各支架上；阻力测量天平，其连接于其中一个连接座；阻力和俯仰力矩测量天平，其连接于另一个连接座；一对连接杆，其中一个连接杆的一端连接至阻力测量天平，另一个连接杆的一端连接至阻力和俯仰力矩测量天平，各连接杆的另一端连接至翼型模型的前端，以将翼型模型支撑于一对支架之间；以及一对升力测量装置，各升力测量装置设置在各支架上，各升力测量装置的升力传递构件连接至各连接座。本发明采用双支撑系统，翼型模型支撑于该一对支架之间，系统支撑刚度高，翼型模型在自重和风载作用下变形小。

Description

翼型模型测力系统

技术领域

本发明涉及测量系统，尤其涉及一种翼型模型测力系统。

背景技术

翼型气动特性是飞行器设计成败的关键，所以提高风洞试验中翼型气动特性测量系统的测量精度以匹配研制高性能飞行器的实际需求有着重要的工程意义。

通过一系列翼型气动力直接测量的试验研究，发现采用三段式布局能够隔离风洞侧壁附面层的影响，升阻力测试结果更为合理。然而目前还存在以下两个问题：(1)阻力很小且载荷极不匹配，阻力分量信号小，抗干扰能力较弱；(2)单天平悬臂支撑系统刚度较弱，模型在气动力作用下会产生较大的弹性变形，并在大迎角下会出现较为剧烈的抖动现象。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种高刚度，高精度的翼型模型测力系统。

本发明提供的技术方案为：

一种翼型模型测力系统，包括：

一对支架，均竖向设置；

一对连接座，各连接座以可沿所述支架做无摩擦损耗地滑动的方式地设置在各支架上；

阻力测量天平，其连接于其中一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧阻力；

阻力和俯仰力矩测量天平，其连接于另一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的俯仰力矩和另一侧阻力；

一对连接杆，设置于所述一对支架之间，其中一个连接杆的一端连接至所述阻力测量天平，另一个连接杆的一端连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平，各连接杆的另一端连接至所述翼型模型的两端部，以将所述翼型模型支撑于所述一对支架之间；以及

一对升力测量装置，各升力测量装置设置在各支架上，各升力测量装置的升力传递构件连接至各连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧升力。

优选的是，所述的翼型模型测力系统，还包括：

中空编码器，其设置于所述其中一个连接杆和所述阻力测量天平之间，所述中空编码器的内侧固定连接于所述其中一个连接杆，所述中空编码器的外侧可转动地连接至所述阻力测量天平，从而使所述中空编码器可随所述其中一个连接杆的转动而发生相对于所述阻力测量天平的转动；

连接件，其一端连接至所述其中一个连接座，另一端可拆卸地连接至所述中空编码器外侧，从而使所述中空编码器外侧固定于所述连接件上，以固定中空编码器的位置；

其中，所述另一个连接杆的一端与所述阻力和俯仰力矩测量天平也为可拆卸地连接；

当所述连接件的另一端脱开所述中空编码器，且所述另一个连接杆的一端脱开所述阻力和俯仰力矩测量天平，从而使所述翼型模型发生转动，并使所述中空编码器测量出所述翼型模型的迎角。

优选的是，所述的翼型模型测力系统中，所述另一个连接杆的一端通过法兰盘连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平，其中，所述法兰盘具有圆形槽，且所述圆形槽的底部开设有圆弧形通孔，所述阻力和俯仰力矩测量天平具有第一圆形法兰端，所述第一圆形法兰端具有螺孔，所述第一圆形法兰端伸入至所述圆形槽内，与所述圆形槽的周向侧壁贴合，螺栓通过所述螺孔和所述圆弧形通孔，从而将所述第一圆形法兰端和所述法兰盘连接在一起，而当所述螺栓松开，所述法兰盘相对于所述第一圆形法兰端发生转动。

优选的是，所述的翼型模型测力系统，还包括：

底座，其上设置有一对直线导轨和一对限位板，各限位板垂直于所述直线导轨设置；

一对支架设置在所述一对直线导轨上，并且各支架布置在各限位板的外侧，可拆卸地连接至各限位板，受各限位板的止挡，从而使一对支架之间的距离不缩短。

优选的是，所述的翼型模型测力系统中，所述阻力测量天平包括：

前支座和后支座；

弹性片梁，其设置于所述前支座和后支座之间，所述弹性片梁的一端部连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座；

