CN115406617B - 一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风洞试验领域，公开了一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法，所述装置包括锥套、加载头、顶尖、顶尖座、第一加载挂钩，所述天平的前锥套入锥套内，所述锥套外设置加载头，所述加载头的外部对称水平设置加载梁；所述第一加载挂钩与加载梁之间通过顶尖与顶尖座配合完成连接，所述顶尖的外表面为球面，所述顶尖座上设置与顶尖形状适配的球面凹槽，所述顶尖与顶尖座以球面配合的方式连接，所述第一加载挂钩与连索件的一端连接，所述连索件的另一端与托盘连接，所述第一加载挂钩与加载梁相互垂直，所述第一加载挂钩竖直向下设置。本发明解决了风洞天平加载检测存在的加载装置成本高昂、占地较大及加载验证不精确的问题。

Description

一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法
技术领域
本发明涉及风洞试验领域，更具体地涉及一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法。
背景技术
风洞测力试验中所使用的应变天平可直接测量作用在航空模型上的气动力和力矩，是测力风洞试验中最为关键的高精度传感器之一。在每次风洞试验前，需对天平实施静加载，检测风洞天平三个方向分力和分力矩总共六元载荷的准度，通过加载准度可以判定天平的状态，确定天平自身、天平公式、采集系统等所涉及的子系统是否存在问题，只有风洞天平在风洞中完成静加载验证以后才可以进行风洞试验。
目前，在风洞中对风洞天平可以实现升力快捷加载，对其他五元的加载则存在较大的弊端或者困难，其主要问题如下：
弊端a：对于侧力的加载，尾支撑试验需对天平支杆二次安装，将整体绕X轴旋转90°安装才能实现侧力的加载，费时费力，而对于腹撑试验或者背撑试验，则有可能无法实现天平及支杆旋转90°加载，因此也就无法实现天平的侧力加载验证；
弊端b：对于阻力的加载，现在最常用的加载方式是调节攻角机构，使天平与水平面存在一定的夹角，通过加载纵向载荷实现天平阻力分量的加载，然而由于受风洞攻角机构的限制，其天平只能上扬很小的角度，这个角度通常小于20°，这样会造成加载纵向载荷时，仅有很小的阻力分量，并且由于其他元对阻力的干扰、弹性角变形影响等众多因素，造成天平阻力加载准度不足，不能准确的反应天平的状态；
弊端c：对于俯仰力矩与偏航力矩的加载，主要存在两个弊端，其一是二者需要二次安装，将天平绕轴线旋转90°，如侧力加载那样，其次是无法很准确测量加载中心与天平校心的距离，进而影响风洞天平的俯仰力矩与偏航力矩的加载判断；
弊端d：对于滚转力矩的加载，则是因无法实现快捷准确的加载而不得不放弃这个重要一步骤。
针对上述风洞天平加载检测中存在的问题，专利CN202011116458.5公开了一种用于风洞天平加载检测的支撑复位装置，其虽然可以实现天平三个分力和力矩的加载，但是存在以下弊端：1.成本高昂；2.占地较大，在风洞中加载极为困难，或者说难以实现；3.天平没能与风洞设备相连，无法实现从加载到力值计算整个系统的检验；专利CN113049213A公开了一种风洞天平加载方法，但对于前文所述的部分弊端依然不能全面解决，例如对弊端a所述的问题，弊端b的问题，没能实现解决，虽然在阻力加载时针对弹性角做了修正，但调整攻角加载这种措施，依然会造成阻力加载验证的不准。
发明内容
为解决现有技术中风洞天平加载检测存在的加载装置成本高昂、占地较大及加载验证不精确的问题，本发明提供一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法。
本发明采用的具体方案为：一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置，所述装置包括锥套、加载头、顶尖、顶尖座、第一加载挂钩，所述天平的前锥套入锥套内，所述锥套外设置加载头，所述加载头的外部对称水平设置加载梁；所述第一加载挂钩与加载梁之间通过顶尖与顶尖座配合完成连接，所述顶尖的外表面为球面，所述顶尖座上设置与顶尖形状适配的球面凹槽，所述顶尖与顶尖座以球面配合的方式连接，所述第一加载挂钩与连索件的一端连接，所述连索件的另一端与托盘连接，所述第一加载挂钩与加载梁相互垂直，所述第一加载挂钩竖直向下设置。
