CN106768791B - 一种微量风洞天平 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微量风洞天平，包括：一个变截面异形梁、一个底座，所述变截面异形梁为L型，分为水平横梁和立梁，水平横梁端部具有模型安装定位端面及尖状突起，用来安装固定气动力测试模型，水平横梁和立梁上开有若干槽口作为应变测量区域；所述异形梁的立梁底端固定于所述底座上。本发明针对稀薄气体风洞环境的微力测量，设计了一种微量风洞天平以及测试原理。该天平主体弹性元件由变截面异形梁构成，采用高灵敏度应变测试技术，可以测量弹性元件若干区域的应变；通过反演计算可获得mN量级的气动阻力、升力和偏航力，及相应量级的俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩，共计六个分量。

Description

一种微量风洞天平
技术领域
本发明涉及一种风洞测试装置，具体涉及一种微量风洞天平。
背景技术
风洞天平是用来测量飞行器(模型)气动力的重要风洞测试装置，但是目前的风洞天平都不能同时测量六个分量(mN量级的气动阻力、升力和偏航力，及相应量级的俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩)的微小力和力矩。
所以亟需一种能同时测量六个分量的微量风洞天平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同时测量六个分量的微量风洞天平。
为了解决上述问题，本发明提供一种微量风洞天平，包括：
一个变截面异形梁、一个底座，所述变截面异形梁为L型，分为水平横梁和立梁立梁，水平横梁端部具有模型安装定位端面及尖状突起，用来安装固定气动力测试模型，水平横梁和立梁上开有若干槽口作为应变测量区域；所述异形梁的立梁底端固定于所述底座上。
进一步，所述异形梁截面为十字型，即具有正交的加强筋。
进一步，所述风洞天平还具有一个压块,与所述底座固定在一起，用来增加稳定性。
进一步，所述水平横梁位于Z轴负向，立梁位于Y轴负向，二者相互垂直，加强筋分别位于XOY、XOZ、YOZ平面内。
进一步，所述槽口为6个，水平横梁上4个，其中2个位于XOZ平面内，2个位于YOZ平面内；立梁上2个，其中1个位于XOY平面内，1个位于YOZ平面内。
进一步，每个测量区域设置4个测点，即设置4个应变片组成一个惠斯登电桥，测量绕槽口轴向的弯曲应变。
相对于现有技术，本发明具有下列技术效果：
本发明针对稀薄气体风洞环境的微力测量，设计了一种微量风洞天平以及测试原理。该天平主体弹性元件由变截面异形梁构成，采用高灵敏度应变测试技术，可以测量弹性元件若干区域的应变；通过反演计算可获得mN量级的气动阻力、升力和偏航力，及相应量级的俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩，共计六个分量。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一：
如图1所示，本发明提供一种微量风洞天平，包括：一个变截面异形梁1、一个底座2，变截面异形梁1为L型，分为水平横梁11和立梁12，水平横梁11端部具有模型安装定位端面111及尖状突起112，用来安装固定气动力测试模型(图中未示出)，水平横梁11和立梁12上开有若干槽口113作为应变测量区域；异形梁的立梁12底端固定于底座2上。
风洞天平还具有一个压块3,与底座2固定在一起，用来增加稳定性。
异形梁截面为十字型，即具有正交的加强筋。
水平横梁11位于Z轴负向，立梁12位于Y轴负向，二者相互垂直，加强筋分别位于XOY、XOZ、YOZ平面内。
槽口113为6个，水平横梁11上4个，其中2个位于XOZ平面内，2个位于YOZ平面内；立梁12上2个，其中1个位于XOY平面内，1个位于YOZ平面内。
每个测量区域设置4个测点，即设置4个应变片组成一个惠斯登电桥，测量槽口区域轴向的弯曲应变。
测试原理
1)天平主体结构包括一个变截面异形梁、一个底座和一个压块，如图1所示。以标准紧固件连接压块和底座，将异形梁夹持固定在相应的位置。气动力测试模型安装在异形梁水平段前端部，模型与异形梁端部刚性连接；模型承受的气动力和气动力矩将传递、作用到异形梁上。
2)异形梁作为测量气动阻力、升力、偏航力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩的弹性元件。异形梁主体上由正交的两块薄板或壳组成，梁上加工若干槽口作为应变测量区域。
3)气动阻力Fz、升力Fy、偏航力Fx、俯仰力矩Mx、偏航力矩My和滚转力矩Mz的共同作用将导致异形梁发生复合弯曲，以应变片测量各区域P1、P2、P3、P4、P5和P6的弯曲应变。每个测量区域四个测点，其中P1、P2、P3和P4感应弯曲产生的Z方向拉伸/压缩应变，P5和P6感应弯曲产生的Y方向拉伸/压缩应变。
4)将每个测量区域四个应变片组成一个惠斯登电桥，使测量区域P1、P3和P6桥压输出对应弹性元件以X轴为转动轴的弯曲、P2和P4对应以Y轴为转动轴的弯曲、P5对应以Z轴为转动轴的弯曲，而其它变形引起的桥压输出自行抵消。从而，可基于弹性梁弯曲理论从测量区域应变计算气动力分量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微量风洞天平，其特征在于，包括：
一个变截面异形梁、一个底座，所述变截面异形梁为L型，分为水平横梁和立梁，水平横梁端部具有模型安装定位端面及尖状突起，用来安装固定气动力测试模型，水平横梁和立梁上开有若干槽口作为应变测量区域；所述异形梁的立梁底端固定于所述底座上。
2.如权利要求1所述的风洞天平，其特征在于：
所述异形梁截面为十字型，即具有正交的加强筋。
3.如权利要求2所述的风洞天平，其特征在于：
所述风洞天平还具有一个压块,与所述底座固定在一起，用来增加稳定性。
4.如权利要求3所述的风洞天平，其特征在于：
所述水平横梁位于Z轴负向，立梁位于Y轴负向，二者相互垂直，加强筋分别位于XOY、XOZ、YOZ平面内。
5.如权利要求4所述的风洞天平，其特征在于：
所述槽口为6个，水平横梁上4个，其中2个位于XOZ平面内，2个位于YOZ平面内；立梁上2个，其中1个位于XOY平面内，1个位于YOZ平面内。
6.如权利要求5所述的风洞天平，其特征在于：
每个测量区域设置4个测点，即设置4个应变片组成一个惠斯登电桥，测量槽口区域轴向的弯曲应力。
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