CN216386217U

CN216386217U - 一种整体式铰链力矩天平

Info

Publication number: CN216386217U
Application number: CN202122660783.4U
Authority: CN
Inventors: 舒海峰
Original assignee: Ultra High Speed Aerodynamics Institute China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: Ultra High Speed Aerodynamics Institute China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2031-11-02

Abstract

本实用新型公开了一种整体式铰链力矩天平，包括：模型端，其下端整体加工有测量元件，测量元件的下端整体加工有固定端；模型端设置有用于连接测量舵的模型端圆孔和两个矩形槽，矩形槽分别开设在模型端圆孔的两侧；测量元件采用“曲回梁”形式；固定端整体加工有与测量元件同轴的扇形法兰面，扇形法兰面的对称面和对称面两侧45°夹角处各布置2个用于定位的锥销孔Ⅰ，扇形法兰面的底部整体加工有用于连接模型本体的圆柱段。本实用新型能够在轴向尺寸较小、径向尺寸较大的模型空间内，通过将铰链力矩天平锥销孔Ⅰ与模型本体锥销孔Ⅱ对齐实现舵偏角的变换，避免了坐标系转换，提高了舵偏角变换效率。

Description

一种整体式铰链力矩天平

技术领域

本实用新型属于风洞试验技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种整体式铰链力矩天平。

背景技术

铰链力矩天平是开展铰链力矩风洞试验的核心部件。天平与舵面的连接方式、天平与模型主体的连接方式、舵面的角度变换方式等均与试验数据的精准度密切相关。

目前常用的测量舵安装定位方式主要有以下两种：(1)锥面配合、平键定位、楔键拉紧；(2)测量舵与天平一体加工等。第一种方法拆卸模型比较困难，装拆过程中容易损坏天平；第二种适用于来流温度不高的低马赫数试验。

常用的舵偏角变换方式主要有以下两种：(1)角度片定位、螺钉压紧； (2)固定偏角整体加工。第一种方法需要模型有足够大的轴向空间，在保证足够结构强度的前提下放置角度片和压紧螺钉；第二种方法加工量较大，舵偏角更换也比较繁琐。

常用的天平与测量舵的组合方式也有两种：(1)天平保持不动，改变测量舵的角度；(2)天平与舵面同时转动。第一种方法天平测得的数据需要进行坐标系转换，有一定的转换误差，常用于模型尺寸较小的小口径风洞试验或需要进行舵面、全弹气动力同时测量风洞试验中；第二种方法不需要进行坐标系转换，转换误差较小。

飞行器的外形和控制舵的结构形式多种多样，目前没有通用的铰链力矩试验天平结构形式能够满足所有飞行器舵面铰链力矩的试验需求，本发明主要针对轴向尺寸较小、径向尺寸较大的模型铰链力矩试验，提出一种整体式天平结构，在保证舵面与天平、天平与模型主体连接可靠的前提下，装拆方便、定位准确、数据处理简便可靠。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种整体式铰链力矩天平，包括：

模型端，其下端整体加工有测量元件，所述测量元件的下端整体加工有固定端；

所述模型端设置有用于连接测量舵的模型端圆孔和两个矩形槽，所述矩形槽分别开设在模型端圆孔的两侧；

所述固定端整体加工有与测量元件同轴的扇形法兰面，所述扇形法兰面的对称面和对称面两侧45°夹角处各布置2个用于定位的锥销孔Ⅰ，所述扇形法兰面的底部整体加工有用于连接模型本体的圆柱段。

优选的是，其中，所述测量元件的结构包括：

两个测量梁Ⅰ，其关于铰链力矩天平左右对称面对称，所述测量梁Ⅰ靠近测量舵一端与铰链力矩天平的模型端相连，远离测量舵一端固定连接有截止板Ⅰ，所述测量梁Ⅰ的前后两端加工有半圆形槽；

四根测量梁Ⅱ，其关于铰链力矩天平中心对称，四根测量梁Ⅱ的外侧边构成四个直角，测量梁Ⅱ朝向测量梁Ⅰ的表面与测量梁Ⅰ的表面平行；每根测量梁Ⅱ的一端与截止板Ⅰ相接，另一端连接有截止板Ⅱ；

两根测量梁Ⅲ，其对称设置在所述测量梁Ⅰ的两侧，所述测量梁Ⅲ靠近测量舵一端与截止板Ⅱ相连，远离测量舵一端与铰链力矩天平固定端相连，所述测量梁Ⅱ朝向测量梁Ⅲ的表面与测量梁Ⅲ的左右表面平行。

