CN212159002U - 一种六分量环式风洞天平 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六分量环式风洞天平，包括天平阻力测量段，所述天平阻力测量段一侧设置有用于连接测力模型或部件的天平悬臂连接段，所述天平阻力测量段另一侧设置有天平固定连接段，所述天平阻力测量段与所述天平悬臂连接段之间设置有用于测力的天平前测量段，所述天平阻力测量段与所述天平固定连接段之间设置有用于测力的天平后测量段。本实用新型突破了传统杆式风洞天平结构的局限，采用四面对称结构，受力变形对称性好，抗干扰能力强，有较高的弯矩承载能力和较好的温度特性，同等输出条件下变形更小，强度更高，并有更高的测量精准度，能提高风洞试验质量，具有较大的工程应用价值。

Description

一种六分量环式风洞天平

技术领域

本实用新型涉及风洞试验模型阻力测量技术领域，特别是涉及一种六分量环式风洞天平。

背景技术

风洞天平(简称天平)是风洞测力试验中的关键测量装置，用于测量作用在模型上的空气动力载荷(力与力矩)的大小、方向和作用点。在涉及喷流、螺旋桨等需要中部通气或者安装转轴的测力试验时，由于模型空间限制，天平只能采用环形结构。传统的六分量环式风洞天平是在常规天平基础上打孔而成，采用多段式串联杆式结构，天平结构上下不对称，当天平中间孔尺寸较大时，天平上下端刚度差异较大，承力时天平测量元件变形不对称，局部应力较大，造成天平整体变形较大、强度较低，受其它分量干扰载荷较大，而且存在一定正反向测力不对称等问题，影响试验测力精准度。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种六分量环式风洞天平。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种六分量环式风洞天平，包括天平阻力测量段，所述天平阻力测量段一侧设置有用于连接测力模型或部件的天平悬臂连接段，所述天平阻力测量段另一侧设置有天平固定连接段，所述天平阻力测量段与所述天平悬臂连接段之间设置有用于测力的天平前测量段，所述天平阻力测量段与所述天平固定连接段之间设置有用于测力的天平后测量段。

进一步设置：所述天平前测量段、所述天平后测量段包括侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件、升力和俯仰力矩测量元件，所述侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件前后对称，所述升力和俯仰力矩测量元件上下对称，且均为四个矩形梁。

如此设置，便于通过所述侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件、所述升力和俯仰力矩测量元件对五个分量载荷进行测量。

进一步设置：所述天平阻力测量段由四组分别位于中心轴±45°和±135°方向的元件组成，每组元件由两侧的天平阻力支撑梁和天平阻力测量元件组成，天平阻力支撑梁由六个矩形梁组成，对称于六分量环式风洞天平，天平阻力测量元件由横“门”型梁组成，四个横“门”型梁中间位置与六分量环式风洞天平中心重合，而且相邻横“门”型梁开口方向相反，即两个相对梁开口方向朝前，另两个相对梁开口方向朝后。

如此设置，对称度高，且一方面可以平衡所述天平前测量段、所述天平后测量段与所述天平阻力测量段之间的刚度，使天平在承受升力、侧力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩时，各测量元件的变形程度一致，而且天平抗弯刚度更高，可以减少天平整体变形，提高天平强度和测量精准度，另一方面天平阻力测量具有很好的抵抗其它载荷干扰能力。

进一步设置：所述天平悬臂连接段与测量物固定通过法兰连接，所述天平固定连接段与支撑物通过销柱连接。

如此设置，便于对所述六分量环式风洞天平进行安装固定。

进一步设置：所述天平悬臂连接段、所述天平前测量段、所述天平阻力测量段、所述天平后测量段、所述天平固定连接段为一体结构，且由合金钢材料制成。

如此设置，提高整体结构强度，同时便于安装使用。

进一步设置：所述天平悬臂连接段、所述天平前测量段、所述天平阻力测量段、所述天平后测量段、所述天平固定连接段整体外形为轴形结构，且中间孔贯穿整体。

如此设置，便于在风洞内安装使用，提高使用的便利性。

进一步设置：所述天平阻力测量元件的每个横“门”型梁上下两侧粘贴有电阻应变计，且位于所述天平阻力测量元件中心位置，方向沿轴线方向，8片电阻应变计组成一个惠斯通电桥。

如此设置，使天平在测力时通过粘贴的电阻应变计形成的惠斯顿电桥失去原有的平衡从而产生电压信号增量，通过电桥输出电压与所受载荷之间的对应关系完成阻力测量。

应用该六分量环式风洞天平，包括六分量环式风洞天平，所述六分量环式风洞天平一端固定有测力模型，所述六分量环式风洞天平另一端设置有支撑装置，所述支撑装置内侧安装有内管道，所述内管道内安装有螺旋桨及传动系统的传动轴，所述内管道穿过所述六分量环式风洞天平中间孔，所述六分量环式风洞天平外侧设置有天平保护罩。

