CN110207944A - 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置 - Google Patents

一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110207944A
CN110207944A CN201910563542.2A CN201910563542A CN110207944A CN 110207944 A CN110207944 A CN 110207944A CN 201910563542 A CN201910563542 A CN 201910563542A CN 110207944 A CN110207944 A CN 110207944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
balance
splined shaft
wind
dummy vehicle
spline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910563542.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110207944B (zh
Inventor
刘森
蒋坤
闫卫锋
吴晋鹏
陈燕兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Original Assignee
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA filed Critical China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority to CN201910563542.2A priority Critical patent/CN110207944B/zh
Publication of CN110207944A publication Critical patent/CN110207944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110207944B publication Critical patent/CN110207944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置，所述的装置包括花键母、花键轴、风洞天平；花键轴一端与天平支杆连接，另一端与风洞天平锥端连接；风洞天平的平端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，至少两个花键母与飞行器模型内壁固连，用于支撑飞行器模型且能够在花键轴上滑动，保证花键母与花键轴之间只有一个轴向移动自由度。

Description

一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置
技术领域
本发明涉及风洞测力实验，尤其适用于面对称飞行器模型零度迎角情况下的阻力测量，属于风洞实验技术领域。
背景技术
风洞天平是风洞实验过程中，测量飞行器模型气动载荷最核心的部件。然而，由于天平本身的结构特点，升力、侧力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩对阻力测量存在干扰，难以完全消除，测量结果存在一定误差；对于某些具有更高阻力测量精度要求的飞行器而言，内置六分量天平的常规测量方法已无法满足阻力测量要求，因此，需设计新的测量方法，以进一步减小阻力测量误差。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种精确测量飞行器零阻的方法及装置。
本发明的技术解决方案是：一种风洞实验高精度阻力测量方法，通过下述方式实现：
通过限制风洞实验过程中飞行器模型除轴向方向外其余五个方向的自由度，采用单分量轴向力天平测量风洞实验过程中的飞行器模型的阻力。
优选的，所述的方法适用于飞行器模型在-5°～5°攻角范围内的风洞实验。
一种风洞实验高精度阻力测量装置，包括花键母、花键轴、风洞天平；
花键轴一端与天平支杆连接，另一端与风洞天平锥端连接；风洞天平的平端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，至少两个花键母与飞行器模型内壁固连，用于支撑飞行器模型且能够在花键轴上滑动，保证花键母与花键轴之间只有一个轴向移动自由度。
优选的，所述天平支杆、花键轴、花键母、单分量轴向力天平和飞行器模型的中心线重合。
优选的，所述风洞天平为单分量轴向力天平。
优选的，所述的单分量轴向力天平包括带有中心通孔的内芯、中空外套；
所述的内芯包括等直径段和锥段，中空外套为等直径的圆环结构，中空外套套装在所述内芯的等直径段外，二者之间通过支撑梁和弹性梁连接，所述的支撑梁和弹性梁均周向均布，弹性梁上贴应变片组成惠斯通全桥电路；中空外套一端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，内芯的锥段与花键轴一端连接。
优选的，所述的单分量轴向力天平一体成型。
优选的，所述锥段的锥度1:(5-20)，优选1：10。
优选的，所述的花键母与飞行器模型内壁之间通过键配合固定。
优选的，所述的花键轴上沟槽数量不少于2个。
本发明与现有技术相比有益效果为：
通过设计单分量轴向力天平，依次组装天平支杆、花键轴和花键母、天平、飞行器模型，并使花键母与模型配合固连，模型所受除轴向力外的气动载荷，全部通过花键母作用在花键轴上，单分量轴向力天平只测量模型的阻力，从而避免了其他分量对阻力测量的干扰。该方法尤其适用于面对称结构飞行器的零阻测量，能够有效减小阻力测量误差，提高精度。
1、使用滚珠花键和花键轴组合形式，可抑制除轴向移动自由度外其余五个自由度；
2、花键轴与花键母组合承受了除轴向力外的其余分量载荷，使风洞天平轴向单元测量梁变形不受干扰；
3、风洞天平只承受轴向载荷，解耦过程中，没有其余分量载荷的干扰；
4、风洞天平设计成单分量，相比六分量天平，具有高一个量级的灵敏度和精度；
5、单独轴向力天平采用十字梁式结构，刚度大，测量敏感，安装时，无需考虑安装方向；
6、单独轴向力天平平端面与风洞试验模型连接时，采用平面接触方式，可有效避免花键轴、花键母与模型组装时存在的装配不同轴问题。
附图说明
图1为本发明所提供的模型零阻测量方法示意图；
图2为模型与天平连接局部示意图；