优选的是，其中，所述模型端上开设有锥度为1∶5的锥销孔Ⅲ，所述模型端上与锥销孔Ⅲ相对的一侧开设有圆柱通孔；

所述测量舵的转轴处设置有第一圆柱轴，其端面设置有第二圆柱轴，所述第二圆柱轴的端面设置有第三圆柱轴，所述第二圆柱轴的直径小于第一圆柱轴且大于第三圆柱轴；

所述第三圆柱轴的两侧分别固定设置有矩形凸起，所述矩形凸起与模型端的矩形槽相适配；所述第三圆柱开设有销孔，所述销孔最下端与第三圆柱轴线接近，所述销孔的下端开设有螺纹孔Ⅰ，所述螺纹孔Ⅰ和销孔将第三圆柱轴贯穿；所述铰链力矩天平与测量舵采用小间隙配合，测量舵的矩形凸起嵌入至铰链力矩天平的矩形槽中，测量舵的第三圆柱轴穿入至模型端圆孔中，所述铰链力矩天平与测量舵通过在锥销孔Ⅲ、销孔、螺纹孔Ⅰ、圆柱通孔装入螺纹销Ⅰ实现定位、紧固。

优选的是，其中，所述模型本体开设有与圆柱段相适配的圆柱孔，以圆柱孔中心点为圆心的两个分度圆上分别开设有多个锥销孔Ⅱ，所述锥销孔Ⅱ的大端朝向铰链力矩天平一侧，且所述大端直径与锥销孔Ⅰ的小径相等，所述锥销孔Ⅱ中开设有螺纹孔Ⅱ；锥销孔Ⅰ和与之对齐的锥销孔Ⅱ中装入有螺纹销Ⅱ；

所述圆柱孔中心开设有通孔，所述铰链力矩天平的圆柱段中心位置开设有螺纹孔Ⅱ，所述铰链力矩天平与模型本体通过螺栓拉紧。

优选的是，其中，两圈锥销孔Ⅱ所在分度圆直径与两圈锥销孔Ⅰ所在分度圆直径对应相等；

所述模型本体内圈分度圆上等角度设置有8个锥销孔Ⅱ，相邻两个锥销孔Ⅱ之间的夹角为20°；所述模型本体外圈分度圆上设置有5个锥销孔Ⅱ，其中位于中心位置处的锥销孔Ⅱ与其两侧的两个锥销孔Ⅱ之间的夹角为 20°，最外层的两个锥销孔Ⅱ与中心位置处锥销孔Ⅰ的夹角为60°。

优选的是，其中，所述截止板Ⅰ与铰链力矩天平固定端之间，截止板Ⅱ与铰链力矩模型端之间均保持有间隙。

优选的是，其中，所述铰链力矩天平的测量元件中心位置开设有圆孔，所述圆孔开设至铰链力矩天平固定端的前端面。

本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型的铰链力矩天平设置了模型端圆孔和两个矩形槽，通过模型端圆孔和矩形槽实现了与测量舵的整体固定，在将测量舵安装至铰链力矩天平形成组合体，并安装至模型本体后，可实现测量舵与铰链力矩天平组合体的整体角度偏转，只需通过改变铰链力矩天平的定位角度，即可获得所需的舵偏角。本实用新型提供的整体式铰链力矩天平能够在轴向尺寸较小、径向尺寸较大的模型空间内，通过将铰链力矩天平锥销孔Ⅰ与模型本体锥销孔Ⅱ对齐实现舵偏角的变换，避免了坐标系转换，提高了舵偏角变换效率。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型提供的铰链力矩天平结构示意图；

图2为本实用新型提供的铰链力矩天平正面结构示意图；

图3为铰链力矩天平底部结构示意图；

图4为测量舵的结构示意图；

图5为测量舵和铰链力矩天平组合体的结构示意图；

图6为模型本体结构示意图；

图7为测量舵和铰链力矩天平组合体与模型本体的安装结构示意图；

图8为螺纹销Ⅰ结构示意图；

图9为螺纹销Ⅱ结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-3所示：本实用新型的一种整体式铰链力矩天平，包括：

模型端2，其下端整体加工有测量元件3，所述测量元件3的下端整体加工有固定端5；

所述模型端2设置有用于连接测量舵4的模型端圆孔21和两个矩形槽 22，所述矩形槽22分别开设在模型端圆孔21的两侧；

所述固定端5整体加工有与测量元件3同轴的扇形法兰面6，扇形法兰面直径为52mm，扇形角为116°，所述扇形法兰面6的对称面和对称面两侧 45°夹角处各布置2个用于定位的锥销孔Ⅰ61，其中外圈分度圆直径为 46mm，内圈分度圆直径为34mm；所述扇形法兰面6的底部整体加工有用于连接模型本体1的圆柱段62，圆柱段62直径为14mm，长度为3mm；