四个支撑梁，设置于所述前支座和后支座之间，且每组支撑梁的一端连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座，每个支撑梁是由多个弹簧片平行间隔排列而成的长方体结构，每个支撑梁中多个弹簧片的排列方向与所述弹性片梁的厚度方向相平行；

由四个应变片彼此连接构成的惠斯通电桥，其中两个应变片分别设置在所述弹性片梁的一端部的两侧，另两个应变片分别设置在所述弹性片梁的另一端部的两侧。

优选的是，所述的翼型模型测力系统中，所述后支座包括第二圆形法兰端以及连接于所述第二圆形法兰端后侧的圆环形结构，且所述圆环形结构的内壁面为内窄外宽的圆锥面；所述中空编码器的外侧连接至一法兰轴承，所述圆环形结构伸入至所述法兰轴承的内部，并与所述法兰轴承的内壁相贴合，所述法兰轴承与所述第二圆形法兰端彼此连接。

优选的是，所述的翼型模型测力系统，所述升力测量装置包括：

杠杆梁；

加载梁，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁的一端；

配重，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁的另一端；

支撑座；

支柱，其下端固定于所述支撑座，上端通过刀口支撑的方式连接于杠杆梁的中间部位，并且以所述杠杆梁的中间部位作为支点支撑所述杠杆梁；

测力传感器，其设置于所述支点与所述配重之间，所述测力传感器的一端固定于所述支撑座，另一端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁；

其中，在所述加载梁所传递的竖向载荷作用下，所述杠杆梁相对于所述支点摆动，所述测力传感器生成测力数据。

优选的是，所述的翼型模型测力系统中，所述加载梁通过第一串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁的一端，所述配重的上端通过第二串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁的另一端，所述测力传感器的另一端通过一反向串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁。

优选的是，所述的翼型模型测力系统中，所述杠杆梁的一端开设有第一通孔，所述杠杆梁的另一端具有第二通孔，所述杠杆梁在介于所述支点和所述配重之间开设有梯形槽，且在所述梯形槽的中间开设第三通孔；所述第一串联正交双向刀口组件的下部固定于所述杠杆梁的一端，所述加载梁的上端穿过所述第一通孔，并连接至第一串联正交双向刀口组件的上部刀口部件；所述第二串联正交双向刀口组件的下部固定于所述杠杆梁的另一端，所述配重的上端穿过所述第二通孔，并连接至所述第二串联正交双向刀口组件的上部刀口部件；所述反向串联正交双向刀口组件的下部刀口部件可插拔地设置于所述梯形槽内，所述测力传感器的另一端穿过所述第三通孔，并连接至所述反向串联正交双向刀口组件的上部。

本发明所述的翼型模型测力系统具有以下有益效果：

(1)本发明采用双支撑系统，即设计了一对支架，翼型模型支撑于该一对支架之间，系统支撑刚度高，翼型模型在自重和风载作用下变形小，大迎角下不会发生振动。

(2)本发明布置了一个高精度中空编码器，消除了角度修正带来的误差，实现了翼型模型迎角的在线实时测量，角度测量误差≤1′。

(3)本发明在翼型模型的两端分别单独设计一个阻力测量天平和一个阻力和俯仰力矩测量天平，翼型模型的升力由两侧的高灵敏度升力测量装置测量，降低了翼型模型升力、阻力以及俯仰力矩各分量之间的干扰，尤其是对小阻力的干扰，大大提高了阻力测量天平的测量精度，各测量装置的测量精度优于0.1％。