所述锥套的大径端与小径端均设置多个一字缝，所述大径端的一字缝与小径端的一字缝间隔排布。
所述装置包括设置在所述天平的末端支杆上的转向接头，所述转向接头包括2个V形连接件，所述支杆固定于2个V形连接件拼合后的空腔内。
所述加载挂钩还包括第二加载挂钩，所述第二加载挂钩与加载梁相互垂直，所述第二加载挂钩与天平平行设置，所述转向接头两侧壁上对称设置两个第一滑轮，所述第二加载挂钩上的连索件与所述第一滑轮连接后竖直向下设置。
所述加载挂钩还包括第三加载挂钩，所述第三加载挂钩与加载梁同方向设置，所述第三加载挂钩与加载梁均垂直于所述加载头，所述转向接头与L型支杆的一端连接，所述L型支杆的另一端设置第二滑轮，所述加载挂钩上的连索件与所述第二滑轮连接后竖直向下设置。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量升力、俯仰力矩的加载验证方法，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套、加载头、待检验天平通过锥配合方式连接；
步骤二：将第一加载挂钩安装在加载头上，二者通过顶尖及顶尖座配合，顶尖及顶尖座接触面采用球面配合，顶尖座球面半径大于顶尖球面半径，顶尖座的锥度大于顶尖的锥度；
步骤三：在两个第一加载挂钩上挂上相同载荷值的砝码，两个第一加载挂钩同时施加相同质量的砝码，得到理论施加升力载荷值，根据测量作用点到天平校心的距离，计算俯仰力矩理论载荷值；
步骤四：计算加载误差，通过天平采集到的天平升力，俯仰力矩的数值，计算升力加载误差，俯仰力矩加载误差。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量滚转力矩的加载方法，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套、加载头、待检验天平通过锥配合方式连接；
步骤二：将第一加载挂钩与加载头通过顶尖及顶尖座配合连接；
步骤三：在第一加载挂钩上施加砝码，其中一个第一加载挂钩上有砝码，另外一个第一加载挂钩上没有砝码，此状态标记为天平初读数；
步骤四：将有砝码的第一加载挂钩上的砝码施加到没有砝码的第一加载挂钩上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第一加载挂钩与无砝码的第一加载挂钩的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到的天平滚转力矩，计算滚转力矩加载误差。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量阻力的加载方法，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套、加载头、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头安装到支杆等值段上，转向接头由两个V形连接件组成；
步骤二：将第二加载挂钩与加载头通过顶尖及顶尖座的配合实现连接；
步骤三：将连索件一端与第二加载挂钩相连，另一端通过第一滑轮实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在两个连索件末端托盘上挂上相同载荷值的砝码，两个连索件末端托盘分别施加相同的砝码，计算理论施加阻力载荷值；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平阻力，计算阻力加载误差。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量偏航力矩的加载方法，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套、加载头、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头安装到支杆等值段上，转向接头由两个V形连接件组成；
步骤二：将第二加载挂钩与加载头通过顶尖及顶尖座的配合实现连接；
步骤三：将连索件一端与第二加载挂钩相连，一端通过第一滑轮实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在一个第二加载挂钩上施加砝码，另一第二加载挂钩上没有挂钩，此状态标记为天平初读数；
