CN116659804A - 一种高速风洞减速伞测力天平 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风洞试验领域，公开了一种高速风洞减速伞测力天平，所述天平前端设置固定端法兰，后端设置受力端法兰，所述固定端法兰与受力端法兰之间设置连接梁，所述固定端法兰前端两侧设置天平应变梁，该天平应变梁与所述连接梁相互垂直；所述天平应变梁的轴向前后面端部均设置阻力应变计，所述天平应变梁的法向上下面端部均设置法向力应变计，所述天平应变梁的法向上下面中部均设置俯仰力矩应变计。本发明解决了现有天平对于减速伞风洞试验中产生巨大的阻力、分力难以测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验领域，更具体地涉及一种高速风洞减速伞测力天平。
背景技术
在测力风洞试验中，天平的精准度是提供高质量气动数据的关键，其测力的精准度直接影响风洞试验的数据质量。
减速伞风洞试验，试验模型为减速伞，在高速风洞试验过程中，产生巨大的阻力，并且不确定方向的其他分力也很大，因此对测力天平要求很高，以往的天平形式无法满足超大阻力的精确测量。
公告号为CN108020394B的发明专利中公开了一种加油机吊舱软管稳定伞测力装置，在现有杆式天平技术和弯刀式尾撑装置技术上安装稳定企接头、弯刀支杆、杆式天平转接螺栓，并将他们按照加油吊舱软管接头稳定伞的真实飞行状态下的气动力环境组建成测力装置，但上述专利对于在高速风洞试验过程中，减速伞风洞试验中产生巨大的阻力、分力难以测量的问题没有给出解决方案。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种高速风洞减速伞测力天平。
本发明采用的具体方案为：一种高速风洞减速伞测力天平，所述天平前端设置固定端法兰，后端设置受力端法兰，所述固定端法兰与受力端法兰之间设置连接梁，所述固定端法兰前端两侧设置天平应变梁，该天平应变梁与所述连接梁相互垂直；所述天平应变梁的轴向前后面端部均设置阻力应变计，所述天平应变梁的法向上下面端部均设置法向力应变计，所述天平应变梁的法向上下面中部均设置俯仰力矩应变计；所述固定端法兰通过支撑架与减速伞的钝状体模型连接；所述受力端法兰通过减速伞连接件与减速伞连接。
所述测力天平外部设置天平整流罩。
所述固定端法兰中部设置连接直口；所述受力端法兰中部设置连接直口。
所述天平应变梁的个数为4个。
所述阻力应变计个数为4个，分别设置在4个天平应变梁上；所述法向力应变计个数为4个，分别设置在4个天平应变梁上；所述俯仰力矩应变计个数为2个，分别设置在其中2个天平应变梁上。
所述天平在法向力作用下，应变计算方法：；其中/>：法向力作用下的最大应变；Y：法向力，单位为牛顿；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米。
所述天平在阻力作用下，应变计算方法：；其中/>：阻力作用下的最大应变；X：阻力，单位为牛顿；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米。
所述天平在俯仰力矩作用下，应变计算方法：；其中：俯仰力矩作用下的最大应变；/>：俯仰力矩，单位为牛顿米；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；G: 剪切弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米；/>：为与材料长宽比相关的常数；/>：中性面到测量端面的距离，单位为米。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
本发明公开了一种高速风洞减速伞测力天平，天平前端设置固定端法兰，后端设置受力端法兰，固定端法兰与受力端法兰之间设置连接梁，固定端法兰前端两侧设置天平应变梁，该天平应变梁与所述连接梁相互垂直；天平应变梁的轴向前后面端部均设置阻力应变计，天平应变梁的法向上下面端部均设置法向力应变计，天平应变梁的法向上下面中部均设置俯仰力矩应变计，解决了现有天平对于减速伞风洞试验中产生巨大的阻力、分力难以测量的问题。
附图说明
图1是本发明中的减速伞测力天平结构示意图；
图2是本发明中的阻力应变计、法向力应变计、俯仰力矩应变计布置示意图；
图3是本发明中的高速风洞试验结构示意图。
符号说明：
1：固定端法兰；2：连接直口；3：天平应变梁；4：受力端法兰；5：阻力应变计；6：法向力应变计；7：俯仰力矩应变计；8：减速伞的钝状体模型；9：支撑架；10：天平整流罩；11：减速伞测力天平；12：减速伞连接件；13：减速伞；14：连接梁。
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1-3，本发明公开了一种高速风洞减速伞测力天平，所述天平前端设置固定端法兰1，后端设置受力端法兰4，所述固定端法兰1与受力端法兰4之间设置连接梁14，所述固定端法兰1前端两侧设置天平应变梁3，该天平应变梁3与所述连接梁14相互垂直，所述天平应变梁3的轴向前后面端部均设置阻力应变计5，所述天平应变梁3的法向上下面端部均设置法向力应变计6，所述天平应变梁3的法向上下面中部均设置俯仰力矩应变计7。
所述固定端法兰1通过支撑架9与减速伞的钝状体模型8连接。所述受力端法兰4通过减速伞连接件12与减速伞13连接。所述测力天平外部设置天平整流罩10。所述固定端法兰1中部设置连接直口2。所述受力端法兰4中部设置连接直口2。
所述天平应变梁3的个数为4个。所述阻力应变计5个数为4个，分别设置在4个天平应变梁3上。所述法向力应变计6个数为4个，分别设置在4个天平应变梁3上。所述俯仰力矩应变计7个数为2个，分别设置在其中2个天平应变梁3上。
在高速风洞减速伞测力天平11的结构中固定端法兰1和受力端法兰4的中部均设置连接直口2用于定位并抵抗力矩。
