CN111189609A - 一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平 - Google Patents

一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平。该天平为中空杆状环式结构，从前至后依次包括前锥段、中间直段、后锥段和法兰盘。前锥段的前端沿天平的轴线设置有拉紧螺纹孔，拉紧螺纹孔的后方设置有与常规杆式天平前锥段配装的前端内锥面和平键槽孔。中间直段上设置有滚转力矩Mx的天平设计中心面，在天平设计中心面两侧周向0°和180°的位置处，对称分布有滚转力矩├形梁，90°和270°位置处设置有多片支撑梁；滚转力矩├形梁水平段的截面面积从天平设计中心面向外线性变小；滚转力矩├形梁水平段上粘贴有测量滚转力矩Mx的应变计。该天平结构简单，装卸方便，既可以单独使用，也可以与常规杆式天平配合使用，提高了使用效率。

Description

一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平。
背景技术
小滚转力矩测量技术在飞行器高超声速风洞试验中有着广泛和迫切的需求，如小型化弹头在再入大气层的过程中由于弹头表面烧蚀会产生外形的不对称，从而使弹头产生一小滚转力矩。当弹头滚转速率与俯仰速率接近时，容易发生滚转共振；当弹头的滚转速率接近零时，将导致弹头落点精度下降，而滚转速率直接同滚转力矩相关。国外在战略导弹的研制过程中都发生过由于小滚转力矩导致导弹损坏或落点精度下降的事故。因此，弹头的再入气动特性，特别是小滚转力矩特性的预测精度问题，是飞行器设计中必须解决的关键技术问题。所以，在高超声速风洞试验中设计高精度滚转天平测量小滚转力矩，为导弹的滚控设计提供依据就显得尤为重要。目前高超声速风洞试验中的小滚转力矩测量技术主要有以下两种方式：
一是用气浮轴承、液体轴承或者机械珠轴承支撑通过自由滚转的方法测量滚转力矩；
二是采用六分量天平测量气动力和力矩，获取模型滚转力矩特性。
方式一由于要结合气浮轴承或者机械轴承，装置结构复杂，加工精度要求高，试验成本高，试验步骤复杂，因此适用范围有一定的局限性。
方式二在测量高升力小滚转力矩模型气动特性时，滚转力矩相对于其他分量小一个量级以上，各个分量设计量程严重不匹配，为保证天平整体刚度，滚转力矩测量单元灵敏度则会受限；且高升力小滚转力矩模型的其他分量载荷较大，对滚转力矩的干扰较大，因此，常规的应变天平很难完全解决天平元件的整体刚度与滚转力矩元件灵敏度要求之间的矛盾。
当前，亟需发展一种专用的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平。
本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特点是，所述的单分量杆状环式滚转力矩天平为中空杆状环式结构，从前至后依次包括前锥段、中间直段、后锥段和法兰盘；
所述的前锥段前端沿单分量杆状环式滚转力矩天平的轴线设置有拉紧螺纹孔，拉紧螺纹孔后方设置有与常规杆式天平前锥段配装的前端内锥面；前锥段上还设置有与常规杆式天平周向定位的平键槽孔；
所述的中间直段上设置有滚转力矩Mx的天平设计中心面，天平设计中心面两侧设置有两组前后对称的滚转力矩Mx测量区，每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向0°和180°的位置处，即天平设计中心面两侧设置有滚转力矩├形梁；每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向90°和270°位置处设置有多片支撑梁；滚转力矩├形梁水平段的截面面积从天平设计中心面向外线性变小；滚转力矩├形梁水平段上粘贴有测量滚转力矩Mx的应变计；沿滚转力矩├形梁水平段向前锥段延伸的线条上开有走线槽。
所述的单分量杆状环式滚转力矩天平材质为F141钢材。
所述的前锥段锥度为1:5。
所述的后锥段锥度为1:10。
所述的法兰盘的法兰端面上沿圆周方向分布有通孔。
所述的应变计为中温应变计。
需要注意的是，本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平在室温至工作温度范围内，需要对天平进行零点温飘补偿，补偿后天平温度漂移满足GJB 2244A-2011《风洞应变天平规范》要求。
本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平专用于测量滚转力矩Mx，滚转力矩Mx设计量程可达1N.m，具有很高的滚转力矩Mx灵敏度，解决了常规天平由于各分量量程严重不匹配，滚转力矩Mx单元灵敏度受限的难题。
本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平采用的滚转力矩├形梁水平段的截面面积从天平设计中心面向外线性变小的结构形式，变截面等应变├型结构降低了应变计贴片位置精度要求。
本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平采用的滚转力矩├形梁上下方设置多片支撑梁的结构形式，能够承担较大的法向和侧向载荷，既可用于测量弹头小滚转力矩Mx，也可用于测量高升阻比外形模型小滚转力矩Mx。
本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平结构简单，装卸方便，既可以单独使用，也可以与其他常规杆式天平配合使用，提高了使用效率。
附图说明
图1为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平的立体图；
图2为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平的主视图；
图3为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平的剖视图；
图4为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平中的多片支撑梁局部放大图；
图5为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平中的滚转力矩├形梁局部放大图；
图6为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平单独使用装配图；
图7为本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平与常规杆式天平配合使用装配图。
图中，201.多片支撑梁202.滚转力矩├形梁203.平键槽孔204.前端内锥面205.拉紧螺纹孔206.前锥段207.走线槽208.天平设计中心面209.后锥段210.法兰盘211.中间直段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1～3所示，本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平为中空杆状环式结构，从前至后依次包括前锥段206、中间直段211、后锥段209和法兰盘210；
所述的前锥段206前端沿单分量杆状环式滚转力矩天平的轴线设置有拉紧螺纹孔205，拉紧螺纹孔205后方设置有与常规杆式天平前锥段206配装的前端内锥面204；前锥段206上还设置有与常规杆式天平周向定位的平键槽孔203；
所述的中间直段211上设置有滚转力矩Mx的天平设计中心面208，天平设计中心面208两侧设置有两组前后对称的滚转力矩Mx测量区，每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向0°和180°的位置处，即天平设计中心面208两侧设置有滚转力矩├形梁202；如图4所示，每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向90°和270°位置处设置有多片支撑梁201；如图5所示，滚转力矩├形梁202水平段的截面面积从天平设计中心面208向外线性变小；滚转力矩├形梁202水平段上粘贴有测量滚转力矩Mx的应变计；沿滚转力矩├形梁202水平段向前锥段206延伸的线条上开有走线槽207。
所述的单分量杆状环式滚转力矩天平材质为F141钢材。
所述的前锥段206锥度为1:5。
所述的后锥段209锥度为1:10。
所述的法兰盘210的法兰端面上沿圆周方向分布有通孔。
所述的应变计为中温应变计。
实施例1
如图6所示，本实施例的试验风洞为高超声速风洞，试验模型为弹头模型，本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平单独使用，安装在弹头模型内部，法兰盘210通过模型支杆与高超声速风洞支撑机构连接。本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平单独测量弹头模型的Mx。
本实施例的弹头模型可更换为高升阻比外形模型。
实施例2
如图7所示，本实施例的试验风洞为高超声速风洞，试验模型为弹头模型，本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平与常规杆式天平配合使用，套装在常规杆式天平外部，与常规杆式天平一起安装在弹头模型内部，常规杆式天平通过模型支杆与高超声速风洞支撑机构连接。本发明的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平测量弹头模型的Mx，常规杆式天平测量弹头模型的X、Y、Z、My和Mz。