步骤五：将有砝码的第二加载挂钩上的砝码施加到没有砝码的第二加载挂钩上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第二加载挂钩与无砝码的第二加载挂钩的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；
步骤六：计算加载误差，通过天平采集到天平偏航力矩，计算滚转力矩加载误差。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量侧向力的加载方法，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套、加载头、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头安装到支杆等值段上，转向接头由两个V形连接件组成；
步骤二：将第三加载挂钩与加载头通过顶尖及顶尖座的配合实现连接；
步骤三：将材料连索件一端与第三加载挂钩相连；另一端通过第二滑轮实现转向，将侧向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在其中一个连索件末端托盘上挂上砝码，计算理论施加侧向力载荷值；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平侧向力，计算侧向力加载误差。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
本发明公开了用于大载荷比天平风洞加载检测装置及方法，更换不同规格锥套，实现大载荷比天平风洞加载检测装置与不同尺寸规格天平的适应性；升力载荷加载检测装置与俯仰力矩载荷检测装置，由前端双顶尖机构实现，顶尖可以精确定位，实现力臂的精确测量；滚转力矩载荷检测装置，与升力检测装置共用，有效地降低零部件数量与加工成本；通过双顶尖施加不同载荷，得以实现滚转力矩的加载与检验；阻力载荷加载检测装置，两侧载荷施加相同的时候，可以实现阻力载荷的加载与验证；偏航力矩加载检测装置与阻力载荷加载检测装置相同，通过两步施加不同载荷，可以实现偏航力矩载荷的加载与验证；侧力载荷加载检测装置，通过施加单向载荷，可以实现正负侧力的加载与验证。
本发明中所述锥套的大径端与小径端均设置多个一字缝，所述大径端的一字缝与小径端的一字缝间隔排布。一字缝均布在锥套四周，可以避免天平与加载检测装置锥度配合度不佳的问题；本发明可以实现天平侧力与偏航力矩的快速加载，现有技术须将天平二次安装，费时费力，本发明解决了这一问题。
本发明克服了现有技术调整攻角进行加载验证受风洞机构限制的弊端，因攻角只能调整较小角度，因此阻力加载时，会受到升力干扰和弹性角干扰造成阻力加载准度异常现象，通过本发明，可以实现天平阻力准确的加载验证，本发明采用顶尖与顶尖座的结构形式，大大减少了加载点的加载误差，本发明一次安装即可实现天平多种载荷的加载验证。
附图说明
图1是现有技术锥套示意图；
图2为图1的侧视图；
图3是本发明中锥套示意图；
图4是图3的侧视图；
图5是本发明的装置图；
图6是图5的俯视图；
图7是顶尖及顶尖座结构图；
图8是天平、锥套、加载头装配结构图；
图9是升力、俯仰力矩、滚转力矩加载验证结构图；
图10是阻力、偏航力矩加载验证结构图；
图11是侧向力加载验证结构图。
其中，附图标记分别为：
1.锥套，2.加载头，3.顶尖，4.顶尖座，6.连索件，7.第一滑轮，8.转向接头，9.加载梁，10.一字缝，11.托盘，12. V形连接件，13.第一加载挂钩，14.第二加载挂钩，15.第三加载挂钩，16.第二滑轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
结合附图1-11，一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置，所述装置包括锥套1、加载头2、顶尖3、顶尖座4、第一加载挂钩13，所述天平的前锥套入锥套1内，所述锥套1外设置加载头2，所述加载头2的外部对称水平设置加载梁9；所述第一加载挂钩13与加载梁9之间通过顶尖3与顶尖座4配合完成连接，所述顶尖3的外表面为球面，所述顶尖座4上设置与顶尖3形状适配的球面凹槽，所述顶尖3与顶尖座4以球面配合的方式连接，所述第一加载挂钩13与连索件6的一端连接，所述连索件6的另一端与托盘11连接，所述第一加载挂钩13与加载梁9相互垂直，所述第一加载挂钩13竖直向下设置。在一种实施方式中，本发明的天平的前锥套入锥套1内，锥套套入内部为锥形空腔的加载头2内，所述加载头2的外部为方形体，内部设置与锥套1形状相适配的锥形空腔，在锥套1、加载头2依次套接实现三者的连接。所述锥套与天平大径尺寸相同，外径与加载头的内径相同，铜套开设有一字缝为1mm的缝隙，主要起到两个作用：保证加载检测装置的通用性，通过更换不同锥套可以实现加载检测装置与不同尺寸规格天平的匹配；在锥度存在加工误差的情况下，可以保证锥度自修正。
