CN114001915B - 一种板式铰链力矩天平 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式铰链力矩天平，包括：模型端，其为长方体结构，其上开设有矩形槽，模型端固定连接有测量舵；测量元件，其包括测量元件Ⅰ和测量元件Ⅱ，其中测量元件Ⅰ与模型端固定连接；固定端，其为凹型结构，固定端固定安装在模型本体上，且固定端的凹型结构的开口侧朝向测量元件Ⅱ，固定端与测量元件Ⅱ固定连接，测量元件Ⅰ与测量元件Ⅱ之间固定连接有隔板；固定端的前缘与隔板前缘齐平，固定端的内壁与隔板之间设置有缝隙。本发明充分利用模型沿舵面轴向尺寸较大的优势，克服沿舵面转轴径向尺寸小的不足；舵偏角更换简单，定位可靠；五分量铰链力矩天平结构简单、刚度大，测量元件采用等强度梁，应变均匀区大。

Description

一种板式铰链力矩天平

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，更具体地说，本发明涉及一种板式铰链力矩天平。

背景技术

铰链力矩天平是开展铰链力矩风洞试验的核心部件。天平与舵面的连接方式、天平与模型主体的连接方式、舵面的角度变换方式等均与试验数据的精准度密切相关。

飞行器的外形和控制舵的结构形式多种多样，目前没有通用的铰链力矩试验天平结构形式能够满足所有飞行器舵面铰链力矩的试验需求。

目前常用的测量舵安装定位方式主要有以下两种：(1)锥面配合、平键定位、楔键拉紧；(2)测量舵与天平一体加工等。常用的舵偏角变换方式主要有以下两种：(1)角度片定位、螺钉压紧；(2)固定偏角整体加工。天平与测量舵的组合方式也有两种：(1)天平保持不动，改变测量舵的角度；(2)天平与舵面同时转动。

飞行器的外形和控制舵的结构形式多种多样，目前没有通用的铰链力矩试验天平结构形式能够满足所有飞行器舵面铰链力矩的试验需求，本发明主要针对径向尺寸较小、轴向尺寸较大的模型铰链力矩试验，提出一种板式天平结构，在保证舵面与天平、天平与模型主体连接可靠的前提下，装拆方便、定位准确、数据处理简便可靠。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种板式铰链力矩天平，包括：

模型端，其为长方体结构，其上开设有矩形槽，所述模型端固定连接有测量舵；

测量元件，其包括测量元件Ⅰ和测量元件Ⅱ，其中所述测量元件Ⅰ与所述模型端固定连接；

固定端，其为凹型结构，所述固定端固定安装在模型本体上，且所述固定端的凹型结构的开口侧朝向测量元件Ⅱ，所述固定端与测量元件Ⅱ固定连接，所述测量元件Ⅰ与测量元件Ⅱ之间固定连接有隔板；所述固定端的前缘与隔板前缘齐平，所述固定端的内壁与隔板之间设置有缝隙；

所述模型端、测量元件Ⅰ、测量元件Ⅱ、隔板和固定端采用整体加工制成。

优选的是，其中，所述测量元件Ⅰ包括：

四根测量梁Ⅰ，且四根测量梁Ⅰ分为两组，每组测量梁Ⅰ对称布置在靠近板式铰链力矩天平左右对称面的位置；

两根测量梁Ⅱ，其分别布置在远离板式铰链力矩天平左右对称面的两侧；所述测量梁Ⅰ和测量梁Ⅱ的两端分别与模型端和隔板相接；

所述测量元件Ⅱ包括：

六根测量梁Ⅲ，所述六根测量梁Ⅲ的两端分别与隔板和固定端相接；所述六根测量梁Ⅲ分为三组，每组测量梁Ⅲ中的两个测量梁Ⅲ对称布置在板式铰链力矩天平前后对称面的位置，且板式铰链力矩的前后对称面与左右对称面相垂直；其中，两组测量梁Ⅲ对称布置在板式铰链力矩天平左右对称面的两侧，为边缘测量梁Ⅲ组，另一组测量梁Ⅲ布置在隔板和固定端之间的中心位置，为中心测量梁Ⅲ组；

