CN114152404B - 一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置。该测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平；俯仰力矩测量天平包括活动端和固定端，活动端前锥段与试验模型通过锥面配合方式固定连接，活动端主体为方形体，固定端为朝向活动端主体的U型块，固定端固定在杆式六分量天平的前端；方形体位于U型块内，两者之间设置有隔离缝隙；方形体与U型块之间通过气浮转轴轴承副固定连接；方形体与U型块的上、下表面上，横跨安装上、下对称的三角形的弹性梁；气浮转轴轴承副的中心点与试验模型的压心重合，上、下两组弹性梁的中心点连线穿过试验模型的压心。该测量装置结构可靠安全，俯仰力矩测量精度高，适于推广应用。

Description

一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置
技术领域
本发明属于高超声速风洞试验测量技术领域，具体涉及一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置。
背景技术
目前，高超声速技术被视为一种颠覆性技术，高超声速飞行器的研制成为研究热点。跨大气层飞行器、高超声速飞行器等在高速再入阶段，受高温气体效应的影响，迎风面会因气流强烈压缩而形成高温，为防止对飞行器造成严重破坏，必须采取必要的热防护措施，在迎风面上布置防热结构。防热结构烧蚀引起的飞行器气动外形变化将对飞行器的升阻特性、力矩特性和静动态稳定性等产生明显的影响，若飞行器的气动力参数预测不准确，尤其是如果滚转、俯仰力矩特性的预测出现偏差，会对飞行器的操纵性和稳定性产生非常显著的影响，可能导致落点散布大，甚至造成飞行器毁坏。因此，需要精确测量模型的气动力和力矩系数，但是，由于模型外形变化引起的俯仰力矩变化量很小，这就对俯仰力矩的高精度测量提出了更高的要求，而常规的杆式六分量天平无法保证较大法向载荷测量精度前提下，实现小俯仰力矩的高精度测量。
当前，发展了一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置。
本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特点是，所述的测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平；
俯仰力矩测量天平包括活动端和固定端，活动端从前至后依次包括活动端前锥段和活动端主体段；活动端前锥段为锥段，与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端主体段为方形体；固定端为朝向活动端主体段的U型块，固定端固定在杆式六分量天平的前端；
活动端主体段的方形体位于固定端的U型块内，方形体与U型块之间设置有隔离缝隙；方形体的后端面为活动端限位端面，U型块上与活动端限位端面正对的前端面为固定端限位端面，活动端限位端面与固定端限位端面之间的隔离缝隙宽度为L；方形体与U型块通过气浮转轴轴承副固定连接；在方形体与U型块的上表面上，横跨安装一组三角形的弹性梁，在方形体与U型块的下表面上，横跨安装另一组对称的三角形的弹性梁；
杆式六分量天平的中心轴线上设置有进气管，进气管在固定端内分成若干根与气浮转轴轴承副连通的通气管；
气浮转轴轴承副的中心点与试验模型的压心重合，上、下两组弹性梁的中心点连线穿过试验模型的压心。
进一步地，所述的活动端限位端面与固定端限位端面之间的隔离缝隙宽度L<2mm。
本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置中的上、下两组对称安装的三角形的弹性梁用于测量试验模型的小俯仰力矩。上、下两组弹性梁的中心点连线穿过试验模型的压心，能够减小附加力矩，在设计上能够尽量减小弹性梁上粘贴的俯仰力矩测量元的量程，精确测量俯仰力矩微小变化。同时，由于气浮转轴轴承副不承受俯仰力矩载荷，能够通过气浮转轴轴承副将弹性梁感受到的力矩传递给固定端。当俯仰力矩较大时，活动端发生较大偏转，活动端限位端面与固定端限位端面发生碰撞，阻碍活动端偏角继续增大，保护弹性梁不被破坏。
高超声速风洞试验时，将固定端及固定端之前的部件视为一个整体，承受气动载荷作用，通过杆式六分量天平测量模型气动力系数和力矩系数。
本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置具有以下特点：
a.采用低摩擦的气浮转轴轴承副支撑试验模型，实现试验模型的低阻尼支撑；
b.俯仰力矩系数的测量精度达10-6量级，解决了小俯仰力矩高精度测量难题；
c.采用前段弹性元件即弹性梁测量俯仰力矩，后段常规的杆式六分量天平测量其余五个分量气动力系数和力矩系数，在保证其余五个分量的测量精度的前提下，提高了小俯仰力矩的测量精度。
d.通过气浮转轴轴承副将弹性梁感受到的力矩传递给固定端，通过活动端限位端面与固定端限位端面保护弹性梁不被破坏。
本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置结构可靠安全，俯仰力矩测量精度高，可推广应用于高超声速风洞高精度俯仰力矩测量试验。
附图说明
图1为本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置的立体图；
图2为本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置的正视图；
图3为本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置的俯视图；
图4为本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置的剖视图。
图中，1.活动端前锥段；2.弹性梁；3.气浮转轴轴承副；4.活动端主体段；5.通气管；6.杆式六分量天平；7.进气管；8.固定端；9.活动端限位端面；10.固定端限位端面。
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~图4所示，本发明的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平6；
俯仰力矩测量天平包括活动端和固定端8，活动端从前至后依次包括活动端前锥段1和活动端主体段4；活动端前锥段1为锥段，与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端主体段4为方形体；固定端8为朝向活动端主体段4的U型块，固定端8固定在杆式六分量天平6的前端；
活动端主体段4的方形体位于固定端8的U型块内，方形体与U型块之间设置有隔离缝隙；方形体的后端面为活动端限位端面9，U型块上与活动端限位端面9正对的前端面为固定端限位端面10，活动端限位端面9与固定端限位端面10之间的隔离缝隙宽度为L；方形体与U型块通过气浮转轴轴承副3固定连接；在方形体与U型块的上表面上，横跨安装一组三角形的弹性梁2，在方形体与U型块的下表面上，横跨安装另一组对称的三角形的弹性梁2；
杆式六分量天平6的中心轴线上设置有进气管7，进气管7在固定端8内分成若干根与气浮转轴轴承副3连通的通气管5；
气浮转轴轴承副3的中心点与试验模型的压心重合，上、下两组弹性梁2的中心点连线穿过试验模型的压心。
进一步地，所述的活动端限位端面9与固定端限位端面10之间的隔离缝隙宽度L<2mm。
实施例1
本实施例弹性梁2有两根，上、下对称安装，通气管5分成两路，左右对称安装。
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技术领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，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 (2)