所述锥套1的大径端与小径端均设置多个一字缝10，所述大径端的一字缝10与小径端的一字缝10间隔排布。
所述装置包括设置在所述天平的末端支杆上的转向接头8，所述转向接头8包括2个V形连接件12，所述支杆固定于2个V形连接件12拼合后的空腔内。
所述加载挂钩还包括第二加载挂钩14，所述第二加载挂钩14与加载梁9相互垂直，所述第二加载挂钩14与天平平行设置，所述转向接头8两侧壁上对称设置两个第一滑轮7，所述第二加载挂钩14上的连索件6与所述第一滑轮7连接后竖直向下设置。
所述加载挂钩还包括第三加载挂钩15，所述第三加载挂钩15与加载梁9同方向设置，所述第三加载挂钩15与加载梁9均垂直于所述加载头2，所述转向接头8与L型支杆的一端连接，所述L型支杆的另一端设置第二滑轮16，所述第三加载挂钩15上的连索件6与所述第二滑轮16连接后竖直向下设置。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量升力、俯仰力矩的加载验证方法，包括如下步骤：步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验天平通过锥配合方式连接；步骤二：将第一加载挂钩13安装在加载头2上，二者通过顶尖3及顶尖座4配合，顶尖3及顶尖座4接触面采用球面配合，顶尖座4球面半径大于顶尖3球面半径，顶尖座4的锥度大于顶尖3的锥度；步骤三：在两个第一加载挂钩13上挂上相同载荷值的砝码，两个第一加载挂钩13同时施加相同质量的砝码，得到理论施加升力载荷值，根据顶尖3轴线到天平校心轴向距离，计算俯仰力矩理论载荷值；步骤四：计算加载误差，通过天平采集到的天平升力，俯仰力矩的数值，计算升力加载误差，俯仰力矩加载误差。
将两个第一加载挂钩13挂在加载梁9上，施加相同的载荷GY，其中GY不得超过升力量程的一半，则升力检测载荷Y=2GY，俯仰力矩检测载荷Mz=2GY×LMz，其中，LMz为顶尖到天平校心的水平距离。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量滚转力矩的加载方法，包括如下步骤：步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验天平通过锥配合方式连接；步骤二：将第一加载挂钩13与加载头2通过顶尖3及顶尖座4配合连接；步骤三：在第一加载挂钩13上施加砝码，其中一个第一加载挂钩13上有砝码，另外一个第一加载挂钩13上没有砝码，此状态标记为天平初读数；步骤四：将有砝码的第一加载挂钩13上的砝码施加到没有砝码的第一加载挂钩13上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第一加载挂钩13与无砝码的第一加载挂钩13的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；步骤五：计算加载误差，通过天平采集到的天平滚转力矩，计算滚转力矩加载误差。
具体步骤：在其中一个第一加载挂钩13上施加载荷GMx，在这个状态下天平采零，然后将载荷施加到第一加载挂钩13上，并且保证施加相同的载荷，则滚转力矩检测载荷Mx=GMx×LMx，其中，LMx为滚转力矩的力臂。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量阻力的加载方法，包括如下步骤：步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头8安装到支杆上，转向接头8由两个V形连接件12组成；步骤二：将第二加载挂钩14与加载头2通过顶尖3及顶尖座4的配合实现连接；步骤三：将连索件6一端与第二加载挂钩14相连，另一端通过第一滑轮7实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；步骤四：在两个连索件6末端托盘11上挂上相同载荷值的砝码，两个连索件6末端托盘11分别施加相同的砝码，计算理论施加阻力载荷值；步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平阻力，计算阻力加载误差。