两根矩形测量梁，其两端分别与隔板和固定端相接，两根矩形测量梁分别位于中心测量梁Ⅲ组的外侧。

优选的是，其中，所述测量梁Ⅰ、测量梁Ⅱ、测量梁Ⅲ和矩形测量梁采用等强度梁，且所述测量梁Ⅰ和测量梁Ⅲ的内侧加工有椭圆弧形面。。

优选的是，其中，所述模型端的矩形槽内开设有三个圆柱销孔Ⅰ，且三个圆柱销孔Ⅰ呈三角形排布，所述圆柱销孔Ⅰ中开设有螺钉孔；

所述测量舵包括：舵面，其下端固定连接有舵轴，所述舵轴的下端固定连接有矩形座，所述矩形座安装在模型端的矩形槽中，且所述矩形座开设有圆柱销孔Ⅱ，各个圆柱销孔Ⅱ中开设有直径小于圆柱销孔Ⅱ的圆柱销孔Ⅲ；所述测量舵的矩形座和圆柱销孔Ⅱ、圆柱销孔Ⅲ分别与板式铰链力矩天平的矩形槽和圆柱销孔Ⅰ相配合，即所述圆柱销孔Ⅲ与圆柱销孔Ⅰ相接，且圆柱销孔Ⅲ与圆柱销孔Ⅰ的直径相等，所述圆柱销孔Ⅰ、圆柱销孔Ⅲ、圆柱销孔Ⅱ和螺钉孔中装入螺纹销Ⅰ的方式实现矩形座与固定端的定位拉紧。

优选的是，其中，所述螺纹销Ⅰ的结构包括：

圆柱段Ⅰ，其下端固定设置有圆柱段Ⅱ，所述圆柱段Ⅱ的下端固定设置有螺纹段Ⅰ，所述螺纹段Ⅰ与螺钉孔相适配，所述圆柱段Ⅱ与圆柱销孔Ⅲ和圆柱销孔Ⅰ相适配，所述圆柱段Ⅰ与圆柱销孔Ⅱ相适配。

优选的是，其中，所述固定端凹型槽的两侧分别开设有两个贯穿的阶梯圆柱孔，所述阶梯圆柱孔包括大端孔和与大端孔相接的小端孔，所述固定端与模型本体固定连接的方式为：在阶梯圆柱孔中装入螺纹销Ⅱ，通过螺纹销Ⅱ将板式铰链力矩天平定位拉紧在模型本体上；

所述螺纹销Ⅱ的结构包括：

圆柱段Ⅲ，其下端固定设置有圆柱段Ⅳ，所述圆柱段Ⅳ的下端固定设置有螺纹段Ⅱ，所述圆柱段Ⅳ与小端孔相适配，圆柱段Ⅲ与大端孔相适配。

优选的是，其中，所述固定端的凹型结构侧壁分别开设有两个矩形孔和一个椭圆形孔，所述椭圆形孔位于两个矩形孔之间，且椭圆形孔的上端面和下端面为平面结构，所述椭圆形孔和矩形孔贯穿测量元件Ⅱ和固定端。

优选的是，其中，所述隔板上对称设置有多个走线凹槽。

本发明至少包括以下有益效果：本发明充分利用模型沿舵面轴向尺寸较大的优势，克服沿舵面转轴径向尺寸小的不足；舵偏角更换相对简单，定位可靠；五分量铰链力矩天平结构简单、刚度大，测量元件采用等强度梁，应变均匀区大。本发明在保证舵面与板式铰链力矩天平、铰链力矩天平与模型主体连接可靠的前提下，装拆方便、定位准确、数据处理可靠。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的板式铰链力矩结构示意图；

图2为本发明提供的测量舵的结构示意图；

图3为板式铰链力矩与测量舵、模型本体的连接结构示意图；

图4为板式铰链力矩天平测量元件Ⅰ的结构示意图；

图5为板式铰链力矩天平测量元件Ⅱ的结构示意图；

图6为螺纹销Ⅰ的结构示意图；

图7为螺纹销Ⅱ的结构示意图；

图8为螺纹孔、圆柱销孔Ⅰ、圆柱销孔Ⅲ和圆柱销孔Ⅱ的剖面结构示意图；

图9为阶梯圆柱孔的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-9所示：本发明的一种板式铰链力矩天平，包括：