(4)本发明可以实现不同气动特性的翼型模型的测力试验，具有较强的通用型。

附图说明

图1为本发明所述的翼型模型测力系统的立体图；

图2为本发明所述的翼型模型测力系统的主视图；

图3为本发明所述的翼型模型测力系统的左视图；

图4为图2的F-F剖面图；

图5为本发明所述的法兰盘的结构示意图；

图6为图5的H-H剖视图；

图7为本发明所述的阻力和俯仰力矩测量天平的立体图；

图8为本发明所述的底座的结构示意图；

图9为本发明所述的阻力测量天平的立体图；

图10为本发明所述的阻力测量天平的主视图；

图11为图10的A-A剖视图；

图12为图10的B-B剖视图；

图13为本发明所述的阻力测量天平中应变片构成的惠斯通电路图；

图14为本发明所述的升力测量装置的立体图；

图15为本发明所述的升力测量装置的结构示意图；

图16为本发明所述的支撑座的结构示意图；

图17为本发明所述的杠杆梁的结构示意图；

图18为本发明所述的刀座的结构示意图；

图19为本发明所述的配重的结构示意图；

图20为图19的E-E剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1至4所示，本发明提供一种翼型模型测力系统，包括：一对支架63、56，均竖向设置；一对连接座46、55，各连接座以可沿所述支架做无摩擦损耗地滑动的方式地设置在各支架上；阻力测量天平47，其连接于其中一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧阻力；阻力和俯仰力矩测量天平54，其连接于另一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的俯仰力矩和另一侧阻力；一对连接杆50、52，设置于所述一对支架之间，其中一个连接杆的一端连接至所述阻力测量天平，另一个连接杆的一端连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平，各连接杆的另一端连接至所述翼型模型51的两端部，以将所述翼型模型支撑于所述一对支架之间；以及一对升力测量装置70、57，各升力测量装置设置在各支架上，各升力测量装置的升力传递构件连接至各连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧升力。

风洞试验时，将该测力系统固定于风洞试验段外部固定机构上，使翼型模型位于试验段中部。位于翼型模型两侧的隔离翼段为非测量的假翼段，段与段之间并无实质性连接。为了避免风洞侧壁边界层的影响，只对翼型模型实施测力，两端的隔离翼段则通过螺栓固定到风洞侧壁观察窗上，并跟随位于中间的翼型模型同步改变迎角而不参加测力，任其承受侧壁边界层的影响。

本发明采用了双支撑系统，设计了一对支架53、56，翼型模型51通过一对连接杆支撑在一对支架之间。即本发明的测力系统的支撑刚度高，抗干扰能力强，翼型模型在自重和风载作用下变形小，大迎角下不会发生振动。阻力测量天平、阻力和俯仰力矩测量天平分别设置在翼型模型的两侧，一对升力测量装置也分布在翼型模型的两侧，即上述测量元件均分布在风洞试验段外侧，受气流的干扰小，因此，可准确测量翼型模型所受的空气动力载荷。各升力测量装置测量翼型模型所承受的一侧升力，两侧升力叠加即得到翼型模型所承受的总升力；阻力测量天平测量翼型模型的一侧阻力，阻力和俯仰力矩测量天平测量翼型模型的另一侧阻力，两侧阻力叠加即得到翼型模型的总阻力。

连接座46、55具体由连接板制成。支架的内侧安装有直线滚动单元的基座，连接座46、55连接至直线滚动单元的滑座45、62，即实现了连接座与支架的可滑动连接；直线滚动单元的摩擦系数非常小(μ＝0.0006—0.0012)，使翼型模型的升力在传递过程中不会产生附加的摩擦阻力，几乎无损耗的传递给升力测量装置。

在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统，还包括：中空编码器49，选用轴套型中空编码器，其设置于所述其中一个连接杆50和所述阻力测量天平47之间，所述中空编码器49内侧固定连接于所述其中一个连接杆50(即连接杆50中间部分插入中空编码器49的轴套内)，所述中空编码器49的外侧可转动地连接至所述阻力测量天平，从而使所述中空编码器可随所述其中一个连接杆50的转动而发生相对于所述阻力测量天平47的转动；连接件71，其一端连接至所述其中一个连接座，另一端可拆卸地连接至所述中空编码器49外侧，从而使所述中空编码器49外侧固定于所述连接件71上，以固定所述中空编码器的位置；其中，所述另一个连接杆的一端与所述阻力和俯仰力矩测量天平也为可拆卸地连接；当所述连接件71的另一端脱开所述中空编码器，且所述另一个连接杆的一端脱开所述阻力和俯仰力矩测量天平，从而使所述翼型模型发生转动，并使所述中空编码器测量出所述翼型模型的迎角。

该实施例中，利用中空编码器测量翼型模型的迎角。当拆开连接件71和中空编码器49的连接，同时拆开另一个连接杆52与阻力和俯仰力矩测量天平54的连接，此时翼型模型51和中空编码器49就可以相对于阻力测量天平47、阻力和俯仰力矩测量天平54自由转动。调整翼型模型的转动角度，进而改变其迎角，中空编码器实时准确测量出翼型模型的迎角。待调整完成，将连接件和中空编码器再度连接，同时将另一个连接杆与阻力和俯仰力矩测量天平的再度连接，重新使翼型模型、中空编码器、阻力测量天平、阻力和俯仰力矩测量天平等连接成为一个整体，即可以进行风洞试验。