两个V形连接件12固定到支杆上，通过调节两个V形连接件12的间距，可以保证与支杆的固定，第二加载挂钩水平安装，与加载头之间通过顶尖系统配合，可以减少摩擦与精确定位，连索件则采用Dyneema材料，在保证足够强度的条件下柔性好，可以与转向滑轮较好的贴合，并且密度小，减少自重误差的影响。在两个托盘上施加相同的载荷GX，则阻力检测载荷X=2Gx。
一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，所述检测方法为测量偏航力矩的加载方法，包括如下步骤：步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头8安装到支杆等值段上，转向接头8由两个V形连接件12组成；步骤二：将第二加载挂钩14与加载头2通过顶尖3及顶尖座4的配合实现连接；步骤三：将连索件6一端与第二加载挂钩14相连，一端通过第一滑轮7实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；步骤四：在一个第二加载挂钩14上施加砝码，另一第二加载挂钩14上没有挂钩，此状态标记为天平初读数；步骤五：将有砝码的第二加载挂钩14上的砝码施加到没有砝码的第二加载挂钩14上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第二加载挂钩14与无砝码的第二加载挂钩14的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；步骤六：计算加载误差，通过天平采集到天平偏航力矩，计算滚转力矩加载误差。 在其中一个第二加载挂钩14上施加载荷GMy，在这个状态下天平采零，然后将载荷施加到另一个第二加载挂钩14上，并且保证施加相同的载荷GMy，则偏航力矩检测载荷My= GMy×LMy，其中，LMy为偏航力矩的力臂。
所述检测方法为测量侧向力的加载方法，包括如下步骤：步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头8安装到支杆等值段上，转向接头8由两个V形连接件12组成；步骤二：将第三加载挂钩15与加载头2通过顶尖3及顶尖座4的配合实现连接；步骤三：将材料连索件6一端与第三加载挂钩15相连；另一端通过第二滑轮16实现转向，将侧向力转化为重力矢量方向载荷；步骤四：在其中一个连索件6末端托盘11上挂上砝码，计算理论施加侧向力载荷值；步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平侧向力，计算侧向力加载误差。第三加载挂钩水平布置，与侧力方向相同，通过转向滑轮转向可实现纵向加载，连索件采用Dyneema材料，在保证足够强度的条件下柔性好，可以与转向滑轮较好的贴合，并且密度小，减少自重误差的影响。两侧均布置加载点，可实现正负向侧力的加载。
第二加载挂钩14、第三加载挂钩15与第一加载挂钩13为相同的加载挂钩，第二加载挂钩14、第三加载挂钩15与第一加载挂钩13与加载梁的连接方式均相同。
实施例
实验前需加工一个跟天平相匹配的天平锥套1，锥套1材质为铜，内直径45mm，外直径47mm，壁厚1mm，锥度1:5，长度60mm。对该天平锥套1加工一字槽，传统一字槽为从头贯通到尾，数量一个，对锥配合修正量有限，本专利对一字缝进行了优化，通过计算分析，将一字缝在锥套大径小径各布置4个，总计8个，缝宽1mm，长度为锥套长度的50%。
升力、俯仰力矩的加载验证方法：
步骤一：将锥套1、加载头2、待检验直径45mm天平安装在一起，三者之间通过锥配合，螺钉把紧，为了保证加载准确性，锥配合接触面积应大于80%；
步骤二：将第一加载挂钩13安装在加载头2上，二者通过顶尖3及顶尖座4配合，顶尖3及顶尖座4接触面采用球面配合，表面粗糙度优于0.8，顶尖座4球面半径需大于顶尖3球面半径，顶尖座4锥度大于顶尖锥度3，结合本实例，将顶尖3球面半径设置为SR=1mm，锥度夹角90°，顶尖座4球面半径SR=1.5mm，锥度夹角120°；
步骤三：在两个第一加载挂钩13上挂上相同载荷值的砝码，考虑到直径45mm天平的量程，两个第一加载挂钩13同时施加20kg砝码，则理论施加升力载荷值为40kg，测量作用点到天平校心的距离LMz，本实例中LMz=0.15m，因此俯仰力矩理论载荷值为40kg×0.15m=6kgm；
