CN109341917B - 用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置 - Google Patents

用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置。它包括扭矩测量装置和杠杆测量装置，所述扭矩测量装置包括驱动设备和第一扭矩检测设备，所述驱动设备的旋转驱动端通过第一扭矩检测设备与舵轴顶部固定连接，舵轴底部与水洞内的转动舵固定连接；所述杠杆测量装置包括传力杆、框架和支座，所述框架底部固定于水洞内的固定翼上，传力杆一端通过第二扭矩传检测设备与框架顶部固定连接，传力杆另一端通过拉压力检测设备与支座顶部固定连接，传力杆的中部支点与支座顶部活动连接。本发明利用杠杆将舵翼组合操纵面所受横向力与舵轴所受扭矩分离出来，使用拉压力传感器和扭矩传感器分别测量横向力和舵轴扭矩，提高了测量精度。

Description

用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置
技术领域
本发明属于翼型结构模型的性能研究技术领域，具体涉及一种用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置。
背景技术
现有的水洞舵力测量装置一般用三分力天平测量，因为三分力天平不能在水中使用，所以需要对传力杆做水密处理或使用较长的传力杆从而将三分力天平置于不会浸水的较高位置。水密处理处与传力杆的接触会影响舵力测量精度，使用较长的传力杆会使三分力天平受极大弯矩，对测量精度产生不利影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，利用杠杆将舵翼组合操纵面所受横向力与舵轴所受扭矩分离出来，使用可靠性比三分力天平更好的应变片和扭矩传感器进行测量，提高测量精度。
本发明采用的技术方案是：一种用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，包括用于测量舵轴扭矩的扭矩测量装置和用于分离及测量舵翼组合操纵面所受横向力的杠杆测量装置，所述扭矩测量装置包括用于驱动舵轴转动的驱动设备和第一扭矩检测设备，所述驱动设备的旋转驱动端通过第一扭矩检测设备与舵轴顶部固定连接，舵轴底部与水洞内的转动舵固定连接；所述杠杆测量装置包括传力杆、框架、支座、用于检测框架与传力杆一端之间扭矩的第二扭矩检测设备和用于检测传力杆另一端与支座之间拉压力的拉压力检测设备，所述框架底部固定于水洞内的固定翼上，传力杆一端通过第二扭矩检测设备与框架顶部固定连接，传力杆另一端通过拉压力检测设备与支座顶部固定连接，传力杆的中部支点与支座顶部活动连接，传力杆能够在平行于支座顶面的平面内相对支座旋转。
作为优选，所述驱动设备通过支架固定于框架顶部，所述舵轴穿过所述框架并能够相对框架做旋转运动。
作为优选，所述舵轴上端通过上轴承与框架顶部连接，舵轴下端通过下轴承与框架底部连接，所述下轴承为水密轴承。
作为优选，所述传力杆连接第二扭矩检测设备的一端与传力杆中部支点之间的长度为所述舵翼组合操纵面长度的5-10倍。
作为优选，所述传力杆的中部支点与支座之间设有支点轴承和支点轴，支点轴承外圈固定于支座上、内圈与支点轴固定连接，支点轴顶部与传力杆固定连接。
作为优选，所述传力杆与拉压力传感器连接的一端设有配重块。
作为优选，所述框架外侧设有围井，所述围井底部固定于水洞顶板上。
作为优选，所述支座固定于水洞的顶板上。
作为优选，所述第一扭矩检测设备和第二扭矩检测设备均为扭矩传感器，所述拉压力检测设备为拉压力传感器。
本发明的有益效果是：
1、利用杠杆将舵翼组合操纵面所受横向力与舵轴所受扭矩分离出来，使用可靠性比三分力天平更好的应变片和扭矩传感器进行测量，测量精度高。
2、由于本实验装置不需要进行水密处理，不会受到水密处理对测量精度的影响，提高了测量精度。
3、在完成一个舵角的测量后，通过驱动设备使舵轴及转动舵转动一定角度达到下一个舵角，从而可以不拆卸实验装置就完成一种舵翼组合操纵面全部舵角的测量，提高了实验效率，并且可以开展转动舵非定常运动中的水动力测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处局部放大图。
图3为图1中B处局部放大图。
图4为图1中C处的局部侧视图。
图中：1-驱动设备；2-第一扭矩检测设备；3-上轴承；4-支架；5-围井；6-舵轴；7-下轴承；8-传力杆；9-支点轴承；10-支点轴；11-拉压力检测设备；12-第二扭矩检测设备；13-支座；14-顶板；15-固定翼；16-转动舵；17-框架；18-测量口；19-舵翼组合操纵面；20-配重块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1-4所示，本发明用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，包括用于测量舵轴扭矩的扭矩测量装置和用于分离及测量舵翼组合操纵面所受横向力的杠杆测量装置，所述扭矩测量装置包括用于驱动舵轴转动的驱动设备1和第一扭矩检测设备2，所述杠杆测量装置包括传力杆8、框架17、支座13、用于检测框架与传力杆一端之间扭矩的第二扭矩检测设备12和用于检测传力杆另一端与支座之间拉压力的拉压力检测设备11，驱动设备1通过支架4固定于框架17顶部，所述驱动设备1的旋转驱动端通过第一扭矩检测设备2与舵轴6顶部固定连接，所述舵轴6底部穿过框架17与水洞内的转动舵16固定连接，舵轴6上端通过上轴承3与框架17顶部连接，舵轴6下端通过下轴承7与框架17底部连接，所述下轴承7为水密轴承，这样驱动设备1驱动舵轴6旋转时，舵轴6能够相对框架17做旋转运动。