CN109682568B - 一种翼型高速风洞双天平动态测力装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翼型高速风洞双天平动态测力装置及方法，包括两个测试单元；所述测试单元设置于翼型测试件两侧，包括转窗底板、转动轴、天平、轴承、膜片联轴器和平衡迎角转换器；所述天平设置于转动轴靠近翼型测试件的一端，平衡迎角转换器设置于转动轴的另一端；膜片联轴器、轴承位于天平和平衡迎角转换器之间；翼型测试件穿过转窗底板与天平连接。采用本发明可以实现双天平两端动态同步测试；通过设置轴承和膜片联轴器对天平进行解耦，使得传递到天平的动力只有扭矩，保障天平测量的准确性；通过预先试验消除翼型测试件本身重量和惯性载荷对试验数据的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种翼型高速风洞双天平动态测力装置及方法，属于风洞试验技术领域。
背景技术
在目前国内的翼型高速风洞试验中，采用的是单天平的试验装置，双天平的风洞试验装置采用双天平两端同步测试；并且由于天平属于半刚性连接，当加载气动力之后，翼型变形引起的位移通过天平、从动杆传导到连杆机构上，会导致连杆的圆周运动不能稳定在一个平面上，最终导致运动机构的失稳，从而不能保证了天平测量值的准确度。因此需要对天平进行解耦，消除失稳对天平的影响。
在翼型高速风洞试验中天平不仅记录气动载荷，同样记录翼型本身的重量，并且翼型与天平为结合的一体；此外，在振荡状态下，出现的不稳定惯性由天平记录下来，该数据应从试验数据中排除。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种翼型高速风洞双天平动态测力装置及方法，本发明可双天平两端动态同步测试。
本发明采用的技术方案如下：
一种翼型高速风洞双天平动态测力装置，包括两个测试单元；所述测试单元设置于翼型测试件两侧，包括转窗底板、转动轴、天平、轴承、膜片联轴器和平衡迎角转换器；
所述天平设置于转动轴靠近翼型测试件的一端，平衡迎角转换器设置于转动轴的另一端；膜片联轴器、轴承位于天平和平衡迎角转换器之间；翼型测试件穿过转窗底板与天平连接。
作为优选，所述翼型测试件不与转窗底板接触。
作为优选，所述轴承包括一个单轴承和一个轴承组。
作为优选，所述轴承组靠近平衡迎角转换器一端，所述单轴承靠近天平一端。
作为优选，所述轴承组包括固定端轴承和浮动端轴承，固定端轴承安置在靠近天平一侧。
作为优选，所述单轴承为浮动轴承。
作为优选，所述膜片联轴器位于轴承组和单轴承之间。
作为优选，所述测试单元还包括电位计，电位计位于转动轴上靠近平衡迎角转换器一侧。
作为优选，还包括固定轴承的轴承座和支撑柱。
作为优选，所述平衡迎角转换器与激励器相连，激励器为驱动电机、减速器和连杆组成的驱动装置。
本发明还提供一种翼型高速风洞双天平动态测力方法，包括：
步骤1：试验前对天平进行校正，得到天平的校正系数，可用校正系数进一步处理天平收集到的数据确定翼型的载荷数据升力Y、阻力X和俯仰力矩Mz；
步骤2：将翼型测试件两端与双天平测试装置的天平A和天平B安装连接；
步骤3：设置平衡迎角，振荡幅度和振荡频率，进行预先试验①在无风速无翼型振荡下进行翼型测试；②在无风速有翼型振荡下进行翼型测试；得到惯性载荷数据Yin、Xin、Mzin;
步骤4：在试验风速V下测试不同实时平衡迎角下翼型振荡的气动载荷信息，得到升力YA和YB，阻力XA和XB，俯仰力矩MzA和MzA；
步骤5：数据处理，翼型的总载荷为：Y总=YA+YB，X总=XA+XB，Mz总=MzA-MzB;去除惯性载荷的影响，得到翼型气动载荷Y=Y总-Yin，X=X总- Xin，Mz=Mz总- Mzin；
步骤6：设置不同平衡迎角，重复步骤3-5，测试不同平衡迎角下翼型气动载荷Y、X和 Mz；
步骤7：设置不同振荡幅度，重复步骤3-5，测试不同振荡幅度下翼型气动载荷Y、X和 Mz；
步骤8：设置不同振荡频率，重复步骤3-5，测试不同振荡频率下翼型气动载荷Y、X和 Mz。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：可以实现双天平两端动态同步测试；通过设置轴承和膜片联轴器对天平进行解耦，使得传递到天平的动力只有扭矩，保障天平测量的准确性；通过预先试验消除翼型测试件本身重量和惯性载荷对试验数据的影响。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是翼型高速风洞双天平动态测力装置。
图中标记：1-天平、2-膜片联轴器、3-平衡迎角转换器、4-转窗底板、5-轴承组、6-单轴承、7-电位计、8-轴承座、9-支撑柱、10-翼型测试件、51-固定端轴承、52-浮动端轴承。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，本实施例的一种翼型高速风洞双天平动态测力装置，包括左右两端对称设置的测试单元，两个测试单元中间用于放置翼型测试件10；测试单元包括转动轴，转动轴靠近翼型测试件10的一端设置天平1，转动轴的另一端设置平衡迎角转换器3，在靠近平衡迎角转换器3一侧设置电位计7，平衡迎角转换器3与驱动机构连接；转动轴靠近天平1一端设置浮动单轴承6，靠近平衡迎角转换器3一端设置轴承组5，轴承组5包括靠近平衡迎角转换器3的浮动端轴承52和靠近天平1的固定端轴承51，并设有固定轴承的轴承座8，轴承座8和支撑柱9连接，浮动单轴承6和轴承组5之间设置膜片联轴器2；翼型测试件10穿过转窗底板4后与两端的天平1连接，并且翼型测试件10不与转窗底板4接触。