步骤四：计算加载误差，本实例中通过天平采集到天平升力39.91kg，俯仰力矩 5.98kgm，因此升力加载误差
Figure 959774DEST_PATH_IMAGE001
，俯仰力矩加载误差为
Figure 80177DEST_PATH_IMAGE002
。
说明滚转力矩的加载方法：
步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验直径45mm天平安装在一起，三者之间通过锥配合，螺钉把紧，为了保证加载准确性，锥配合接触面积应大于80%；
步骤二：将第一加载挂钩13安装在加载头2上，位置在升力加载点处，二者通过顶尖3及顶尖座4配合；
步骤三：在第一加载挂钩13上施加砝码，考虑到直径45mm天平的量程，本实例中在第一加载挂钩13上施加载荷20kg，此时第一加载挂钩13上有砝码，另一第一加载挂钩13上没有挂钩，此状态标记为天平初读数；
步骤四：将有第一加载挂钩13上的砝码施加到没有第一加载挂钩13上，此状态标记为天平末读数，两个第一加载挂钩13的距离实测为0.075m，则实际的理论滚准力矩为20kg×0.075m=1.5kgm；
步骤五：计算加载误差，本实例中通过天平采集到天平滚转力矩1.497kgm，因此滚 转力矩加载误差
Figure 594335DEST_PATH_IMAGE003
。
阻力的加载方法：
步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验直径45mm天平安装在一起，三者之间通过锥配合，螺钉把紧，为了保证加载准确性，锥配合接触面积应大于80%；将支杆端转向接头8安装到支杆等值段上，支杆处的转向接头8由两个V形连接件12组成，调节二者距离可以保证与支杆充分固定；
步骤二：将第二加载挂钩14安装在加载头2上，位置在阻力加载点处，二者通过顶尖3及顶尖座4配合；
步骤三：将Dyneema材料连索件6一端与第二加载挂钩14相连，一端通过转向滑轮7实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在两个连索件6末端托盘上挂上相同载荷值的砝码，考虑到直径45mm天平阻力的量程，两个连索件6末端托盘分别施加20kg砝码，则理论施加阻力载荷值为40kg；
步骤五：计算加载误差，本实例中通过天平采集到天平阻力39.82kg，因此阻力加 载误差
Figure 458386DEST_PATH_IMAGE004
。
偏航力矩的加载方法：
步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验直径45天平安装在一起，三者之间通过锥配合，螺钉把紧，为了保证加载准确性，锥配合接触面积应大于80%；将支杆端转向接头8安装到支杆等值段上，支杆端转向接头8由两个V形连接件12组成，调节二者距离可以保证与支杆充分固定；
步骤二：将第二加载挂钩14安装在加载头2上，位置在阻力加载点处，二者通过顶尖3及顶尖座4配合；
步骤三：将Dyneema材料连索件6一端与第二加载挂钩14相连，一端通过转向滑轮7实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在第二加载挂钩14上施加砝码，考虑到直径45mm天平的量程，本实例中在其中一个第二加载挂钩14上施加载荷15kg，此时第二加载挂钩14上有砝码，另一第二加载挂钩14上没有挂钩，此状态标记为天平初读数；
步骤五：将有第二加载挂钩14上的砝码施加到没有第二加载挂钩14上，此状态标记为天平末读数，两个挂钩的距离实测为0.085m，则实际的理论滚准力矩为15kg×0.085m=1.275kgm；
步骤六：计算加载误差，本实例中通过天平采集到天平偏航力矩1.269kgm，因此滚 转力矩加载误差
Figure 741600DEST_PATH_IMAGE005
。
侧向力的加载方法：
步骤一：将天平锥套1、加载头2、待检验直径45天平安装在一起，三者之间通过锥配合，螺钉把紧，为了保证加载准确性，锥配合接触面积应大于80%；将支杆端转向接头8安装到支杆等值段上，支杆端转向接头8由两个V形连接件12组成，调节二者距离可以保证与支杆充分固定；
步骤二：将第三加载挂钩15安装在加载头2上，位置在侧向力加载点处，二者通过顶尖3及顶尖座4配合；