上述连接件71可以是一对板体，这一对板体配置在中空编码器的上方和下方，各连接板的另一端通过竖向部件连接至中空编码器外侧，以固定中空编码器的位置。

请查阅图4、图5、图6和图7，在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统中，所述另一个连接杆52的一端通过法兰盘53连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平54，其中，所述法兰盘53具有圆形槽65，且所述圆形槽的底部开设有圆弧形通孔64，所述阻力和俯仰力矩测量天平54具有第一圆形法兰端61，所述第一圆形法兰端61具有螺孔，所述第一圆形法兰端61伸入至所述圆形槽内，与所述圆形槽65的周向侧壁贴合，螺栓通过所述螺孔和所述圆弧形通孔64，从而将所述第一圆形法兰端61和所述法兰盘53连接在一起，而当所述螺栓松开，所述法兰盘53相对于所述第一圆形法兰端61发生转动。

在该实施例中，当需要调整翼型模型的角度时，可将上述螺栓松开(不须完全拆下)，转动法兰盘53，使法兰盘53沿着第一圆形法兰端61的周向转动，当转动至合适的角度，即可以将螺栓拧紧。由于法兰盘53上设计有圆弧形通孔64，在法兰盘转动的过程中，螺栓会沿着圆弧形通孔64移动，而不会阻碍法兰盘的转动。具体地，螺栓的个数可以为6个，圆弧形通孔的个数可以为2个，可以根据强度要求和连接稳固的需要进行调整。该实施例中，不需要将另一个连接杆52与阻力和俯仰力矩测量天平54完全分开，就可以实现翼型模型的转动，提高了操作的方便程度；另外，法兰盘53与第一圆形法兰端61始终保持同轴，也保证了测力系统整体的安装精度，有助于提高测量精度。

请查阅图8，在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统，还包括：底座58，其上设置有一对直线导轨144和一对限位板143，各限位板垂直于所述直线导轨设置；一对支架设置在所述一对直线导轨上，并且各支架布置在各限位板的外侧，可拆卸地连接至各限位板，受各限位板的止挡，从而使一对支架之间的距离不缩短。

底座58作为整个测力机构的基础，通过肋板142上的通孔与风洞试验段外部固定机构连接。限位板143通过螺钉连接支架的底板141，限制支架向内侧移动，风洞试验时整个测力系统固定在风洞试验段。为了便于安装调试，两个直线导轨144经过两排多个螺钉直接安装在经过平面精加工的工字钢焊接底座58的前后两侧安装面上，在调试过程中支架56、63可沿直线导轨144左右移动。

请查阅图9至图13，在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统中，所述阻力测量天平47包括：前支座44和后支座41；弹性片梁211，其设置于所述前支座和后支座之间，所述弹性片梁的一端部连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座；四个支撑梁39，设置于所述前支座和后支座之间，且每组支撑梁39的一端连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座，每个支撑梁是由多个弹簧片221平行间隔排列而成的长方体结构，每个支撑梁中多个弹簧片的排列方向与所述弹性片梁的厚度方向相平行；由四个应变片彼此连接构成的惠斯通电桥，其中两个应变片分别设置在所述弹性片梁的一端部的两侧，另两个应变片分别设置在所述弹性片梁的另一端部的两侧。

进行风洞试验时，弹性片梁可简化成一个超静定梁，即弹性片梁在阻力作用下发生“S”变形(阻力方向为图10中垂直于纸面的方向，升力方向为图10中平行于纸面的方向)。支撑梁是由多个弹簧片221平行间隔排列而成的长方体结构，按照变形协调一致原则，大部分阻力载荷由弹性片梁承受。当阻力测量天平受到升力、俯仰力矩作用时，由于支撑梁39在升力和俯仰力矩的作用方向上的刚度远大于弹性片梁211，支撑梁39分担了大部分载荷，而弹性片梁211几乎不发生变形，从而大大减小了升力、俯仰力矩对阻力测量的干扰。

应变片a和应变片c设置于弹性片梁的一端部的两侧，应变片b和应变片d设置于弹性片梁的另一端部的两侧(图10中应变片213为应变片a，应变片215为应变片b)。如图13所示，应变片a、应变片b、应变片c和应变片d构成了惠斯通电桥，其中，Ⅱ端、Ⅳ端为供桥电压输入端，Ⅰ端、Ⅲ端为电压信号输出端。当阻力测量天平受到阻力作用时，弹性片梁211发生弹性变形，四个应变片将弹性片梁211的变形程度线性转换成电信号；当阻力测量天平受到升力、俯仰力矩作用时，支撑梁39分担了大部分载荷，弹性片梁211几乎不发生变形，惠斯通电桥不输出电信号，从而大大减小了升力、俯仰力矩对阻力测量的干扰。

