CN113029509B - 一种激波风洞推力测量试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激波风洞推力测量试验装置，包括支撑座、天平、模型天平转接件、整流罩以及加速度计。支撑座、天平、模型天平转接件由下至上依次设置，整流罩固定安装在支撑座上，并围设在天平和模型天平转接件外侧，且整流罩内壁不与天平和模型天平转接件相接触。加速度计安装于天平上。本发明提供的激波风洞推力测量装置，使用两个天平组合测量作用在模型上的推力，通过调整两个天平之前的距离，可适应不同长度模型推力测量的要求，天平的适应性较好，节约了天平的制作成本，通过加速度计对测量信号进行补偿，满足了激波风洞极短有效试验时间的测量需求。

Description

一种激波风洞推力测量试验装置
技术领域
本发明属于空气动力试验技术领域，涉及一种激波风洞推力测量试验装置。
背景技术
在燃烧冲压发动机的研制中，发动机推力的优化是研究者关注的重点。因此，在地面试验设备中进行发动机推力的测量是超燃冲压发动机研究中的一个重要方向。在脉冲型激波风洞中开展超燃冲压发动机推力测量试验是获得高马赫数超燃冲压发动机推力的一个重要手段。澳大利亚昆士兰大学T4激波风洞均开展了应力波天平超燃冲压发动机推力测量试验，日本HIEST自由活塞激波风洞上使用加速度计自由飞测力试验技术进行了超燃冲压发动机推力的测量试验。
但采用应力波天平和加速度计自由飞测量试验均需要将模型悬挂安装在试验段壁面上，当试验模型较大时，悬挂安装方式对试验段的强度具有较高的要求。
此外，真实飞行器在飞行时，飞行器表面的温度在高速气流的作用下迅速升高，为了测量模型避免的温度对气动力测量结果的影响，需要对模型进行预加热。当对模型加热时，采用内式天平的时候，天平的敏感元件将置于模型的温度场之内，在温度效应下，将影响气动力测量结果。
发明内容
针对现有发动机推力测量技术中，悬挂安装方式对试验段强度要求高且燃烧室高温影响天平测量准确度的问题，本发明的目的在于提供一种激波风洞推力测量试验装置，该试验装置可直接安装模型，且天平置于发动机燃烧室外面，可有效避免燃烧室高温对天平测量结果的影响，能够在毫秒量级实现对超过3m量级的试验模型推力的精确测量。
为达到上述目的，本发明提供的一种激波风洞推力测量试验装置，包括支撑座、天平、模型天平转接件、整流罩以及加速度计；
所述支撑座包括底板和两个固定设置于底板上的天平安装座，每个天平安装座上安装一组天平；
所述天平包括上连接板、下连接板、若干支撑柱、两组敏感梁以及敏感元件，所述支撑柱的上端部、下端部分别通过弹性铰链与上连接板、下连接板相连接；两组敏感梁沿天平长度方向对称设置在上连接板、下连接板之间的两侧，敏感梁包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ以及力敏梁，立柱Ⅰ、立柱Ⅱ固定设置在上连接板与下连接板之间，所述力敏梁的左端部、右端部分别通过弹性铰链与立柱Ⅰ、立柱Ⅱ相连接；对应每根力敏梁安装一个加速度计，用于对天平的测量信号进行补偿；所述敏感元件粘贴在力敏梁上，用于测量力敏梁的变形，从而测量作用在模型表面的气动力；
所述模型天平转接件与天平的上连接板固定连接，天平通过模型天平转接件与模型进行连接；
所述整流罩固定安装在支撑座上，并围设在天平和模型天平转接件外侧，且整流罩内壁不与天平和模型天平转接件相接触。
上述激波风洞推力测量试验装置，该试验装置还包括角度楔块，所述角度楔块安装于模型与模型天平转接件之间。当需要在有攻角情况下测量模型上的气动力时，通过该角度楔块即可实现。
上述激波风洞推力测量试验装置，所述模型天平转接件主要作为天平和模型之间的连接件，通过该模型天平转接件将模型安装于该试验装置上，如此即无需将模型悬挂安装在试验段壁面上。在满足模型天平转接件前述作用的基础上，对于模型天平转接件的具体结果并没有特殊的限制，可以采用本领域中常规的连接件设计结构。在本发明中，优选模型天平转接件呈横、纵截面均为工字型的结构，该结构连接稳定性更强。
上述激波风洞推力测量试验装置，所述整流罩的作用是将敏感元件与试验气流隔离，从而降低试验气流对天平敏感元件的影响。整流罩的前端优选为楔形结构，整流罩的后端设有走线孔，走线孔用于测量信号线的引出。前端呈楔形结构是对天平的外形结构的进一步优化，降低天平结构试验测量的影响。进一步地，所述整流罩优选由若干拼接板拼接而成，可通过螺钉或其它常规固定方式固定连接成为一个整体。
上述激波风洞推力测量试验装置，所述敏感元件的作用主要是测量力敏梁的变形，从而测量作用在模型表面的气动力，因而敏感元件可以采用本领域常规使用的敏感于其间，如压电片或半导体应变片中的一种。