步骤三：将Dyneema材料连索件6一端与第三加载挂钩15相连，一端通过转向滑轮7实现转向，将侧向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在其中一个连索件6末端托盘上挂上砝码，考虑到直径45mm天平侧向力的量程，连索件6末端托盘施加30kg砝码，则理论施加侧向力载荷值为30kg；
步骤五：计算加载误差，本实例中通过天平采集到天平侧向力39.89kg，因此侧向 力加载误差
Figure 32904DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明是一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置，可以快捷准确的对风洞天平三个方向分力和分力矩总共六元载荷进行加载验证，并且加工成本低，通过加载验证可以判定天平的状态，确定天平自身、天平公式、采集系统等所涉及的子系统是否存在问题，是航空风洞试验前准备工作中重要的一环。
以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于大载荷比天平风洞加载检测装置，其特征在于，所述装置包括锥套（1）、加载头（2）、顶尖（3）、顶尖座（4）、第一加载挂钩（13），所述天平的前锥套入锥套（1）内，所述锥套（1）外设置加载头（2），所述加载头（2）的外部对称水平设置加载梁（9）；所述第一加载挂钩（13）与加载梁（9）之间通过顶尖（3）与顶尖座（4）配合完成连接，所述顶尖（3）的外表面为球面，所述顶尖座（4）上设置与顶尖（3）形状适配的球面凹槽，所述顶尖（3）与顶尖座（4）以球面配合的方式连接，所述第一加载挂钩（13）与连索件（6）的一端连接，所述连索件（6）的另一端与托盘（11）连接，所述第一加载挂钩（13）与加载梁（9）相互垂直，所述第一加载挂钩（13）竖直向下设置。
2.根据权利要求1所述的用于大载荷比天平风洞加载检测装置，其特征在于，所述锥套（1）的大径端与小径端均设置多个一字缝（10），所述大径端的一字缝（10）与小径端的一字缝（10）间隔排布。
3.根据权利要求1所述的用于大载荷比天平风洞加载检测装置，其特征在于，所述装置包括设置在所述天平的末端支杆上的转向接头（8），所述转向接头（8）包括2个V形连接件（12），所述支杆固定于2个V形连接件（12）拼合后的空腔内。
4.根据权利要求3所述的用于大载荷比天平风洞加载检测装置，其特征在于，所述加载挂钩还包括第二加载挂钩（14），所述第二加载挂钩（14）与加载梁（9）相互垂直，所述第二加载挂钩（14）与天平平行设置，所述转向接头（8）两侧壁上对称设置两个第一滑轮（7），所述第二加载挂钩（14）上的连索件（6）与所述第一滑轮（7）连接后竖直向下设置。
5.根据权利要求4所述的用于大载荷比天平风洞加载检测装置，其特征在于，所述加载挂钩还包括第三加载挂钩（15），所述第三加载挂钩（15）与加载梁（9）同方向设置，所述第三加载挂钩（15）与加载梁（9）均垂直于所述加载头（2），所述转向接头（8）与L型支杆的一端连接，所述L型支杆的另一端设置第二滑轮（16），所述第三加载挂钩（15）上的连索件（6）与所述第二滑轮（16）连接后竖直向下设置。
6.一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，其特征在于，所述检测方法为测量升力、俯仰力矩的加载验证方法，所述方法基于权利要求1-5任一项所述的装置实现，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套（1）、加载头（2）、待检验天平通过锥配合方式连接；
步骤二：将第一加载挂钩（13）安装在加载头（2）上，二者通过顶尖（3）及顶尖座（4）配合，顶尖（3）及顶尖座（4）接触面采用球面配合，顶尖座（4）球面半径大于顶尖（3）球面半径，顶尖座（4）的锥度大于顶尖（3）的锥度；
步骤三：在两个第一加载挂钩（13）上挂上相同载荷值的砝码，两个第一加载挂钩（13）同时施加相同质量的砝码，得到理论施加升力载荷值，根据测量作用点到天平校心的距离，计算俯仰力矩理论载荷值；
步骤四：计算加载误差，通过天平采集到的天平升力，俯仰力矩的数值，计算升力加载误差，俯仰力矩加载误差。
7.一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，其特征在于，所述检测方法为测量滚转力矩的加载方法，所述方法基于权利要求1-5任一项所述的装置实现，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套（1）、加载头（2）、待检验天平通过锥配合方式连接；