需要说明的是，为了满足试验需求，作用在天平上的力最好完全来源于气动载荷与振荡运动负载，但天平属于半刚性连接，当加载气动力之后，翼型变形引起的位移通过天平——从动杆传导到连杆机构上，会导致连杆的圆周运动不能稳定在一个平面上，最终导致运动机构的失稳，造成天平测试结果失真。本装置中设计有膜片联轴器，使得从驱动装置传递来的动力只有扭矩，将翼型固接的天平解耦，翼型振荡带来的载荷均传递到天平上，天平对侧支撑轴承为轴承座轴承的固定端，同时翼型也穿过转窗底板，仅与天平接触，保证了天平测量值的准确度。
本发明还提供一种翼型高速风洞双天平动态测力方法，包括：
步骤1：试验前对天平进行校正，得到天平的校正系数，可用校正系数进一步处理天平收集到的数据确定翼型的载荷数据升力Y、阻力X和俯仰力矩Mz；
步骤2：将翼型测试件两端与双天平测试装置的天平A和天平B安装连接；
步骤3：设置平衡迎角，振荡幅度和振荡频率，进行预先试验①在无风速无翼型振荡下进行翼型测试；②在无风速有翼型振荡下进行翼型测试；得到惯性载荷数据Yin、Xin、Mzin;
步骤4：在试验风速V下测试不同实时平衡迎角下翼型振荡的气动载荷信息，得到升力YA和YB，阻力XA和XB，俯仰力矩MzA和MzA；
步骤5：数据处理，翼型的总载荷为：Y总=YA+YB，X总=XA+XB，Mz总=MzA-MzB;去除惯性载荷的影响，得到翼型气动载荷Y=Y总-Yin，X=X总- Xin，Mz=Mz总- Mzin；
步骤6：设置不同平衡迎角，重复步骤3-5，测试不同平衡迎角下翼型气动载荷Y、X和 Mz；
步骤7：设置不同振荡幅度，重复步骤3-5，测试不同振荡幅度下翼型气动载荷Y、X和 Mz；
步骤8：设置不同振荡频率，重复步骤3-5，测试不同振荡频率下翼型气动载荷Y、X和 Mz
综上所述，采用本发明的有益效果是：可以实现双天平两端动态同步测试；通过设置轴承和膜片联轴器对天平进行解耦，使得传递到天平的动力只有扭矩，保障天平测量的准确性；通过预先试验消除翼型测试件本身重量和惯性载荷对试验数据的影响，使得试验结论更准确。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (5)
1.一种翼型高速风洞双天平动态测力装置，其特征在于：包括两个测试单元；所述测试单元设置于翼型测试件(10)两侧，包括转窗底板(4)、转动轴、天平(1)、轴承、膜片联轴器(2)和平衡迎角转换器(3)；
所述天平(1)设置于转动轴靠近翼型测试件(10)的一端，平衡迎角转换器(3)设置于转动轴的另一端；膜片联轴器(2)、轴承位于天平(1)和平衡迎角转换器(3)之间；翼型测试件(10)穿过转窗底板(4)与天平(1)连接；
所述轴承包括一个单轴承(6)和一个轴承组(5)，所述膜片联轴器(2)位于轴承组(5)和单轴承(6)之间，所述单轴承(6)为浮动轴承；
所述轴承组(5)靠近平衡迎角转换器(3)一端，所述单轴承(6)靠近天平(1)一端；
所述轴承组(5)包括固定端轴承(51)和浮动端轴承(52)，固定端轴承(51)安置在靠近天平(1)一侧。
2.如权利要求1所述的翼型高速风洞双天平动态测力装置，其特征在于：所述翼型测试件(10)不与转窗底板(4)接触。
3.如权利要求1所述的翼型高速风洞双天平动态测力装置，其特征在于：所述测试单元还包括电位计(7)，电位计(7)位于转动轴上靠近平衡迎角转换器(3)一侧。
4.如权利要求1所述的翼型高速风洞双天平动态测力装置，其特征在于：还包括固定轴承的轴承座(8)和支撑柱(9)。
5.一种翼型高速风洞双天平动态测力方法，使用如权利要求1-4任一项所述的翼型高速风洞双天平动态测力装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：试验前对天平进行校正，得到天平的校正系数，可用校正系数进一步处理天平收集到的数据确定翼型的载荷数据升力Y、阻力X和俯仰力矩Mz；
步骤2：将翼型测试件两端与双天平动态测力装置的天平A和天平B安装连接；
步骤3：设置平衡迎角，振荡幅度和振荡频率，进行预先试验①在无风速无翼型振荡下进行翼型测试；②在无风速有翼型振荡下进行翼型测试；得到惯性载荷数据Yin、Xin、Mzin；
步骤4：在试验风速V下测试不同实时平衡迎角下翼型振荡的气动载荷信息，得到升力YA和YB，阻力XA和XB，俯仰力矩MzA和MzA；
步骤5：数据处理，翼型的总载荷为：Y总＝YA+YB，X总＝XA+XB，Mz总＝MzA-MzB；去除惯性载荷的影响，得到翼型气动载荷Y＝Y总-Yin，X＝X总-Xin，Mz＝Mz总-Mzin；
步骤6：设置不同平衡迎角，重复步骤3-5，测试不同平衡迎角下翼型气动载荷Y、X和Mz；
步骤7：设置不同振荡幅度，重复步骤3-5，测试不同振荡幅度下翼型气动载荷Y、X和Mz；
步骤8：设置不同振荡频率，重复步骤3-5，测试不同振荡频率下翼型气动载荷Y、X和Mz。
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