在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平中，所述弹性片梁的两个端部分别连接至一个支撑座，两个支撑座分别连接至所述前支座和所述后支座，其中，所述弹性片梁的厚度和高度均小于所述支撑座。弹性片梁211的长远大于支撑座212、214的长，其高小于支撑座的高，其厚远小于支撑座212、214的厚，从而保证了弹性片梁211在阻力方向上为柔性体，支撑座212、214为刚性体。弹性片梁和两个支撑座构成了一个工字梁40，在两个支撑座的约束下，弹性片梁211在阻力作用下的变形程度增加，从而使阻力测量天平的阻力输出信号变大。

在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平中，所述弹簧片221的四个角均为倒圆角，以减小翼型模型阻力测量天平在气动力作用下的应力集中。

如图11所示，在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平，其具有纵向延伸的第一轴对称面C和横向延伸的第二轴对称面D，且每个支撑梁中弹簧片的高度方向平行于所述第一轴对称面。即本发明采用了对称式的结构设计，降低了机械加工的难度，同时也减小了升力和俯仰力矩对阻力分量的干扰，提高对阻力的测量精度。

在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平中，每个支撑梁39是由四个弹簧片221平行间隔排列而成的长方体结构。相邻弹簧片221之间间距为0.5mm。

弹性片梁211的长度和高度均小于支撑梁39的长度和高度，弹性片梁211的厚度大于弹簧片221的厚度。在一个优选的实施例中，所述的翼型模型阻力测量天平中，所述弹性片梁211的长度为16mm，厚度为0.7mm，高度为2.4mm；所述弹簧片221的长度为24mm，厚度为0.3mm，高度为13mm。该实施例的翼型模型阻力测量天平的测量精度高，刚性大。

在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平中，所述前支座为一第一矩形法兰，所述第一矩形法兰44的四个棱上均有相同的倒圆角37。阻力测量天平通过第一矩形法兰连接至测力系统的固定支架上，并且所述第一矩形法兰的四个棱上均有相同的倒圆角，有助于利用第一矩形法兰四个棱定位安装。

在一个优选的实施例中，所述的阻力测量天平，其为一体成型结构。具体地，该实施例的阻力测量天平采用线切割方式加工各构件。如图11所示，从第一矩形法兰的上边缘延伸至下边缘的沟槽为线切割工艺孔。工艺孔38的数量和大小由弹簧片221的个数和间距决定。

具体来说，阻力和俯仰力矩测量天平54为串联天平，其由一个阻力测量元件69和一个俯仰力矩测量元件67构成。其中，阻力测量元件69与设置于翼型模型对侧的阻力测量装置47采用完全一致的结构和尺寸设计，以实现对阻力的精确测量，最终阻力测量元件与设置于翼型模型对侧的阻力测量装置所测量的阻力叠加为翼型模型的阻力。俯仰力矩测量元件69通过带相同倒圆角的短四棱柱体66与阻力测量元件相连。由横截面形状可知，俯仰力矩测量元件具有一个窄而高的纵墙，截面的Z轴的惯性距Iz很大，用来承受模型右侧升力的干扰。在纵墙的前后两侧对称位置上各有一个单跨梁，梁的两端上、下表面贴有应变片，用于测量翼型模型的俯仰力距Mz。阻力和俯仰力矩测量天平的另一端带限位边的第二矩形法兰68通过螺钉与连接座固定连接，且第二矩形法兰的四个棱上均有相同的倒圆角。

在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统中，所述后支座包括第二圆形法兰端42以及连接于所述第二圆形法兰端42后侧的圆环形结构41，且所述圆环形结构41的内壁面为内窄外宽的圆锥面；所述中空编码器的外侧连接至一法兰轴承，所述圆环形结构41伸入至所述法兰轴承的内部，并与所述法兰轴承的内壁相贴合，所述法兰轴承与所述第二圆形法兰端彼此连接。其中，圆环形结构有助于实现精确的定位，提高安装精度。具体地，法兰轴承可以由一对轴承、一个轴承用法兰以及一个轴承垫片组装而成，即一对轴承之间通过轴承垫片隔开，轴承用法兰套设在一对轴承的外侧。可以根据风洞试验的需要选择轴承的尺寸、规格，再组装出所需要的法兰轴承，也可以直接选择合适的法兰轴承。其中，当中空编码器采用轴套型中空编码器时，连接杆从中空编码器的内部通过，再从中空编码器的外侧伸出，该连接杆连接至法兰轴承，法兰轴承再连接至阻力测量天平，从而实现中空编码器与阻力测量天平的可转动连接。

