CN117147094A - 一种高分辨率舵面铰矩测量天平 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率舵面铰矩测量天平，属于风洞试验测量技术领域，本发明为了解决舵面小铰矩的测量无法达到理想载荷分辨率的问题。包括飞行器机身、若干姿态角变换压块和测量舵天平；固定翼和飞行器机身上下相连，测量舵天平包括由上至下依次同轴线相连的第一等直段、天平测量元件、第二等直段和天平连接段，第一等直段和第二等直段分别通过轴承与固定翼转动配合，天平连接段插入飞行器机身的第二槽孔内，并通过任意一姿态角变换压块固定偏转角度，轴承可分担其它方向的力和力矩，天平测量元件只剩余滚转变形的自由度，可降低分量间干扰，并可以根据载荷的大小调整天平测量元件的尺寸，实现滚转方向高分辨率、高精度测量。

Description

一种高分辨率舵面铰矩测量天平

技术领域

本发明属于风洞试验测量技术领域，尤其涉及一种高分辨率舵面铰矩测量天平。

背景技术

风洞测力试验是风洞试验最基础的试验项目，可为气动力研究提供精准的数据支撑。风洞天平是气动力载荷的直接测量设备，可以通过设计天平的弹性元件并粘贴应变计，依靠弹性元件应变变形的方式来对气动力进行测量。

舵面铰链力矩天平能够实现飞行器舵面载荷的测量，根据测量结果能够实现对飞行器舵面的优化。在试验中，舵面往往受到多个方向的载荷，使用单分量天平测力时，容易受到其他方向载荷的干扰；使用多分量天平组合测量时，由于需要匹配应变刚度的设计，往往无法使被测的铰矩达到理想的载荷分辨率。因此舵面小铰矩的测量一直是一个难点，本发明针小铰矩的测量需求，提出一种高分辨率舵面铰矩测量天平，能够实现单分量铰矩高分辨率、高准确性的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分辨率舵面铰矩测量天平，以解决舵面小铰矩的测量无法达到理想载荷分辨率的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种高分辨率舵面铰矩测量天平，包括飞行器机身、若干姿态角变换压块、测量舵天平、舵面轴承组和根部轴承；

飞行器机身上设有垂直连通的第一槽孔和第二槽孔，固定翼和飞行器机身上下相连，固定翼上设有与第二槽孔同轴线的通透阶梯孔；

测量舵天平包括由上至下依次同轴线相连的第一等直段、天平测量元件、第二等直段和天平连接段，第一等直段的上端与测量舵面相连，天平连接段的周面上设有水平贯通的角度调整槽，天平连接段穿过通透阶梯孔并插入第二槽孔内，第一等直段的外周通过舵面轴承组与通透阶梯孔转动配合，第二等直段的外周通过根部轴承与通透阶梯孔转动配合，天平测量元件与通透阶梯孔之间设有工作空间，天平测量元件上粘贴有应变计；

姿态角变换压块包括左右相连的补形块和角度调整楔柱，角度调整楔柱的长度方向左右设置，角度调整楔柱的横截面呈矩形，角度调整楔柱的外周与第一槽孔的内周相适配；

定义角度调整楔柱右端面与前侧面之间夹角为调整夹角，若干姿态角变换压块的所述调整夹角依次变化，任意一姿态角变换压块的角度调整楔柱插入第一槽孔内，角度调整楔柱的右端卡接在角度调整槽内，且角度调整楔柱的右端面与角度调整槽的底面相抵靠。

进一步的，飞行器机身上开设有沉槽，补形块与沉槽相适配，第一槽孔开设在沉槽的槽底上，补形块的左端面与飞行器机身的外表面相适配，固定翼与测量舵面抵近配合，固定翼与测量舵面的外表面相适配。

进一步的，角度调整楔柱插入第一槽孔内的姿态角变换压块通过螺钉将补形块固定在沉槽内。

进一步的，舵面轴承组包括两个轴向抵靠对齐的轴承。

进一步的，所述应变计为测量扭转应变的45°应变计。

进一步的，天平测量元件为矩形横截面的单梁柱结构。

进一步的，所述调整夹角的范围为35°～145°。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1．将测量舵天平的天平连接段插入第二槽孔内，选择相应所述调整夹角的姿态角变换压块插入第一槽孔，使角度调整楔柱与角度调整槽进行配合，通过螺钉将补形块固定在沉槽内，即可使测量舵天平形成所需要的角度，用于舵面铰矩的测量。通过不同的姿态角变换压块与角度调整槽配合，可改变测量舵天平的偏转角度，实现多角度姿态的舵面铰矩测量。