进一步设置：所述支撑装置与所述六分量环式风洞天平通过端面以及销柱连接，所述六分量环式风洞天平与所述测力模型通过法兰连接。

如此设置，便于所述六分量环式风洞天平与所述测力模型、所述支撑装置连接固定。

进一步设置：所述天平保护罩与所述六分量环式风洞天平通过螺钉连接。

如此设置，便于对所述天平保护罩的安装固定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型突破了传统杆式风洞天平结构的局限，可以完成在通气测力试验和螺旋桨测力试验等需要中间通气或者安装转轴的试验中对模型所受升力、侧力、阻力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩的精确测量，采用四面对称结构，受力变形对称性好，抗干扰能力强，有较高的弯矩承载能力和较好的温度特性，同等输出条件下变形更小，强度更高，并有更高的测量精准度，能提高风洞试验质量，具有较大的工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的轴测图；

图2是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的主视结构示意图；

图3是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的A-A剖视结构示意图；

图4是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的B-B剖视结构示意图；

图5是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的C-C剖视右视结构示意图；

图6是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平的D-D剖视右视结构示意图；

图7是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平阻力测量元件应变计粘贴位置及惠斯通电桥组桥方法示意图；

图8是本实用新型所述一种六分量环式风洞天平典型应用装配示意图。

附图标记说明如下：

1、天平悬臂连接段；2、天平前测量段；3、天平阻力测量段；4、天平后测量段；5、天平固定连接段；6、天平阻力支撑梁；7、天平阻力测量元件；8、侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件；9、升力和俯仰力矩测量元件；10、测力模型；11、螺旋桨及传动系统；12、六分量环式风洞天平；13、天平保护罩；14、内管道；15、支撑装置。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-图7所示，一种六分量环式风洞天平，包括天平阻力测量段3，天平阻力测量段3一侧设置有用于连接测力模型或部件的天平悬臂连接段1，天平阻力测量段3另一侧设置有天平固定连接段5，天平阻力测量段3与天平悬臂连接段1之间设置有用于测力的天平前测量段2，天平阻力测量段3与天平固定连接段5之间设置有用于测力的天平后测量段4。

优选的：天平前测量段2、天平后测量段4包括侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件8、升力和俯仰力矩测量元件9，侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件8前后对称，升力和俯仰力矩测量元件9上下对称，且均为四个矩形梁，便于通过侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件8、升力和俯仰力矩测量元件9对五个分量载荷进行测量；天平阻力测量段3由四组分别位于中心轴±45°和±135°方向的元件组成，每组元件由两侧的天平阻力支撑梁6和天平阻力测量元件7组成，天平阻力支撑梁6由六个矩形梁组成，对称于六分量环式风洞天平12，天平阻力测量元件7由横“门”型梁组成，四个横“门”型梁中间位置与六分量环式风洞天平12中心重合，而且相邻横“门”型梁开口方向相反，即两个相对梁开口方向朝前，另两个相对梁开口方向朝后，对称度高，且一方面可以平衡天平前测量段2、天平后测量段4与天平阻力测量段3之间的刚度，使天平在承受升力、侧力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩时，各测量元件的变形程度一致，而且天平抗弯刚度更高，可以减少天平整体变形，提高天平强度和测量精准度，另一方面天平阻力测量具有很好的抵抗其它载荷干扰能力；天平悬臂连接段1与测量物固定通过法兰连接，天平固定连接段5与支撑物通过销柱连接，便于对六分量环式风洞天平12进行安装固定；天平悬臂连接段1、天平前测量段2、天平阻力测量段3、天平后测量段4、天平固定连接段5为一体结构，且由合金钢材料制成，提高整体结构强度，同时便于安装使用；天平悬臂连接段1、天平前测量段2、天平阻力测量段3、天平后测量段4、天平固定连接段5整体外形为轴形结构，且中间孔贯穿整体，便于在风洞内安装使用，提高使用的便利性；天平阻力测量元件7的每个横“门”型梁上下两侧粘贴有电阻应变计，且位于天平阻力测量元件7中心位置，方向沿轴线方向，8片电阻应变计组成一个惠斯通电桥，使天平在测力时通过粘贴的电阻应变计形成的惠斯顿电桥失去原有的平衡从而产生电压信号增量，通过电桥输出电压与所受载荷之间的对应关系完成阻力测量。