所述框架17底部固定于水洞内的固定翼15上，所述支座13固定于水洞的顶板14上，传力杆8一端通过第二扭矩检测设备12与框架17顶部固定连接，传力杆8另一端通过拉压力检测设备11与支座13顶部固定连接，传力杆8的中部支点与支座13顶部活动连接，传力杆8能够在平行于支座顶面的平面内相对支座13旋转，具体为传力杆8的中部支点与支座13之间设有支点轴承9和支点轴10，支点轴承9外圈固定于支座13上、内圈与支点轴10固定连接，支点轴10顶部与传力杆8固定连接。所述转动舵16顶面和固定翼15顶面形成的舵翼组合操纵面19与所述传力杆8平行布置。驱动设备1优选为伺服电机，第一扭矩检测设备2和第二扭矩检测设备12优选为扭矩传感器，所述拉压力检测设备11优选为拉压力传感器。
上述方案中，为保证较高的测量精度，传力杆连接第二扭矩检测设备的一端与传力杆的中部支点之间的长度L1为所述舵翼组合操纵面19长度L2的5-10倍。传力杆8与拉压力检测设备11连接的一端设有配重块20，能够使传力杆左右两端重量对支点处的重量矩平衡。框架17外侧设有围井5，所述围井5底部固定于水洞顶板14上，围井5高度与框架17高度相同，围井5采用较大的高度，保证水洞加满水后水不会从围井溢出。
在使用本装置对舵翼组合操纵面的横向力和舵轴扭矩进行测量时，先将固定翼15安装到框架17上，将转动舵16安装到舵轴6上，保证舵翼组合操纵面19与所述传力杆8平行，然后使用拉压力检测设备11和两个扭矩检测设备进行测量，通过三个检测设备的测量结果，计算得到舵翼组合操纵面横向力大小及其纵向位置，以及转动舵舵轴扭矩。水洞内水流流动方向为纵向，垂直水流流动方向且平行于地面为横向。
使用本实验装置测量舵翼组合操纵面横向力的原理是：通过第二扭矩检测设备12测得传力杆8一端扭矩，通过拉压力检测设备11测得传力杆8另一端拉压力，并根据第二扭矩检测设备12到中部支点的距离和拉压力检测设备11到中部支点的距离可以计算得到舵翼组合操纵面的横向力以及其纵向位置。第一扭矩检测设备2可以直接测得舵轴扭矩。
在完成一个舵角的测量后，通过驱动设备1使舵轴6及转动舵16转动一定角度达到下一个舵角，从而可以不拆卸实验装置就完成一种舵翼组合操纵面全部舵角的测量，提高了实验效率。
由于本实验装置不需要进行水密处理，不会受到水密处理对测量精度的影响，提高了测量精度。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：包括用于测量舵轴扭矩的扭矩测量装置和用于分离及测量舵翼组合操纵面所受横向力的杠杆测量装置，所述扭矩测量装置包括用于驱动舵轴转动的驱动设备(1)和第一扭矩检测设备(2)，所述驱动设备(1)的旋转驱动端通过第一扭矩检测设备(2)与舵轴(6)顶部固定连接，舵轴(6)底部与水洞内的转动舵(16)固定连接；所述杠杆测量装置包括传力杆(8)、框架(17)、支座(13)、用于检测框架(17)与传力杆(8)一端之间扭矩的第二扭矩检测设备(12)和用于检测传力杆(8)另一端与支座(13)之间拉压力的拉压力检测设备(11)，所述框架(17)底部固定于水洞内的固定翼(15)上，传力杆(8)一端通过第二扭矩检测设备(12)与框架(17)顶部连接，传力杆(8)另一端通过拉压力检测设备(11)与支座(13)顶部连接，传力杆(8)的中部支点与支座(13)顶部活动连接，传力杆(8)能够在平行于支座顶面的平面内相对支座(13)旋转；所述传力杆(8)连接第二扭矩检测设备(12)的一端与传力杆中部支点之间的长度L1为所述舵翼组合操纵面(19)长度L2的5-10倍。
2.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述驱动设备(1)通过支架(4)固定于框架(17)顶部，所述舵轴(6)穿过所述框架(17)并能够相对框架做旋转运动。
3.根据权利要求2所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述舵轴(6)上端通过上轴承(3)与框架(17)顶部连接，舵轴(6)下端通过下轴承(7)与框架(17)底部连接，所述下轴承(7)为水密轴承。
4.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述传力杆(8)的中部支点与支座(13)之间设有支点轴承(9)和支点轴(10)，支点轴承(9)外圈固定于支座(13)上、内圈与支点轴(10)固定连接，支点轴(10)顶部与传力杆(8)固定连接。
5.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述传力杆(8)与拉压力检测设备(11)连接的一端设有配重块(20)。
6.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述框架(17)外侧设有围井(5)，所述围井(5)底部固定于水洞顶板(14)上。
7.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述支座(13)固定于水洞的顶板(14)上。
8.根据权利要求1所述的用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置，其特征在于：所述第一扭矩检测设备(2)和第二扭矩检测设备(12)均为扭矩传感器，所述拉压力检测设备(11)为拉压力传感器。
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