2．天平测量元件一端的第一等直段外周通过舵面轴承组与通透阶梯孔转动配合，天平测量元件另一端的第二等直段外周通过根部轴承与通透阶梯孔转动配合，舵面轴承组和根部轴承可分担其它方向的力和力矩，根据载荷进行舵面轴承组和根部轴承的轴承选型，天平测量元件只剩余滚转变形的自由度，可降低分量间干扰，并可以根据载荷的大小调整天平测量元件的尺寸，无需考虑其他分量载荷来匹配刚度，可以实现大型舵面小铰矩载荷的高分辨率、高准确性的测量。舵面轴承组由两个轴承组成，可共同分担所述舵面产生的较大升力和弯矩。

附图说明

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明的剖视图；

图3是飞行器机身的轴测图；

图4是测量舵天平的轴测图；

图5是固定翼的轴测图；

图6是姿态角变换压块的轴测图；

图7是姿态角变换压块的俯视图。

图中，1．飞行器机身、11．第二槽孔、12．沉槽、13．第一槽孔、2．姿态角变换压块、21．补形块、22．角度调整楔柱、3．固定翼、31．通透阶梯孔、4．测量舵天平、41．测量舵面、42．第一等直段、43．天平测量元件、44．第二等直段、45．天平连接段、46．角度限位槽、5．舵面轴承组、6．根部轴承。

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。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例：如图1-7所示，一种高分辨率舵面铰矩测量天平，包括飞行器机身1、若干姿态角变换压块2、测量舵天平4、舵面轴承组5和根部轴承6；

飞行器机身1上设有垂直连通的第一槽孔13和第二槽孔11，固定翼3和飞行器机身1上下相连，固定翼3上设有与第二槽孔11同轴线的通透阶梯孔31；

测量舵天平4包括由上至下依次同轴线相连的第一等直段42、天平测量元件43、第二等直段44和天平连接段45，第一等直段42的上端与测量舵面41相连，天平连接段45的周面上设有水平贯通的角度调整槽46，天平连接段45穿过通透阶梯孔31并插入第二槽孔11内，第一等直段42的外周通过舵面轴承组5与通透阶梯孔31转动配合，第二等直段44的外周通过根部轴承6与通透阶梯孔31转动配合，天平测量元件43与通透阶梯孔31之间设有工作空间，天平测量元件43上粘贴有应变计；

姿态角变换压块2包括左右相连的补形块21和角度调整楔柱22，角度调整楔柱22的长度方向左右设置，角度调整楔柱22的横截面呈矩形，角度调整楔柱22的外周与第一槽孔13的内周相适配；

定义角度调整楔柱22右端面与前侧面之间夹角为调整夹角，若干姿态角变换压块2的所述调整夹角依次变化，任意一姿态角变换压块2的角度调整楔柱22插入第一槽孔13内，角度调整楔柱22的右端卡接在角度调整槽46内，且角度调整楔柱22的右端面与角度调整槽46的底面相抵靠。

飞行器机身1上开设有沉槽12，补形块21与沉槽12相适配，第一槽孔13开设在沉槽12的槽底上，补形块21的左端面与飞行器机身1的外表面相适配，更符合空气动力特性，固定翼3与测量舵面41抵近配合，固定翼3与测量舵面41的外表面相适配。

角度调整楔柱22插入第一槽孔13内的姿态角变换压块2通过螺钉将补形块21固定在沉槽12内。

舵面轴承组5包括两个轴向抵靠对齐的轴承。

所述应变计为测量扭转应变的45°应变计。

天平测量元件43为矩形横截面的单梁柱结构。

所述调整夹角的范围为35°～145°。

舵面由固定翼3和测量舵面41组成，并且外形相适配呈流线型，更符合空气动力特性，测量舵面41与天平测量元件43做成一体结构形式，以便实现舵面铰矩载荷的测量。

将测量舵天平4的天平连接段45插入第二槽孔11内，选择相应所述调整夹角的姿态角变换压块2插入第一槽孔13，使角度调整楔柱22与角度调整槽46进行配合，通过螺钉将补形块21固定在沉槽12内，即可使测量舵天平4形成所需要的角度，用于舵面铰矩的测量。通过不同的姿态角变换压块2与角度调整槽46配合，可改变测量舵天平4的偏转角度，实现多角度姿态的舵面铰矩测量。