图3为单独轴向力天平三维结构示意图；
图4为单独轴向力天平剖面示意图；
图中：1、天平支杆，2、花键轴，3、花键母，4、单分量轴向力天平，5、飞行器模型，6、螺栓，7、键，41、内芯，42、前支撑梁，43、弹性梁，44、后支撑梁，45、外套。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作详细说明。
本发明针对具有更高阻力测量精度要求的飞行器采用内置六分量天平的常规测量方法已无法满足阻力测量要求的现状，从原理创新的角度通过限制风洞实验过程中飞行器模型除轴向方向外其余五个方向的自由度，采用单分量轴向力天平测量风洞实验过程中的飞行器模型的阻力。本发明方法适用于飞行器模型在-5°～5°攻角范围内的风洞实验，尤其适用于面对称飞行器模型零度迎角情况下的阻力测量。
图1、2给出一种实现上述方法的阻力测量装置，包括花键母3、花键轴2、风洞天平4；天平支杆1与花键轴2，花键轴2与天平4之间采用锥配合，并用楔子固定；花键母3与花键轴2之间是滑动配合，花键母3沿着花键轴2上的沟槽移动；花键轴上沟槽数量不少于2个。风洞天平4自由端面与飞行器模型5接触，并靠螺栓6拉紧；同时，飞行器模型5与花键母3通过键7固连，用于支撑飞行器模型且能够在花键轴上滑动，保证花键母与花键轴之间只有一个轴向移动自由度。最终，保证天平支杆1、花键轴2、风洞天平3和飞行器模型5的中心线重合。
本例中给出的风洞天平为单分量轴向力天平。如图3、4所示，单分量轴向力天平包括带有中心通孔的内芯41、中空外套45；
所述的内芯包括等直径段和锥段，中空外套为等直径的圆环结构，中空外套套装在所述内芯的等直径段外，二者之间通过支撑梁(前支撑梁42、后支撑梁44)和弹性梁43连接，所述的支撑梁和弹性梁均周向均布，弹性梁上贴应变片组成惠斯通全桥电路；中空外套一端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，内芯的锥段与花键轴一端连接。单分量轴向力天平一体成型。
上述锥段的锥度1:(5-20)，优选1：10。
本发明中不局限于应用花键轴和花键母组合，类似具有单一滑动自由度的组合机构均可使用。
本发明中花键母与飞行器模型的连接不局限使用键固定，任何能够固连二者的连接方式(比如销连接)均可使用。
在本发明的某一具体应用实例中，风洞试验模型为完全轴对称模型，在零度迎角状态，风洞试验过程中，只有轴向载荷。考虑摩擦的影响，风洞试验模型所受气动阻力等于天平测得载荷与花键轴和花键母之间的摩擦力。花键轴和花键母之间的摩擦系数为0.001，摩擦力为风洞试验模型的重力与摩擦系数的乘积，在本实施例中，模型重力153.5N，由此产生的摩擦力为0.1535N，而测得阻力为31.56N，摩擦力占天平测得阻力的4.8‰；而常规的六分量天平阻力受干扰输出通常在5.0‰左右，由此可推算采用六分量天平测量零度迎角状态下的阻力，其误差在0.7675N左右，占天平测得阻力的2.4％；因此，采用本发明，可有效提高风洞试验模型阻力的测量精度。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种风洞实验高精度阻力测量方法，其特征在于通过下述方式实现：
通过限制风洞实验过程中飞行器模型除轴向方向外其余五个方向的自由度，采用单分量轴向力天平测量风洞实验过程中的飞行器模型的阻力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的方法适用于飞行器模型在-5°～5°攻角范围内的风洞实验。
3.一种风洞实验高精度阻力测量装置，其特征在于：包括花键母、花键轴、风洞天平；
花键轴一端与天平支杆连接，另一端与风洞天平锥端连接；风洞天平的平端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，至少两个花键母与飞行器模型内壁固连，用于支撑飞行器模型且能够在花键轴上滑动，保证花键母与花键轴之间只有一个轴向移动自由度。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述天平支杆、花键轴、花键母、单分量轴向力天平和飞行器模型的中心线重合。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述风洞天平为单分量轴向力天平。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的单分量轴向力天平包括带有中心通孔的内芯、中空外套；
所述的内芯包括等直径段和锥段，中空外套为等直径的圆环结构，中空外套套装在所述内芯的等直径段外，二者之间通过支撑梁和弹性梁连接，所述的支撑梁和弹性梁均周向均布，弹性梁上贴应变片组成惠斯通全桥电路；中空外套一端面与飞行器模型内部垂直飞行器模型中心线的一平面接触并固定，内芯的锥段与花键轴一端连接。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的单分量轴向力天平一体成型。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述锥段的锥度1:(5-20)，优选1：10。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的花键母与飞行器模型内壁之间通过键配合固定。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的花键轴上沟槽数量不少于2个。
CN201910563542.2A 2019-06-26 2019-06-26 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置 Active CN110207944B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910563542.2A CN110207944B (zh) 2019-06-26 2019-06-26 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910563542.2A CN110207944B (zh) 2019-06-26 2019-06-26 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110207944A true CN110207944A (zh) 2019-09-06
CN110207944B CN110207944B (zh) 2021-04-13