模型端1，其为长方体结构，其上开设有矩形槽101，所述模型端1固定连接有测量舵2；

测量元件3，其包括测量元件Ⅰ4和测量元件Ⅱ5，其中所述测量元件Ⅰ4与所述模型端1固定连接；

固定端6，其为凹型结构，所述固定端6固定安装在模型本体7上，且所述固定端6的凹型结构的开口侧朝向测量元件Ⅱ5，所述固定端6与测量元件Ⅱ5固定连接，所述测量元件Ⅰ4与测量元件Ⅱ5之间固定连接有隔板8；所述固定端6的前缘与隔板8前缘齐平，所述固定端6的内壁与隔板8之间设置有1mm左右的缝隙；

所述模型端1、测量元件Ⅰ4、测量元件Ⅱ5、隔板8和固定端6采用整体加工制成。

工作原理：如图3所示，将测量舵2安装在板式铰链力矩天平上，并将板式铰链力矩天平固定在模型本体7上，进行铰链力矩测量试验；测量元件Ⅰ4用于测量板式铰链力矩天平的侧向力、偏航力矩和滚转力矩，测量元件Ⅱ5用于测量板式铰链力矩天平的法向力和俯仰力矩。图1中，板式铰链力矩天平的模型端1设计成一个长方体结构，其长宽高分别为50mm，23mm和16mm，矩形槽101的长宽高分别为36mm、17.5mm和9mm。本发明提供的板式铰链力矩天平采用整体加工方式，实现了板式铰链力矩天平尺寸小型化的目的，从而使得板式铰链力矩天平可充分利用模型沿舵面轴向尺寸较大的优势，克服沿舵面转轴径向尺寸小的不足；这样结构设置的板式铰链力矩天平，使得舵偏角更换相对简单，定位更为可靠；五分量铰链力矩天平结构简单、刚度大，测量元件采用等强度梁，应变均匀区大。本发明在保证舵面与板式铰链力矩天平、板式铰链力矩天平与模型主体连接可靠的前提下，装拆方便、定位准确、数据处理可靠。

在上述技术方案中，所述测量元件Ⅰ4包括：

四根测量梁Ⅰ41，且四根测量梁Ⅰ41分为两组，每组测量梁Ⅰ41对称布置在靠近板式铰链力矩天平左右对称面的位置；

两根测量梁Ⅱ42，其分别布置在远离板式铰链力矩天平左右对称面的两侧；所述测量梁Ⅰ41和测量梁Ⅱ42的两端分别与模型端1和隔板8相接；其中，四根测量梁Ⅰ41用于测量板式铰链力矩天平的测量力和滚转力矩，测量梁Ⅱ42用于测量板式铰链力矩天平的偏航力矩；

所述测量元件Ⅱ5包括：

六根测量梁Ⅲ51，所述六根测量梁Ⅲ51的两端分别与隔板8和固定端6相接；所述六根测量梁Ⅲ51分为三组，每组测量梁Ⅲ中的两个测量梁Ⅲ51对称布置在板式铰链力矩天平前后对称面的位置，且板式铰链力矩的前后对称面与左右对称面相垂直；其中，两组测量梁Ⅲ对称布置在板式铰链力矩天平左右对称面的两侧，为边缘测量梁Ⅲ组52，另一组测量梁Ⅲ布置在隔板8和固定端6之间的中心位置，为中心测量梁Ⅲ组53；

两根矩形测量梁54，其两端分别与隔板8和固定端6相接，两根矩形测量梁54分别位于中心测量梁Ⅲ组53的外侧。其中，中心测量梁Ⅲ组53用于加将隔板8和测量元件Ⅱ5之间的刚度，两根矩形测量梁54用于测量板式铰链力矩天平的俯仰力矩，两组边缘测量梁Ⅲ组52用于测量板式铰链力矩天平的法向力。

在上述技术方案中，所述测量梁Ⅰ41、测量梁Ⅱ42、测量梁Ⅲ51和矩形测量梁54采用等强度梁，且所述测量梁Ⅰ41和测量梁Ⅲ51的内侧加工有椭圆弧形面。

在上述技术方案中，所述模型端1的矩形槽101内开设有三个直径为5mm的圆柱销孔Ⅰ102，圆柱销孔Ⅰ102深度为3mm，且三个圆柱销孔Ⅰ102呈三角形排布，所述圆柱销孔Ⅰ102中开设有M4规格的螺钉孔103；