请查阅图14和图15，在一个优选的实施例中，所述的翼型模型测力系统，所述升力测量装置包括：杠杆梁3；加载梁5，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁3的一端；配重7，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁3的另一端；底座1；支柱12，其下端固定于所述底座1，上端通过刀口支撑的方式连接于杠杆梁的中间部位，并且以所述杠杆梁的中间部位作为支点支撑所述杠杆梁；测力传感器4，其设置于所述支点与所述配重之间，所述测力传感器4的一端固定于所述底座1，另一端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁3；其中，在所述加载梁所传递的竖向载荷作用下，所述杠杆梁相对于所述支点摆动，所述测力传感器生成测力数据。

本发明所述的升力测量装置利用杠杆原理，由杠杆梁3、加载梁5、配重7、支柱12和测力传感器4构成杠杆系统，以杠杆梁的中间部位作为支点，加载梁所承载的被测力作为施力端，测力传感器作为受力端，被测力通过杠杆作用成比例的放大为测力传感器能够测量的值。本发明中，加载梁、配重、支柱以及测力传感器均通过刀口支撑的方式连接于杠杆梁，从而使杠杆架与上述构件之间的接触均为线接触，以尽量避免在力的传递过程中产生附加力，从而提高测量精度。支点位置可以依据所需要的测力数据的放大倍数进行选择。

即升力测量装置的升力传递构件为加载梁。具体地，加载梁的下端可以通过螺纹和键配合的方式连接至连接座。安装于一对支架上的两个升力测量装置的安装方式以及结构完全一致，两个升力测量装置所测量的升力叠加即得到翼型模型的升力。

请查阅图14、图15和图17，在一个优选的实施例中，所述的翼型模型升力测量装置中，所述加载梁5通过第一串联正交双向刀口组件33连接于所述杠杆梁3的一端，所述配重7的上端通过第二串联正交双向刀口组件35连接于所述杠杆梁3的另一端，所述测力传感器4的另一端通过一反向串联正交双向刀口组件34连接于所述杠杆梁3。对于加载梁、配重和测力传感器这三个构件，力全部要经过两个彼此正交的刀口部件才能实现传递，从而最大限度地避免产生附加力，保证沿竖直方向传递力，从而提高测量精度。

具体地，在上述实施例中，加载梁、配重以及测力传感器的设置方式为：所述杠杆梁3的一端开设有第一通孔，所述杠杆梁3的另一端具有第二通孔，所述杠杆梁3在介于所述支点和所述配重之间开设有梯形槽22，且在所述梯形槽的中间开设第三通孔；所述第一串联正交双向刀口组件33的下部固定于所述杠杆梁的一端，所述加载梁的上端穿过所述第一通孔，并连接至第一串联正交双向刀口组件的上部刀口部件19；所述第二串联正交双向刀口组件35的下部固定于所述杠杆梁3的另一端，所述配重7的上端穿过所述第二通孔，并连接至所述第二串联正交双向刀口组件35的上部刀口部件20；所述反向串联正交双向刀口组件34的下部刀口部件21可插拔地设置于所述梯形槽22内，所述测力传感器4的另一端穿过所述第三通孔，并连接至所述反向串联正交双向刀口组件34的上部。另外，加载梁5的上端穿过第一串联正交双向刀口组件的内部通孔，并连接至第一串联正交双向刀口组件的上部刀口部件，再通过第一螺母固定；同样地，配重7的上端穿过第二串联正交双向刀口组件的内部通孔，并连接至第二串联正交双向刀口组件的上部刀口部件，再通过第二螺母固定。

在一个优选的实施例中，所述的升力测量装置中，所述杠杆梁3设置有三个梯形槽22，所述底座设置有三个定位孔29，每个定位孔29在竖直方向上对应于一个梯形槽22；所述测力传感器4的一端通过螺钉8可选择地固定于其中一个定位孔，所述反向串联正交双向刀口组件34可选择地插入至其中一个梯形槽22中，以将所述测力传感器的另一端连接于所述杠杆梁，从而改变所述测力传感器到所述支点的距离。