上述激波风洞推力测量试验装置，所述支撑座的底板主要作用一是安装天平安装座，其次通过螺钉连接的方式可与风洞的攻角机构固定连接。底板的形状并没有特殊限制，即可呈一体式的长方形结构，也可以采用由底板Ⅰ和底板Ⅱ组成的分体式结构，当为分体式结构时，两个天平安装座分别安装于底板Ⅰ和底板Ⅱ上。采用分体式结构，可以更方便的调节两组天平之间的间距，进而适应不同长度的模型，满足不同长度模型推力测量的要求。更一步地，天平安装座的主要作用是安装天平，因而在满足安装天平的基础上，其结构可以采用常规设计，如整体呈方体结构，或由柱体和安装面板组成，均可。
上述激波风洞推力测量试验装置，通过两个天平组合测量作用在模型上的推力，优选地，当模型的长度大于三倍天平长度时，采用两组天平进行推力的测量，当模型的长度小于或等于模型长度三倍时，采用一组天平进行测量；当采用两组天平测量时，作用在模型上的推力为两组天平测量得到的气动力(即推力)之和。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：
1.本发明提供的激波风洞推力测量试验装置，通过两组天平组合测量作用在模型上的推力，通过调整两个天平之前的距离，即可适应不同长度模型推力测量的要求，天平的适应性更好，且节约了天平的制作成本。
2.本发明提供的激波风洞推力测量装置，通过加速度计对天平的测量信号进行补偿，提高了天平在脉冲风洞的适应性，满足了激波风洞极短有效试验时间的测量需求；且天平置于发动机燃烧室外面，有效避免了燃烧室高温对天平测量结果的影响，测量具有高的准确性。
3.本发明提供的激波风洞推力测量装置，整体结构简单合理，模型通过转接件即与天平相连接，对试验段的强度无特殊的要求，其能够在毫秒量级实现对超过3m量级的试验模型推力的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
图1为本发明的激波风洞推力测量装置装配立体图(无整流罩)；
图2为本发明的激波风洞推力测量装置装配立体图(有整流罩)；
图3为本发明的激波风洞推力测量装置在有攻角情况下的装配立体图(有整流罩)；
图4为天平结构立体图；
图5为天平的敏感梁结构局部示意图；
图6为整流罩安装示意图；
图7为支撑座结构立体图；
图8为模型天平转接件结构立体图；
图9为整流罩结构立体图；
图10为支撑座呈分体式结构的立体图。
附图标记说明：1、支撑座；2、天平；3、模型天平转接件；4、流罩；5、加速度计；6、模型；7、上连接板；8、下连接板；9、支撑柱；10、力敏梁；11、弹性铰链；12、加速度计安装孔；13、敏感元件；14、走线孔；15、角度楔块；16、天平安装座；17、底板。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例中，一种激波风洞推力测量试验装置如图1-2所示，包括支撑座1、天平2、模型天平转接件3、整流罩4以及加速度计5。
如图7所示，支撑座1包括底板17和两个固定安装于底板17上的天平安装座16，每个天平安装座16上安装一组天平2。底板17呈一体式的长方形结构。两个天平安装座16沿底板17长度方向(亦即模型长度方向)平行设置。天平安装座16由两个呈长方体结构的主体和安装面板组成。底板17通过螺钉连接的方式与风洞的攻角机构固定连接。
如图4-5所示，天平2包括上连接板7、下连接板8、六个支撑柱9、两组敏感梁以及敏感元件13。下连接板8通过螺钉连接的方式与天平安装座16的安装面板固定连接。每三个支撑柱9为一组，两组支撑柱9分别设置在上连接板7和下连接板8之间的左右两侧。支撑柱9的上端部、下端部分别通过弹性铰链11与上连接板7、下连接板8相连接。两组敏感梁沿天平2长度方向对称设置在上连接板7、下连接板8之间的前后两侧。敏感梁包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ以及力敏梁10，立柱Ⅰ、立柱Ⅱ固定设置在上连接板7与下连接板8之间，力敏梁10的左端部、右端部分别通过弹性铰链11与立柱Ⅰ、立柱Ⅱ相连接。
如图5所示，每个力敏梁10上均设置有一个加速度计安装孔12，对应每个力敏梁10，加速度计5通过加速度计安装孔12安装于力敏梁10上，用于对天平2的测量信号进行补偿。敏感元件13粘贴在力敏梁10上，用于测量力敏梁10的变形，从而测量作用在模型6表面的气动力。敏感元件13为压电片或半导体应变片中的一种。
如图8所示，模型天平转接件3与天平2的上连接板7固定连接，天平2通过模型天平转接件3与模型6进行连接。模型天平转接件3呈横、纵截面均为工字型的结构。
如图6和图9所示，整流罩4固定安装在支撑座1上，并围设在天平2和模型天平转接件3外侧，且整流罩4内壁不与天平2和模型天平转接件3相接触。整流罩4无上、下端面，其前端为楔形结构，后端设有走线孔14，走线孔14用于测量信号线的引出。整流罩4由多张拼接板拼接而成，通过螺钉固定连接成为一个整体。
该激波风洞推力测量试验装置通过两个天平2组合测量作用在模型6上的推力，当模型6的长度大于三倍天平2长度时，采用两组天平2进行推力的测量，当模型6的长度小于或等于模型6长度三倍时，采用一组天平2进行测量；当采用两组天平2测量时，作用在模型6上的推力为两组天平2测量得到的推力之和。
实施例2
本实施例中，一种激波风洞推力测量试验装置如图3所示，包括支撑座1、天平2、模型天平转接件3、整流罩4、加速度计5以及角度楔块15。
如图7所示，支撑座1包括底板17和两个固定安装于底板17上的天平安装座16，每个天平安装座16上安装一组天平2。底板17呈一体式的长方形结构。两个天平安装座16沿底板17长度方向(亦即模型长度方向)平行设置。天平安装座16由两个呈长方体结构的主体和安装面板组成。底板17通过螺钉连接的方式与风洞的攻角机构固定连接。
如图4-5所示，天平2包括上连接板7、下连接板8、六个支撑柱9、两组敏感梁以及敏感元件13。下连接板8通过螺钉连接的方式与天平安装座16的安装面板固定连接。每三个支撑柱9为一组，两组支撑柱9分别设置在上连接板7和下连接板8之间的左右两侧。支撑柱9的上端部、下端部分别通过弹性铰链11与上连接板7、下连接板8相连接。两组敏感梁沿天平2长度方向对称设置在上连接板7、下连接板8之间的前后两侧。敏感梁包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ以及力敏梁10，立柱Ⅰ、立柱Ⅱ固定设置在上连接板7与下连接板8之间，力敏梁10的左端部、右端部分别通过弹性铰链11与立柱Ⅰ、立柱Ⅱ相连接。
如图5所示，每个力敏梁10上均设置有一个加速度计安装孔12，对应每个力敏梁10，加速度计5通过加速度计安装孔12安装于力敏梁10上，用于对天平2的测量信号进行补偿。敏感元件13粘贴在力敏梁10上，用于测量力敏梁10的变形，从而测量作用在模型6表面的气动力。敏感元件13为压电片或半导体应变片中的一种。
如图8所示，模型天平转接件3与天平2的上连接板7固定连接，天平2通过模型天平转接件3与模型6进行连接。模型天平转接件3呈横、纵截面均为工字型的结构。角度楔块15安装于模型6与模型天平转接件3之间。当需要在有攻角情况下测量模型6上的气动力时，通过该角度楔块15即可实现。
如图6和图9所示，整流罩4固定安装在支撑座1上，并围设在天平2和模型天平转接件3外侧，且整流罩4内壁不与天平2和模型天平转接件3相接触。整流罩4无上、下端面，其前端为楔形结构，后端设有走线孔14，走线孔14用于测量信号线的引出。整流罩4由多张拼接板拼接而成，通过螺钉固定连接成为一个整体。
该激波风洞推力测量试验装置通过两个天平2组合测量作用在模型6上的推力，当模型6的长度大于三倍天平2长度时，采用两组天平2进行推力的测量，当模型6的长度小于或等于模型6长度三倍时，采用一组天平2进行测量；当采用两组天平2测量时，作用在模型6上的推力为两组天平2测量得到的推力之和。
实施例3
本实施例中，一种激波风洞推力测量试验装置如图1-2所示，包括支撑座1、天平2、模型天平转接件3、整流罩4以及加速度计5。
如图10所示，支撑座1包括底板17和两个固定安装于底板17上的天平安装座16，每个天平安装座16上安装一组天平2。底板17由底板Ⅰ和底板Ⅱ组成的分体式结构，两个天平安装座16分别安装于底板Ⅰ和底板Ⅱ上。两个天平安装座16沿底板17长度方向平行设置。天平安装座16由两个呈长方体结构的主体和安装面板组成。底板Ⅰ和底板Ⅱ通过螺钉连接的方式沿模型6长度方向与风洞的攻角机构固定连接。
如图4-5所示，天平2包括上连接板7、下连接板8、六个支撑柱9、两组敏感梁以及敏感元件13。下连接板8通过螺钉连接的方式与天平安装座16的安装面板固定连接。每三个支撑柱9为一组，两组支撑柱9分别设置在上连接板7和下连接板8之间的左右两侧。支撑柱9的上端部、下端部分别通过弹性铰链11与上连接板7、下连接板8相连接。两组敏感梁沿天平2长度方向对称设置在上连接板7、下连接板8之间的前后两侧。敏感梁包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ以及力敏梁10，立柱Ⅰ、立柱Ⅱ固定设置在上连接板7与下连接板8之间，力敏梁10的左端部、右端部分别通过弹性铰链11与立柱Ⅰ、立柱Ⅱ相连接。
如图5所示，每个力敏梁10上均设置有一个加速度计安装孔12，对应每个力敏梁10，加速度计5通过加速度计安装孔12安装于力敏梁10上，用于对天平2的测量信号进行补偿。敏感元件13粘贴在力敏梁10上，用于测量力敏梁10的变形，从而测量作用在模型6表面的气动力。敏感元件13为压电片或半导体应变片中的一种。
如图8所示，模型天平转接件3设置于天平2与模型6之间，模型天平转接件3与天平2的上连接板7固定连接，天平2通过模型天平转接件3与模型6进行连接。模型天平转接件3呈横、纵截面均为工字型的结构。
如图6和图9所示，整流罩4固定安装在支撑座1上，并围设在天平2和模型天平转接件3外侧，且整流罩4内壁不与天平2和模型天平转接件3相接触。整流罩4无上、下端面，其前端为楔形结构，后端设有走线孔14，走线孔14用于测量信号线的引出。整流罩4由多张拼接板拼接而成，通过螺钉固定连接成为一个整体。
该激波风洞推力测量试验装置通过两个天平2组合测量作用在模型6上的推力，当模型6的长度大于三倍天平2长度时，采用两组天平2进行推力的测量，当模型6的长度小于或等于模型6长度三倍时，采用一组天平2进行测量；当采用两组天平2测量时，作用在模型6上的推力为两组天平2测量得到的推力之和。

Claims (7)

1.一种激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，包括支撑座(1)、天平(2)、模型天平转接件(3)、整流罩(4)以及加速度计(5)；
所述支撑座(1)包括底板(17)和两个固定设置于底板(17)上的天平安装座(16)，每个天平安装座(16)上安装一组天平(2)；
所述天平(2)包括上连接板(7)、下连接板(8)、若干支撑柱(9)、两组敏感梁以及敏感元件(13)，所述支撑柱(9)的上端部、下端部分别通过弹性铰链(11)与上连接板(7)、下连接板(8)相连接；两组敏感梁沿天平(2)长度方向对称设置在上连接板(7)、下连接板(8)之间的两侧，敏感梁包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ以及力敏梁(10)，立柱Ⅰ、立柱Ⅱ固定设置在上连接板(7)与下连接板(8)之间，所述力敏梁(10)的左端部、右端部分别通过弹性铰链(11)与立柱Ⅰ、立柱Ⅱ相连接；对应每根力敏梁(10)安装一个加速度计(5)，用于对天平(2)的测量信号进行补偿；所述敏感元件(13)粘贴在力敏梁(10)上，用于测量力敏梁(10)的变形，从而测量作用在模型(6)表面的气动力；
所述模型天平转接件(3)与天平(2)的上连接板(7)固定连接，天平(2)通过模型天平转接件(3)与模型(6)进行连接；
所述整流罩(4)固定安装在支撑座(1)上，并围设在天平(2)和模型天平转接件(3)外侧，且整流罩(4)内壁不与天平(2)和模型天平转接件(3)相接触。
2.根据权利要求1所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，该试验装置还包括角度楔块(15)，所述角度楔块(15)安装于模型(6)与模型天平转接件(3)之间，用于测量攻角情况下作用在模型(6)表面的气动力。
3.根据权利要求1所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，所述模型天平转接件(3)呈横、纵截面均为工字型的结构。
4.根据权利要求1所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，所述整流罩(4)的前端为楔形结构，整流罩(4)的后端设有走线孔(14)，走线孔(14)用于测量信号线的引出。
5.根据权利要求1所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，所述整流罩(4)由若干拼接板拼接而成。
6.根据权利要求1-5任一所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，所述敏感元件(13)采用压电片或半导体应变片。
7.根据权利要求1-5任一所述的激波风洞推力测量试验装置，其特征在于，所述支撑座(1)的底板(17)呈一体式的长方形结构，或由底板Ⅰ和底板Ⅱ组成的分体式结构，当为分体式结构时，两个天平安装座(16)分别安装于底板Ⅰ和底板Ⅱ上。
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