所述测量舵2包括：舵面21，其下端固定连接有舵轴22，所述舵轴22的下端固定连接有矩形座23，所述矩形座23安装在模型端1的矩形槽101中，矩形座23的长宽高分别为36mm，16mm和9mm，且所述矩形座23开设有直径为6mm的圆柱销孔Ⅱ231，圆柱销孔Ⅱ231的深度为6.5mm，各个圆柱销孔Ⅱ231中开设有直径为5mm的的圆柱销孔Ⅲ232；所述测量舵2的矩形座23和圆柱销孔Ⅱ231、圆柱销孔Ⅲ232分别与板式铰链力矩天平的矩形槽101和圆柱销孔Ⅰ102相配合，即所述圆柱销孔Ⅲ232与圆柱销孔Ⅰ102相接，且圆柱销孔Ⅲ232与圆柱销孔Ⅰ102的直径相等，所述圆柱销孔Ⅰ102、圆柱销孔Ⅲ232、圆柱销孔Ⅱ231和螺钉孔103中装入螺纹销Ⅰ9的方式实现矩形座23与固定端6的定位拉紧。

在上述技术方案中，所述螺纹销Ⅰ9的结构包括：

圆柱段Ⅰ91，其下端固定设置有圆柱段Ⅱ92，所述圆柱段Ⅱ92的下端固定设置有螺纹段Ⅰ93，圆柱段Ⅰ91的直径为6mm，长度为6mm，圆柱段Ⅱ92的直径为5mm，长度为5mm，螺纹段Ⅰ93规格为M4，长度为4mm；所述螺纹段Ⅰ93与螺钉孔103相适配，所述圆柱段Ⅱ92与圆柱销孔Ⅲ232和圆柱销孔Ⅰ102相适配，所述圆柱段Ⅰ91与圆柱销孔Ⅱ231相适配。

在上述技术方案中，所述固定端6凹型槽的两侧分别开设有两个贯穿的阶梯圆柱孔61，所述阶梯圆柱孔61包括大端孔611和与大端孔611相接的小端孔612，大端孔611直径为6.5mm，深度为13.5mm，小端孔612直径为5mm；所述固定端6与模型本体7固定连接的方式为：在阶梯圆柱孔61中装入螺纹销Ⅱ10，通过螺纹销Ⅱ10将板式铰链力矩天平定位拉紧在模型本体7上；

所述螺纹销Ⅱ10的结构包括：

圆柱段Ⅲ1001，其下端固定设置有圆柱段Ⅳ1002，所述圆柱段Ⅳ1002的下端固定设置有螺纹段Ⅱ1003，圆柱段Ⅲ1001直径为6mm，长度为6mm，圆柱段Ⅳ1002直径5mm，长度10mm，螺纹段Ⅱ1003为M4规格，长度为8mm；所述圆柱段Ⅳ1002与小端孔612相适配，圆柱段Ⅲ1001与大端孔611相适配。

在上述技术方案中，所述固定端6的凹型结构侧壁分别开设有两个矩形孔62和一个椭圆形孔63，所述椭圆形孔63位于两个矩形孔62之间，且椭圆形孔63的上端面和下端面为平面结构，所述椭圆形孔和矩形孔62贯穿测量元件Ⅱ5和固定端6。由于板式铰链力矩天平的模型端1、测量元件Ⅰ4、测量元件Ⅱ5、隔板8和固定端6采用整体加工的方式制成，因此椭圆形孔63的设置是为了便于加工刀具伸入至固定端6凹型结构的内侧，以便加工测量梁Ⅲ51内侧的椭圆弧形面，两个矩形孔63便于加工两个矩形测量梁54的内侧竖直平面。

在上述技术方案中，所述隔板8上对称设置有多个走线凹槽81。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种板式铰链力矩天平，其特征在于，包括：

模型端，其为长方体结构，其上开设有矩形槽，所述模型端固定连接有测量舵；

测量元件，其包括测量元件Ⅰ和测量元件Ⅱ，其中所述测量元件Ⅰ与所述模型端固定连接；

固定端，其为凹型结构，所述固定端固定安装在模型本体上，且所述固定端的凹型结构的开口侧朝向测量元件Ⅱ，所述固定端与测量元件Ⅱ固定连接，所述测量元件Ⅰ与测量元件Ⅱ之间固定连接有隔板；所述固定端的前缘与隔板前缘齐平，所述固定端的内壁与隔板之间设置有缝隙；