该实施例提供了测力传感器的三个安装位置，即一个定位孔对应于一个安装位置。在不同的安装位置上，测力传感器到达支点的距离不同，从而实现不同条件下的测量。本发明可以实现对不同气动载荷的翼型模型的升力测量。而且，测力传感器的一端通过螺钉固定于定位孔，即定位孔对测力传感器具有定位作用，保证测力传感器的安装位置准确，以保证测量精度。

具体地，测力传感器4通过一固定螺栓6实现与反向串联正交双向刀口组件34的连接，即该固定螺栓6的下端螺纹连接于测力传感器4，该固定螺栓的上端穿过第三通孔，并连接于反向串联正交双向刀口组件34的上部，通过第三螺母15固定。本发明还可以根据需要更换测力传感器，以适应不同的测量条件。而且还可以通过调节第三螺母15的旋紧程度，来改变测力传感器的初始输出数值。

在一个优选的实施例中，所述的升力测量装置中，所述杠杆梁的中间部位设置有一刀口32，所述支柱12的上端设置有刀座2，所述刀座2支撑所述刀口32。刀口与刀座之间为线接触，从而保证在力的传递过程中，仅传递竖直方向的力。

具体地，底座上开设有安装孔，支柱12的下端带有螺纹的部分插入至安装孔内，由螺栓14将支柱固定于底座上。支柱的上端开有插孔30，刀座的下端插入至插孔内，并通过销钉固定连接。

请查阅图15、图19和图20，在一个优选的实施例中，所述的升力测量装置中，所述配重7包括配重盘18以及搁置于所述配重盘18内的砝码17，所述配重盘连接有一杆件36，所述杆件连接至第二串联正交双向刀口组件35。可以通过调整配重盘内的砝码来对测力传感器的初读数进行粗调和微调。

请查阅图14、图15和图16，在一个优选的实施例中，所述的升力测量装置，还包括：锁紧保护机构10，其包括立柱13，所述立柱13的下端固定于所述底座1上，所述立柱的上端具有卡口24，其中，所述杠杆梁3以可自由摆动的状态穿过所述卡口，所述立柱的上端设置有可将所述杠杆梁固定于所述卡口24内的锁紧构件。

当进行升力测量试验时，将锁紧构件松开，使杠杆梁可以在卡口中自由摆动；当不进行试验时，则将锁紧构件锁紧，使杠杆梁相对于卡口固定不动，从而避免对测力传感器造成冲击或避免测力传感器过载。

在一个优选的实施例中，所述的升力测量装置中，所述锁紧构件包括一对锁紧螺栓27、28，所述立柱13的上端向一侧伸出形成所述卡口24的上部25和下部26，一对锁紧螺栓27、28分别贯穿所述卡口的上部25和下部26，并伸入至所述卡口24内，各锁紧螺栓向所述卡口的内部旋动，从而将所述杠杆梁固定于所述卡口内。在卡口的上部和下部各设置了一个螺孔，各锁紧螺栓通过沿着对应的螺孔旋动，从而将杠杆梁夹紧，使杠杆梁固定不动；各锁紧螺栓向卡口的外侧旋动，松开杠杆梁，从而使杠杆梁自由摆动。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种翼型模型测力系统，其特征在于，包括：

一对支架，均竖向设置；

一对连接座，各连接座以可沿所述支架做无摩擦损耗地滑动的方式地设置在各支架上；

阻力测量天平，其连接于其中一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧阻力；

阻力和俯仰力矩测量天平，其连接于另一个连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的俯仰力矩和另一侧阻力；

一对连接杆，设置于所述一对支架之间，其中一个连接杆的一端连接至所述阻力测量天平，另一个连接杆的一端连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平，各连接杆的另一端连接至所述翼型模型的两端部，以将所述翼型模型支撑于所述一对支架之间；以及

一对升力测量装置，各升力测量装置设置在各支架上，各升力测量装置的升力传递构件连接至各连接座，用于测量在风洞试验下所述翼型模型所承受的一侧升力。

2.如权利要求1所述的翼型模型测力系统，其特征在于，还包括：

中空编码器，其设置于所述其中一个连接杆和所述阻力测量天平之间，所述中空编码器的内侧固定连接于所述其中一个连接杆，所述中空编码器的外侧可转动地连接至所述阻力测量天平，从而使所述中空编码器可随所述其中一个连接杆的转动而发生相对于所述阻力测量天平的转动；