Claims (6)

1.一种高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的单分量杆状环式滚转力矩天平为中空杆状环式结构，从前至后依次包括前锥段(206)、中间直段(211)、后锥段(209)和法兰盘(210)；
所述的前锥段(206)前端沿单分量杆状环式滚转力矩天平的轴线设置有拉紧螺纹孔(205)，拉紧螺纹孔(205)后方设置有与常规杆式天平前锥段(206)配装的前端内锥面(204)；前锥段(206)上还设置有与常规杆式天平周向定位的平键槽孔(203)；
所述的中间直段(211)上设置有滚转力矩Mx的天平设计中心面(208)，天平设计中心面(208)两侧设置有两组前后对称的滚转力矩Mx测量区，每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向0°和180°的位置处，即天平设计中心面(208)两侧设置有滚转力矩├形梁(202)；每组滚转力矩Mx测量区在单分量杆状环式滚转力矩天平周向90°和270°位置处设置有多片支撑梁(201)；滚转力矩├形梁(202)水平段的截面面积从天平设计中心面(208)向外线性变小；滚转力矩├形梁(202)水平段上粘贴有测量滚转力矩Mx的应变计；沿滚转力矩├形梁(202)水平段向前锥段(206)延伸的线条上开有走线槽(207)。
2.根据权利要求1所述的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的单分量杆状环式滚转力矩天平材质为F141钢材。
3.根据权利要求1所述的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的前锥段(206)锥度为1:5。
4.根据权利要求1所述的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的后锥段(209)锥度为1:10。
5.根据权利要求1所述的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的法兰盘(210)的法兰端面上沿圆周方向分布有通孔。
6.根据权利要求1所述的高超声速风洞单分量杆状环式滚转力矩天平，其特征在于，所述的应变计为中温应变计。
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