1.一种基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平（6）；
俯仰力矩测量天平包括活动端和固定端（8），活动端从前至后依次包括活动端前锥段（1）和活动端主体段（4）；活动端前锥段（1）为锥段，与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端主体段（4）为方形体；固定端（8）为朝向活动端主体段（4）的U型块，固定端（8）固定在杆式六分量天平（6）的前端；
活动端主体段（4）的方形体位于固定端（8）的U型块内，方形体与U型块之间设置有隔离缝隙；方形体的后端面为活动端限位端面（9），U型块上与活动端限位端面（9）正对的前端面为固定端限位端面（10），活动端限位端面（9）与固定端限位端面（10）之间的隔离缝隙宽度为L；方形体与U型块通过气浮转轴轴承副（3）固定连接；在方形体与U型块的上表面上，横跨安装一组三角形的弹性梁（2），在方形体与U型块的下表面上，横跨安装另一组对称的三角形的弹性梁（2）；
杆式六分量天平（6）的中心轴线上设置有进气管（7），进气管（7）在固定端（8）内分成若干根与气浮转轴轴承副（3）连通的通气管（5）；
气浮转轴轴承副（3）的中心点与试验模型的压心重合，上、下两组弹性梁（2）的中心点连线穿过试验模型的压心；
气浮转轴轴承副（3）不承受俯仰力矩载荷，通过气浮转轴轴承副（3）将弹性梁（2）感受到的力矩传递给固定端（8）；当俯仰力矩过大时，活动端偏转后，活动端限位端面（9）与固定端限位端面（10）发生碰撞，阻碍活动端偏角继续增大，保护弹性梁（2）不被破坏。
2.根据权利要求1所述的基于气浮轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特征在于，所述的活动端限位端面（9）与固定端限位端面（10）之间的隔离缝隙宽度L<2mm。
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