Family

ID=67794822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910563542.2A Active CN110207944B (zh) 2019-06-26 2019-06-26 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110207944B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111024361A (zh) * 2019-12-19 2020-04-17 中国航天空气动力技术研究院 一种通气测力试验模型内阻测量装置及测量方法
CN111141479A (zh) * 2020-02-13 2020-05-12 北京航空航天大学 一种提高平板摩擦阻力测量精度的试验装置
CN111397838A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 轴对称通气模型气动力测量试验装置及使用方法
CN112051027A (zh) * 2020-09-16 2020-12-08 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种超声速风洞模型两自由度支撑装置
CN113295367A (zh) * 2021-04-29 2021-08-24 中国航天空气动力技术研究院 一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074567A (en) * 1977-05-06 1978-02-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Low interaction wind tunnel balance
CN101183039A (zh) * 2007-11-30 2008-05-21 中国航天空气动力技术研究院 一种具有抑制结构的天平系统
CN102889973A (zh) * 2012-09-29 2013-01-23 中国航天空气动力技术研究院 一种基于机械轴承支撑的高精度滚转力矩测量装置
CN207423487U (zh) * 2017-11-07 2018-05-29 中国航天空气动力技术研究院 一种高精度滚转力矩单独测量装置
CN108398228A (zh) * 2017-12-27 2018-08-14 中国航天空气动力技术研究院 一种气浮式应变天平
CN108896269A (zh) * 2018-03-29 2018-11-27 中国航天空气动力技术研究院 一种高精度轴向力测量风洞应变天平
US10267708B2 (en) * 2017-05-18 2019-04-23 The Boeing Company Wind tunnel balance and method of use