连接件，其一端连接至所述其中一个连接座，另一端可拆卸地连接至所述中空编码器外侧，从而使所述中空编码器外侧固定于所述连接件上，以固定中空编码器的位置；

其中，所述另一个连接杆的一端与所述阻力和俯仰力矩测量天平也为可拆卸地连接；

当所述连接件的另一端脱开所述中空编码器，且所述另一个连接杆的一端脱开所述阻力和俯仰力矩测量天平，从而使所述翼型模型发生转动，并使所述中空编码器测量出所述翼型模型的迎角。

3.如权利要求2所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述另一个连接杆的一端通过法兰盘连接至所述阻力和俯仰力矩测量天平，其中，所述法兰盘具有圆形槽，且所述圆形槽的底部开设有圆弧形通孔，所述阻力和俯仰力矩测量天平具有第一圆形法兰端，所述第一圆形法兰端具有螺孔，所述第一圆形法兰端伸入至所述圆形槽内，与所述圆形槽的周向侧壁贴合，螺栓通过所述螺孔和所述圆弧形通孔，从而将所述第一圆形法兰端和所述法兰盘连接在一起，而当所述螺栓松开，所述法兰盘相对于所述第一圆形法兰端发生转动。

4.如权利要求1至3中任一项所述的翼型模型测力系统，其特征在于，还包括：

底座，其上设置有一对直线导轨和一对限位板，各限位板垂直于所述直线导轨设置；

一对支架设置在所述一对直线导轨上，并且各支架布置在各限位板的外侧，可拆卸地连接至各限位板，受各限位板的止挡，从而使一对支架之间的距离不缩短。

5.如权利要求2所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述阻力测量天平包括：

前支座和后支座；

弹性片梁，其设置于所述前支座和后支座之间，所述弹性片梁的一端部连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座；

四个支撑梁，设置于所述前支座和后支座之间，且每组支撑梁的一端连接于所述前支座，另一端连接于所述后支座，每个支撑梁是由多个弹簧片平行间隔排列而成的长方体结构，每个支撑梁中多个弹簧片的排列方向与所述弹性片梁的厚度方向相平行；

由四个应变片彼此连接构成的惠斯通电桥，其中两个应变片分别设置在所述弹性片梁的一端部的两侧，另两个应变片分别设置在所述弹性片梁的另一端部的两侧。

6.如权利要求5所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述后支座包括第二圆形法兰端以及连接于所述第二圆形法兰端后侧的圆环形结构，且所述圆环形结构的内壁面为内窄外宽的圆锥面；所述中空编码器的外侧连接至一法兰轴承，所述圆环形结构伸入至所述法兰轴承的内部，并与所述法兰轴承的内壁相贴合，所述法兰轴承与所述第二圆形法兰端彼此连接。

7.如权利要求1所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述升力测量装置包括：

杠杆梁；

加载梁，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁的一端；

配重，其上端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁的另一端；

支撑座；

支柱，其下端固定于所述支撑座，上端通过刀口支撑的方式连接于杠杆梁的中间部位，并且以所述杠杆梁的中间部位作为支点支撑所述杠杆梁；

测力传感器，其设置于所述支点与所述配重之间，所述测力传感器的一端固定于所述支撑座，另一端通过刀口支撑的方式连接于所述杠杆梁；

其中，在所述加载梁所传递的竖向载荷作用下，所述杠杆梁相对于所述支点摆动，所述测力传感器生成测力数据。

8.如权利要求7所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述加载梁通过第一串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁的一端，所述配重的上端通过第二串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁的另一端，所述测力传感器的另一端通过一反向串联正交双向刀口组件连接于所述杠杆梁。

9.如权利要求8所述的翼型模型测力系统，其特征在于，所述杠杆梁的一端开设有第一通孔，所述杠杆梁的另一端具有第二通孔，所述杠杆梁在介于所述支点和所述配重之间开设有梯形槽，且在所述梯形槽的中间开设第三通孔；所述第一串联正交双向刀口组件的下部固定于所述杠杆梁的一端，所述加载梁的上端穿过所述第一通孔，并连接至第一串联正交双向刀口组件的上部刀口部件；所述第二串联正交双向刀口组件的下部固定于所述杠杆梁的另一端，所述配重的上端穿过所述第二通孔，并连接至所述第二串联正交双向刀口组件的上部刀口部件；所述反向串联正交双向刀口组件的下部刀口部件可插拔地设置于所述梯形槽内，所述测力传感器的另一端穿过所述第三通孔，并连接至所述反向串联正交双向刀口组件的上部。