所述模型端、测量元件Ⅰ、测量元件Ⅱ、隔板和固定端采用整体加工制成；

所述测量元件Ⅰ包括：

四根测量梁Ⅰ，且四根测量梁Ⅰ分为两组，每组测量梁Ⅰ对称布置在靠近板式铰链力矩天平左右对称面的位置；

两根测量梁Ⅱ，其分别布置在远离板式铰链力矩天平左右对称面的两侧；所述测量梁Ⅰ和测量梁Ⅱ的两端分别与模型端和隔板相接；

所述测量元件Ⅱ包括：

六根测量梁Ⅲ，所述六根测量梁Ⅲ的两端分别与隔板和固定端相接；所述六根测量梁Ⅲ分为三组，每组测量梁Ⅲ中的两个测量梁Ⅲ对称布置在板式铰链力矩天平前后对称面的位置，且板式铰链力矩的前后对称面与左右对称面相垂直；其中，两组测量梁Ⅲ对称布置在板式铰链力矩天平左右对称面的两侧，为边缘测量梁Ⅲ组，另一组测量梁Ⅲ布置在隔板和固定端之间的中心位置，为中心测量梁Ⅲ组；

两根矩形测量梁，其两端分别与隔板和固定端相接，两根矩形测量梁分别位于中心测量梁Ⅲ组的外侧。

2.如权利要求1所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述测量梁Ⅰ、测量梁Ⅱ、测量梁Ⅲ和矩形测量梁采用等强度梁，且所述测量梁Ⅰ和测量梁Ⅲ的内侧加工有椭圆弧形面。

3.如权利要求1所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述模型端的矩形槽内开设有三个圆柱销孔Ⅰ，且三个圆柱销孔Ⅰ呈三角形排布，所述圆柱销孔Ⅰ中开设有螺钉孔；

所述测量舵包括：舵面，其下端固定连接有舵轴，所述舵轴的下端固定连接有矩形座，所述矩形座安装在模型端的矩形槽中，且所述矩形座开设有圆柱销孔Ⅱ，各个圆柱销孔Ⅱ中开设有直径小于圆柱销孔Ⅱ的圆柱销孔Ⅲ；所述测量舵的矩形座和圆柱销孔Ⅱ、圆柱销孔Ⅲ分别与板式铰链力矩天平的矩形槽和圆柱销孔Ⅰ相配合，即所述圆柱销孔Ⅲ与圆柱销孔Ⅰ相接，且圆柱销孔Ⅲ与圆柱销孔Ⅰ的直径相等，所述圆柱销孔Ⅰ、圆柱销孔Ⅲ、圆柱销孔Ⅱ和螺钉孔中装入螺纹销Ⅰ的方式实现矩形座与固定端的定位拉紧。

4.如权利要求3所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述螺纹销Ⅰ的结构包括：

圆柱段Ⅰ，其下端固定设置有圆柱段Ⅱ，所述圆柱段Ⅱ的下端固定设置有螺纹段Ⅰ，所述螺纹段Ⅰ与螺钉孔相适配，所述圆柱段Ⅱ与圆柱销孔Ⅲ和圆柱销孔Ⅰ相适配，所述圆柱段Ⅰ与圆柱销孔Ⅱ相适配。

5.如权利要求1所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述固定端凹型槽的两侧分别开设有两个贯穿的阶梯圆柱孔，所述阶梯圆柱孔包括大端孔和与大端孔相接的小端孔，所述固定端与模型本体固定连接的方式为：在阶梯圆柱孔中装入螺纹销Ⅱ，通过螺纹销Ⅱ将板式铰链力矩天平定位拉紧在模型本体上；

所述螺纹销Ⅱ的结构包括：

圆柱段Ⅲ，其下端固定设置有圆柱段Ⅳ，所述圆柱段Ⅳ的下端固定设置有螺纹段Ⅱ，所述圆柱段Ⅳ与小端孔相适配，圆柱段Ⅲ与大端孔相适配。

6.如权利要求2所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述固定端的凹型结构侧壁分别开设有两个矩形孔和一个椭圆形孔，所述椭圆形孔位于两个矩形孔之间，椭圆形孔的上端面和下端面为平面结构，所述椭圆形孔和矩形孔贯穿测量元件Ⅱ和固定端。

7.如权利要求1所述的板式铰链力矩天平，其特征在于，所述隔板上对称设置有多个走线凹槽。

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