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074567A (en) * 1977-05-06 1978-02-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Low interaction wind tunnel balance
CN101183039A (zh) * 2007-11-30 2008-05-21 中国航天空气动力技术研究院 一种具有抑制结构的天平系统
CN102889973A (zh) * 2012-09-29 2013-01-23 中国航天空气动力技术研究院 一种基于机械轴承支撑的高精度滚转力矩测量装置
US10267708B2 (en) * 2017-05-18 2019-04-23 The Boeing Company Wind tunnel balance and method of use
CN207423487U (zh) * 2017-11-07 2018-05-29 中国航天空气动力技术研究院 一种高精度滚转力矩单独测量装置
CN108398228A (zh) * 2017-12-27 2018-08-14 中国航天空气动力技术研究院 一种气浮式应变天平
CN108896269A (zh) * 2018-03-29 2018-11-27 中国航天空气动力技术研究院 一种高精度轴向力测量风洞应变天平

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫万方等: "基于减小轴向力测量干扰的高精度测力天平研制", 《试验流体力学》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111024361A (zh) * 2019-12-19 2020-04-17 中国航天空气动力技术研究院 一种通气测力试验模型内阻测量装置及测量方法
CN111024361B (zh) * 2019-12-19 2021-12-07 中国航天空气动力技术研究院 一种通气测力试验模型内阻测量装置及测量方法
CN111141479A (zh) * 2020-02-13 2020-05-12 北京航空航天大学 一种提高平板摩擦阻力测量精度的试验装置
CN111141479B (zh) * 2020-02-13 2021-02-23 北京航空航天大学 一种提高平板摩擦阻力测量精度的试验装置
CN111397838A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 轴对称通气模型气动力测量试验装置及使用方法
CN111397838B (zh) * 2020-04-03 2021-09-07 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 轴对称通气模型气动力测量试验装置及使用方法
CN112051027A (zh) * 2020-09-16 2020-12-08 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种超声速风洞模型两自由度支撑装置
CN113295367A (zh) * 2021-04-29 2021-08-24 中国航天空气动力技术研究院 一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置
CN113295367B (zh) * 2021-04-29 2022-08-12 中国航天空气动力技术研究院 一种风洞试验模型阻力高精度测量的电磁天平装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110207944B (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110207944A (zh) 一种风洞实验高精度阻力测量方法及装置
CN108181083B (zh) 应用于低密度风洞的小量程高升阻比测力天平
CN101183039B (zh) 一种具有抑制结构的天平系统
US10267708B2 (en) Wind tunnel balance and method of use
CN203037441U (zh) 单分量杆式低速铰链力矩测量装置
CN111189610B (zh) 一种用于高超声速风洞高升阻比模型的组合测力天平
CN102889973B (zh) 一种基于机械轴承支撑的高精度滚转力矩测量装置
CN105823615B (zh) 一种机械轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置
CN205748868U (zh) 一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置
CN103969021B (zh) 飞机螺旋桨推力与扭矩测量天平
CN204085839U (zh) 一种双端测力装置
CN111175014B (zh) 一种用于旋翼气动载荷精确测量的天平系统及方法
CN112362294B (zh) 一种同轴并联式轴向载荷测量的高精度风洞测力天平
CN108398228B (zh) 一种气浮式应变天平
CN106644367A (zh) 一种复合式大阻力风洞应变天平
CN106546380A (zh) 一种无级空间标准矢量力校准装置
CN105806586A (zh) 一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置
CN106768816B (zh) 一种尾振动的俯仰动导数实验测量装置
CN109141933B (zh) 一种轮毂式传感器测力系统
CN108398230B (zh) 一种应用于飞行器部件测力的片式六分量天平
CN108106812A (zh) 一种用于推力校准的测力系统
CN110207942A (zh) 一种浮动框型风洞应变天平
CN211234908U (zh) 一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平
CN204988678U (zh) 一种片式铰链力矩天平
CN111189609A (zh) 一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant