CN110487507A - 一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平 - Google Patents

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    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G01M9/062—Wind tunnel balances; Holding devices combined with measuring arrangements

Abstract

一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，属于航空气动力风洞试验技术领域，本发明由多个所述环形连接件与多个弧形连接件交替同轴布置并通过连接块相连，位于尾端的弧形连接件通过连接块与用于固定短舱的环形固定件相连，环形连接件端面上圆周阵列布置有多个凹槽，凹槽内设置有应变梁，应变梁通过连接块与弧形连接件一端相连，应变梁上安装有应变片。本发明采用八个应变梁将测量感应应力放大，同时利用应变梁与弧形连接件连接的大刚度特性来提高天平的整体刚度。通过短舱拉、压应变梁得到测量应力，利用应变片在感应各载荷时的变形方向的不同，进行组合实现各载荷的力的分解，进而实现对各载荷的测量。

Description

一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平
技术领域
本发明涉及航空气动力风洞试验技术领域，尤其涉及一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平。
背景技术
面对日益激烈的国际竞争，减小民用客机的巡航阻力，提升其经济性能显得越发重要。短舱作为民机的重要组成部分，其内流的阻力大小将对飞机总体阻力系数具有重要的影响。有必要针对不同的短舱的内流阻力进行深入研究，研究手段主要是CFD计算法与风洞试验测量法。目前风洞内阻测量主要是采用测压耙进行压力的测量，但测压耙存在对通气模型管道出口处的气流产生干扰、测点固定捕获流场信息误差大的问题。为此需要开展短舱内阻测力天平研究，进行短舱内流阻力直接测量，以提高测量的精准度。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，进而提供了一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平。
一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，包括环形连接件、弧形连接件、环形固定件和连接块，多个所述环形连接件与多个弧形连接件交替同轴布置并通过连接块相连，位于尾端的弧形连接件通过连接块与用于固定短舱的环形固定件相连；
所述环形连接件端面上圆周阵列布置有多个凹槽，凹槽内设置有应变梁，应变梁通过连接块与弧形连接件一端相连；
所述应变梁上安装有应变片。
进一步，所述环形连接件端面上圆周阵列布置有四个凹槽。
进一步，所述包括环形连接件、应变梁、弧形连接件、环形固定件和连接块一体加工成型。
进一步，相邻两个环形连接件之间设置有两个上下对称的弧形连接件。
进一步，所述弧形连接件为四分之一圆环。
本发明有益效果：
本发明采用八个应变梁将测量感应应力放大，同时利用应变梁与弧形连接件连接的大刚度特性来提高天平的整体刚度；通过短舱拉、压应变梁得到测量应力，利用应变片在感应各载荷时的变形方向的不同，进行组合实现各载荷的力的分解，进而实现对各载荷的测量。本发明的五分量应变天平总体结构布局比较合理，天平在粘贴组桥后较好的实现了天平各测量量的独立分离，天平的刚度得到了较大的提高，本新型通过连接不同的短舱以实现测量不同构型短舱在试验中的气动力测量。
附图说明
图1是本发明的安装位置示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是图2中A的局部放大图；
图中1-环形连接件，2-弧形连接件，3-环形固定件，4-连接块，5-安装支架，11-凹槽，12-应变梁，13-应变片。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一：结合图1至图3说明本实施例，一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，包括环形连接件1、弧形连接件2、环形固定件3和连接块4，多个环形连接件1 与多个弧形连接件2交替同轴布置并通过连接块4相连，位于尾端的弧形连接件2通过连接块4与用于固定短舱的环形固定件3相连；优选地，连接块4的结构为方形块用于连接环形连接件1与弧形连接件2，进一步地，连接块4与环形连接件1一体成型，两个连接件之间设置有连接块，避免待测力发生转移分散，使测量结果更加准确，环形连接件1 端面上圆周阵列布置有多个凹槽11，凹槽11内设置有应变梁12，应变梁12通过连接块 4与弧形连接件2一端相连；
应变梁12上安装有应变片13；位于每个应变梁12上均安装有四个应变片13组成了八个独立的弯矩测量电桥，通过八个电桥的组合得到测量的五个分量的载荷；左端的环形连接件1连接有安装支架5，安装支架5便于固定安装整个五分量应变天平，环形固定件 3用于固定连接短舱，环形固定件3通过外锁紧螺母螺接在五分量天平元件的前端，通过该天平外锁紧螺母将五分量天平元件与模型主体锁紧。环形连接件1的右端面通过多个连接块4与弧形连接件2的左端相连，弧形连接件2的右端，通过多个连接块4与环形固定件3的左端连接，环形连接件1、弧形连接件2和环形固定件3同轴设置，如此设置，实现了天平各测量量的独立分离，天平的刚度得到了较大的提高。
优选地，天平材料为F141，其他盖板以及短舱模型材料为30CrMnSiA。采用材料力学经验公式对天平各测量元件尺寸进行调整及优化后采用有限元法进行验证计算。天平各元设计应变达到150με满足风洞应变天平的设计规范要求。
进一步优化，环形连接件1端面上圆周阵列布置有四个凹槽11，如此便可安装有八个应变梁12；环形连接件1、应变梁12、弧形连接件2、环形固定件3和连接块4一体加工成型，相邻两个环形连接件1之间设置有两个上下对称的弧形连接件2，弧形连接件2为四分之一圆环。
工作原理：
在天平受载情况下，测量元件应变梁12均产生弯曲变形，通过在应变梁12上进行粘贴应变片，组成八个独立的弯矩测量电桥，通过八个电桥的组合得到测量的五个分量的载荷，进行组桥后将变形转换为电压信号，从而实现对气动力的测量。
组桥后天平各力计算公式见公式：
X＝FX(ΔU1+ΔU2+ΔU3+ΔU4+ΔU5+ΔU6+ΔU7+ΔU8) (1)
Mz＝FMz(-ΔU1-ΔU2+ΔU3+ΔU4-ΔU5-ΔU6+ΔU7+ΔU8) (2)
Y＝FY(ΔU1+ΔU2-ΔU3-ΔU4+ΔU5+ΔU6-ΔU7-ΔU8) (3)
My＝FMy(-ΔU1+ΔU2-ΔU3+ΔU4-ΔU5-ΔU6+ΔU7+ΔU8) (4)
Z＝FZ(ΔU1-ΔU2+ΔU3-ΔU4+ΔU5-ΔU6+ΔU7-ΔU8) (5)
公式(1)～公式(5)中，Y、Mz、X、Z、My是天平测量的五分量载荷，FX、 FMz、FY、FMy、FZ是天平各载荷分量的系数矩阵，ΔU1、ΔU2、ΔU3、ΔU4、ΔU5、ΔU6、ΔU7、ΔU8是天平八个弯曲梁的桥路输出电压。
具体到本次试验，天平设计载荷为
载荷 符号 范围(N，Nm)
升力 Y 40
俯仰力矩 Mz 3.6
侧力 Z 40
偏航力矩 My 1.8
轴向力 X 40

Claims (5)

1.一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，其特征在于，包括环形连接件(1)、弧形连接件(2)、环形固定件(3)和连接块(4)，多个所述环形连接件(1)与多个弧形连接件(2)交替同轴布置并通过连接块(4)相连，位于尾端的弧形连接件(2)通过连接块(4)与用于固定短舱的环形固定件(3)相连；
所述环形连接件(1)端面上圆周阵列布置有多个凹槽(11)，所述凹槽(11)内设置有应变梁(12)，所述应变梁(12)通过连接块(4)与弧形连接件(2)一端相连；
所述应变梁(12)上安装有应变片(13)。
2.根据权利要求1所述的一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，其特征在于，所述环形连接件(1)端面上圆周阵列布置有四个凹槽(11)。
3.根据权利要求2所述的一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，其特征在于，所述包括环形连接件(1)、应变梁(12)、弧形连接件(2)、环形固定件(3)和连接块(4)一体加工成型。
4.根据权利要求3所述的一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，其特征在于，相邻两个环形连接件(1)之间设置有两个上下对称的弧形连接件(2)。
5.根据权利要求4所述的一种用于短舱内阻测力试验的五分量应变天平，其特征在于，所述弧形连接件(2)为四分之一圆环。
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