步骤二：将第一加载挂钩（13）与加载头（2）通过顶尖（3）及顶尖座（4）配合连接；
步骤三：在第一加载挂钩（13）上施加砝码，其中一个第一加载挂钩（13）上有砝码，另外一个第一加载挂钩（13）上没有砝码，此状态标记为天平初读数；
步骤四：将有砝码的第一加载挂钩（13）上的砝码施加到没有砝码的第一加载挂钩（13）上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第一加载挂钩（13）与无砝码的第一加载挂钩（13）的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到的天平滚转力矩，计算滚转力矩加载误差。
8.一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，其特征在于，所述检测方法为测量阻力的加载方法，所述方法基于权利要求4或5所述的装置实现，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套（1）、加载头（2）、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头（8）安装到支杆等值段上，转向接头（8）由两个V形连接件（12）组成；
步骤二：将第二加载挂钩（14）与加载头（2）通过顶尖（3）及顶尖座（4）的配合实现连接；
步骤三：将连索件（6）一端与第二加载挂钩（14）相连，另一端通过第一滑轮（7）实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在两个连索件（6）末端托盘（11）上挂上相同载荷值的砝码，两个连索件（6）末端托盘（11）分别施加相同的砝码，计算理论施加阻力载荷值；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平阻力，计算阻力加载误差。
9.一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，其特征在于，所述检测方法为测量偏航力矩的加载方法，所述方法基于权利要求4或5所述的装置实现，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套（1）、加载头（2）、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头（8）安装到支杆等值段上，转向接头（8）由两个V形连接件（12）组成；
步骤二：将第二加载挂钩（14）与加载头（2）通过顶尖（3）及顶尖座（4）的配合实现连接；
步骤三：将连索件（6）一端与第二加载挂钩（14）相连，一端通过第一滑轮（7）实现转向，将轴向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在一个第二加载挂钩（14）上施加砝码，另一第二加载挂钩（14）上没有挂钩，此状态标记为天平初读数；
步骤五：将有砝码的第二加载挂钩（14）上的砝码施加到没有砝码的第二加载挂钩（14）上，此状态标记为天平末读数，此时，测量有砝码的第二加载挂钩（14）与无砝码的第二加载挂钩（14）的距离，根据测得的距离计算实际的理论滚准力矩；
步骤六：计算加载误差，通过天平采集到天平偏航力矩，计算滚转力矩加载误差。
10.一种用于大载荷比天平风洞加载检测方法，其特征在于，所述检测方法为测量侧向力的加载方法，所述方法基于权利要求5所述的装置实现，包括如下步骤：
步骤一：将天平锥套（1）、加载头（2）、待检验天平通过锥配合方式连接；将天平的支杆端的转向接头（8）安装到支杆等值段上，转向接头（8）由两个V形连接件（12）组成；
步骤二：将第三加载挂钩（15）与加载头（2）通过顶尖（3）及顶尖座（4）的配合实现连接；
步骤三：将材料连索件（6）一端与第三加载挂钩（15）相连；另一端通过第二滑轮（16）实现转向，将侧向力转化为重力矢量方向载荷；
步骤四：在其中一个连索件（6）末端托盘（11）上挂上砝码，计算理论施加侧向力载荷值；
步骤五：计算加载误差，通过天平采集到天平侧向力，计算侧向力加载误差。
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