天平测量元件43一端的第一等直段42外周通过舵面轴承组5与通透阶梯孔31转动配合，天平测量元件43另一端的第二等直段44外周通过根部轴承6与通透阶梯孔31转动配合，舵面轴承组5和根部轴承6可分担其它方向的力和力矩，可以只考虑被测铰矩载荷进行梁柱尺寸设计，无需考虑其他分量载荷来匹配刚度，可以实现大型舵面小铰矩载荷的高分辨率、高准确性的测量。根据载荷进行舵面轴承组5和根部轴承6的轴承选型，天平测量元件43只剩余滚转变形的自由度，可降低分量间干扰，并可以根据载荷的大小调整天平测量元件43的尺寸，实现滚转方向高精度测量。舵面轴承组5由两个轴承组成，可共同分担所述舵面产生的较大升力和弯矩。

天平测量元件43为矩形横截面的单梁柱结构，力学模型简单，容易实现铰矩的测量，天平测量元件43可安装在所述舵面内，并根据所需测量载荷进行天平测量元件43梁柱结构的优化，匹配合适的元件尺寸达到理想的测量效果，实现舵面小铰矩的高精度测量。

本发明是一种高分辨率舵面铰矩测量天平，从结构上分担了其余方向的力和力矩，可以直接根据被测铰矩载荷的大小进行元件的设计，实现舵面小铰矩的高精度测量。

天平测量元件43、舵面轴承组5和根部轴承6设置在固定翼3内，飞行器机身1占用空间小，能够实现多个舵面的同时测量。

以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：包括飞行器机身（1）、若干姿态角变换压块（2）、测量舵天平（4）、舵面轴承组（5）和根部轴承（6）；

飞行器机身（1）上设有垂直连通的第一槽孔（13）和第二槽孔（11），固定翼（3）和飞行器机身（1）上下相连，固定翼（3）上设有与第二槽孔（11）同轴线的通透阶梯孔（31）；

测量舵天平（4）包括由上至下依次同轴线相连的第一等直段（42）、天平测量元件（43）、第二等直段（44）和天平连接段（45），第一等直段（42）的上端与测量舵面（41）相连，天平连接段（45）的周面上设有水平贯通的角度调整槽（46），天平连接段（45）穿过通透阶梯孔（31）并插入第二槽孔（11）内，第一等直段（42）的外周通过舵面轴承组（5）与通透阶梯孔（31）转动配合，第二等直段（44）的外周通过根部轴承（6）与通透阶梯孔（31）转动配合，天平测量元件（43）与通透阶梯孔（31）之间设有工作空间，天平测量元件（43）上粘贴有应变计；

姿态角变换压块（2）包括左右相连的补形块（21）和角度调整楔柱（22），角度调整楔柱（22）的长度方向左右设置，角度调整楔柱（22）的横截面呈矩形，角度调整楔柱（22）的外周与第一槽孔（13）的内周相适配；

定义角度调整楔柱（22）右端面与前侧面之间夹角为调整夹角，若干姿态角变换压块（2）的所述调整夹角依次变化，任意一姿态角变换压块（2）的角度调整楔柱（22）插入第一槽孔（13）内，角度调整楔柱（22）的右端卡接在角度调整槽（46）内，且角度调整楔柱（22）的右端面与角度调整槽（46）的底面相抵靠。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：飞行器机身（1）上开设有沉槽（12），补形块（21）与沉槽（12）相适配，第一槽孔（13）开设在沉槽（12）的槽底上，固定翼（3）与测量舵面（41）抵近配合，固定翼（3）与测量舵面（41）的外表面相适配。

3.根据权利要求2所述的一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：角度调整楔柱（22）插入第一槽孔（13）内的姿态角变换压块（2）通过螺钉将补形块（21）固定在沉槽（12）内。

4.根据权利要求1所述的一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：舵面轴承组（5）包括两个轴向抵靠对齐的轴承。

5.根据权利要求1所述的一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：所述应变计为测量扭转应变的45°应变计。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高分辨率舵面铰矩测量天平，其特征在于：所述调整夹角的范围为35°～145°。