如图8所示，应用该六分量环式风洞天平，包括六分量环式风洞天平12，六分量环式风洞天平12一端固定有测力模型10，六分量环式风洞天平12另一端设置有支撑装置15，支撑装置15内侧安装有内管道14，内管道14内安装有螺旋桨及传动系统11的传动轴，内管道14穿过六分量环式风洞天平12中间孔，六分量环式风洞天平12外侧设置有天平保护罩13；支撑装置15与六分量环式风洞天平12的天平固定连接段5通过端面以及销轴连接，天平除天平固定连接段5外，其它部分与内管道14有不小于2mm的间隙，六分量环式风洞天平12与测力模型10通过法兰连接，便于六分量环式风洞天平12与测力模型10、支撑装置15连接固定；天平保护罩13与六分量环式风洞天平12通过螺钉连接，安装完成后，除天平悬臂连接段1，六分量环式风洞天平12最大外径与支撑装置15保持一致，便于对天平保护罩13的安装固定。

本实用新型工作原理及使用流程：在风洞实验中，测力物上的气动力通过天平悬臂连接段1传递至天平前测量段2、天平阻力测量段3、天平后测量段4，使天平阻力测量元件7、侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件8、升力和俯仰力矩测量元件9产生变形，粘贴于天平阻力测量元件7、侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件8、升力和俯仰力矩测量元件9表面的惠斯顿电桥失去原有的平衡从而产生电压信号增量，通过电桥输出电压与所受载荷之间的对应关系完成阻力测量；通过四组分别位于绕中心轴±45°和±135°方向的阻力测量元件，对称度较高，并要求相邻阻力测量元件开口方向相反，一方面可以平衡天平前测量段2、天平后测量段4与天平阻力测量段3之间的刚度，使天平在承受升力、侧力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩时，各测量元件的变形程度一致，而且天平抗弯刚度更高，可以减少天平整体变形，提高天平强度和测量精准度；另一方面天平阻力测量具有很好的抵抗其它载荷干扰能力：承受阻力时，相邻阻力测量梁的变形相反，而受到升力、侧力、俯仰力矩、和偏航力矩和滚转力矩时，四个阻力测量梁的变形要么上下相反，要么左右相反，要么完全一致，都可以通过本实用新型中的惠斯通电桥进行平衡，不产生干扰输出；此外，由于天平测量元件较多，天平阻力应变计粘贴空间大，所以可以通过粘贴较多应变计并增加供电电压来提高阻力输出。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种六分量环式风洞天平，其特征在于：包括天平阻力测量段(3)，所述天平阻力测量段(3)一侧设置有用于连接测力模型或部件的天平悬臂连接段(1)，所述天平阻力测量段(3)另一侧设置有天平固定连接段(5)，所述天平阻力测量段(3)与所述天平悬臂连接段(1)之间设置有用于测力的天平前测量段(2)，所述天平阻力测量段(3)与所述天平固定连接段(5)之间设置有用于测力的天平后测量段(4)。

2.根据权利要求1所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平前测量段(2)、所述天平后测量段(4)包括侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件(8)、升力和俯仰力矩测量元件(9)，所述侧力、偏航力矩和滚转力矩测量元件(8)前后对称，所述升力和俯仰力矩测量元件(9)上下对称，且均为四个矩形梁。

3.根据权利要求1所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平阻力测量段(3)由四组分别位于中心轴±45°和±135°方向的元件组成，每组元件由两侧的天平阻力支撑梁(6)和天平阻力测量元件(7)组成，天平阻力支撑梁(6)由六个矩形梁组成，对称于六分量环式风洞天平(12)，天平阻力测量元件(7)由横“门”型梁组成，四个横“门”型梁中间位置与六分量环式风洞天平(12)中心重合，而且相邻横“门”型梁开口方向相反，即两个相对梁开口方向朝前，另两个相对梁开口方向朝后。

4.根据权利要求1所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平悬臂连接段(1)与测量物固定通过法兰连接，所述天平固定连接段(5)与支撑物通过销柱连接。

5.根据权利要求1所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平悬臂连接段(1)、所述天平前测量段(2)、所述天平阻力测量段(3)、所述天平后测量段(4)、所述天平固定连接段(5)为一体结构，且由合金钢材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平悬臂连接段(1)、所述天平前测量段(2)、所述天平阻力测量段(3)、所述天平后测量段(4)、所述天平固定连接段(5)整体外形为轴形结构，且中间孔贯穿整体。

7.根据权利要求3所述的一种六分量环式风洞天平，其特征在于：所述天平阻力测量元件(7)的每个横“门”型梁上下两侧粘贴有电阻应变计，且位于所述天平阻力测量元件(7)中心位置，方向沿轴线方向，8片电阻应变计组成一个惠斯通电桥。

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