在一种实施方式中，天平应变梁3为上下片梁结构，通过与试验载荷的匹配，将天平应变梁3分为4片梁或多片梁结构，为了防止法兰螺钉对应变梁的干扰，将其放置于天平整体的中部，其中阻力应变计5在受到轴向力载荷时，应变输出最大，应变方向为风轴系Z方向；法向力应变计6在受到法向载荷时，应变输出最大，应变方向为风轴系Z方向；俯仰力矩应变计7在受到俯仰力矩时，应变力输出最大，该应变方向为风轴系Z轴45°方向。
减速伞的钝状体模型8为风洞流场来流方向与支撑架3连接，固定端法兰1通过连接直口2与支撑架3连接，受力端法兰4通过减速伞连接件12将本发明所述测力天平与减速伞13相连接。
法向力作用下，应变计算方法：；
其中：法向力作用下的最大应变；
Y：法向力，单位为牛顿（N）；
L：应变梁长度，单位为米（m）；
E：拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa）；
b：应变梁宽度，单位为米（m）；
h：应变梁厚度，单位为米（m）。
阻力作用下，应变计算方法：；
其中：阻力作用下的最大应变；
X：阻力，单位为牛顿（N）；
L：应变梁长度，单位为米（m）；
E：拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa）；
b：应变梁宽度，单位为米（m）；
h：应变梁厚度，单位为米（m）。
俯仰力矩作用下，应变计算方法：；
其中：俯仰力矩作用下的最大应变；
：俯仰力矩，单位为牛顿米（Nm）；
L：应变梁长度，单位为米（m）；
E：拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa）；
G: 剪切弹性模量，单位为兆帕（MPa）；
b：应变梁宽度，单位为米（m）；
h：应变梁厚度，单位为米（m）；
：为与材料长宽比相关的常数；
：中性面到测量端面的距离，单位为米（m）。
本发明实现了大阻力载荷下的多分量天平测量；本发明的高速风洞减速伞测力天平与减速伞的钝状体模型8及减速伞13的连接方式，减小了天平整体尺寸，从而减小了风洞测力时对模型气动力的干扰。另一方面，高速风洞减速伞测力试验的天平的结构具有通用性，适用于各种风洞条件的大阻力载荷下的精确测量。
本发明所述测力天平采用固定端法兰及受力端法兰作为与模型和支撑系统的连接形式，固定端法兰及受力端法兰中部设置连接直口，用来进行定位，此种方式极大程度的满足不同类型接口的模型，并且减小了连接尺寸，使天平占有空间变小，减小了风洞测力时对模型气动力的干扰。
本发明应用于高速风洞减速伞测力试验，被测物为减速伞13，减速伞测力天平11放置在风洞流场中。测试的天平尺寸越小，减速伞13测力试验效果越好，减小天平尺寸是非常重要且不容易的，常规六分量天平，阻力测量应变梁与其他分量应变梁分开，结构上属于串联结构，因此在尺寸上无法做到小尺寸，本发明将所有分量均集中在同一组天平应变梁3上，因此满足大阻力测量的同时，满足试验需求，且不会对实验精度造成负面影响。
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 (8)
1.一种高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述天平前端设置固定端法兰（1），后端设置受力端法兰（4），所述固定端法兰（1）与受力端法兰（4）之间设置连接梁（14），所述固定端法兰（1）前端两侧设置天平应变梁（3），该天平应变梁（3）与所述连接梁（14）相互垂直，所述天平应变梁（3）的轴向前后面端部均设置阻力应变计（5），所述天平应变梁（3）的法向上下面端部均设置法向力应变计（6），所述天平应变梁（3）的法向上下面中部均设置俯仰力矩应变计（7）；所述固定端法兰（1）通过支撑架（9）与减速伞的钝状体模型（8）连接；所述受力端法兰（4）通过减速伞连接件（12）与减速伞（13）连接。
2.根据权利要求1所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述测力天平外部设置天平整流罩（10）。
3.根据权利要求2所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述固定端法兰（1）中部设置连接直口（2）；所述受力端法兰（4）中部设置连接直口（2）。
4.根据权利要求3所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述天平应变梁（3）的个数为4个。
5.根据权利要求4所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述阻力应变计（5）个数为4个，分别设置在4个天平应变梁（3）上；所述法向力应变计（6）个数为4个，分别设置在4个天平应变梁（3）上；所述俯仰力矩应变计（7）个数为2个，分别设置在其中2个天平应变梁（3）上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述天平在法向力作用下，应变计算方法：；其中/>：法向力作用下的最大应变；Y：法向力，单位为牛顿；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米。
7.根据权利要求6所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述天平在阻力作用下，应变计算方法：；其中/>：阻力作用下的最大应变；X：阻力，单位为牛顿；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米。
8.根据权利要求6所述的高速风洞减速伞测力天平，其特征在于，所述天平在俯仰力矩作用下，应变计算方法：；其中/>：俯仰力矩作用下的最大应变；/>：俯仰力矩，单位为牛顿米；L：应变梁长度，单位为米；E：拉伸弹性模量，单位为兆帕；G: 剪切弹性模量，单位为兆帕；b：应变梁宽度，单位为米；h：应变梁厚度，单位为米；/>：为与材料长宽比相关的常数；/>：中性面到测量端面的距离，单位为米。
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