工作原理：本实用新型的铰链力矩天平在模型端设置了模型端圆孔21和两个矩形槽22，通过模型端圆孔21和矩形槽22实现了与测量舵4的整体固定，在将测量舵4安装至铰链力矩天平形成组合体，并将组合体安装至模型本体1上后，实现了测量舵4与铰链力矩天平组合体的整体角度偏转，只需通过改变铰链力矩天平的定位角度，即可获得所需的舵偏角。本实用新型提供的整体式铰链力矩天平能够在轴向尺寸较小、径向尺寸较大的模型空间内，通过将铰链力矩天平的锥销孔Ⅰ61与模型本体1的锥销孔Ⅱ102对齐实现舵偏角的变换，避免了坐标系转换，提高了舵偏角变换效率。扇形法兰面6上设置的锥销孔Ⅰ61用于装入螺纹销Ⅱ7，实现测量舵4和铰链力矩天平组合体的角度定位。

在上述技术方案中，所述测量元件3的结构包括：

两个测量梁Ⅰ31，其关于铰链力矩天平左右对称面对称，所述测量梁Ⅰ31靠近测量舵4一端与铰链力矩天平的模型端2相连，远离测量舵4一端固定连接有截止板Ⅰ32，所述测量梁Ⅰ31的前后两端加工有半圆形槽；

四根测量梁Ⅱ33，其关于铰链力矩天平中心对称，四根测量梁Ⅱ33的外侧边构成四个直角，测量梁Ⅱ33朝向测量梁Ⅰ31的表面与测量梁Ⅰ31的表面平行；每根测量梁Ⅱ33的一端与截止板Ⅰ32相接，另一端连接有截止板Ⅱ 34；

两根测量梁Ⅲ35，其对称设置在所述测量梁Ⅰ31的两侧，所述测量梁Ⅲ 35靠近测量舵4一端与截止板Ⅱ34相连，远离测量舵4一端与铰链力矩天平的固定端5相连，所述测量梁Ⅱ33朝向测量梁Ⅲ35的表面与测量梁Ⅲ35的左右表面平行。

在上述技术方案中，所述模型端2上开设有锥度为1∶5的锥销孔Ⅲ23，所述模型端2上与锥销孔Ⅲ23相对的一侧开设有圆柱通孔24；

如图4所示，所述测量舵4的转轴处设置有第一圆柱轴41，其端面设置有第二圆柱轴42，所述第二圆柱轴42的端面设置有第三圆柱轴43，所述第二圆柱轴42的直径小于第一圆柱轴41且大于第三圆柱轴43；

所述第三圆柱轴43的两侧分别固定设置有矩形凸起44，所述矩形凸起 44与模型端2的矩形槽22相适配，且矩形凸起44的长边不超过第三圆柱轴 43；所述第三圆柱43开设有锥度为1∶5的销孔431，所述销孔431最下端与第三圆柱轴43轴线接近，所述销孔431的下端开设有螺纹孔Ⅰ，所述螺纹孔Ⅰ和销孔431将第三圆柱轴43贯穿；所述铰链力矩天平与测量舵4采用小间隙配合，测量舵4的矩形凸起44嵌入至铰链力矩天平的矩形槽22中，测量舵4的第三圆柱轴43穿入至模型端圆孔21中，所述铰链力矩天平与测量舵4通过在锥销孔Ⅲ23、销孔431、螺纹孔Ⅰ和圆柱通孔23中装入螺纹销Ⅰ8 实现定位、紧固，通过这样的方式实现了铰链力矩天平与测量舵4组合体的组装连接，组合体结构示意图参见图5，螺纹销Ⅰ8结构如图8所示，其锥度为1:10。测量舵4第一圆柱轴41和第二圆柱轴42阶梯型设计，与模型主体 1相应部分形成阶梯型缝隙有助于减少气流倒灌，降低铰链力矩天平温度效应，确保高马赫数条件下铰链力矩天平能够正常使用。

在上述技术方案中，如图6所示，所述模型本体1开设有与圆柱段相适配的圆柱孔101，以圆柱孔101中心点为圆心的两个分度圆上分别开设有多个锥销孔Ⅱ102，所述锥销孔Ⅱ102的大端朝向铰链力矩天平一侧，且所述大端直径与锥销孔Ⅰ61的小径相等，大端深度为4mm，所述锥销孔Ⅱ102中开设有螺纹孔Ⅱ，螺纹孔Ⅱ深度为5mm；锥销孔Ⅰ61和与之对齐的锥销孔Ⅱ 102中装入有螺纹销Ⅱ7，螺纹销Ⅱ7的结构如图9所示，其锥度为1：10；

所述圆柱孔101中心开设有直径为5.5mm的通孔1011，所述铰链力矩天平的圆柱段62中心位置开设有规格为M5的螺纹孔Ⅱ621，通过在通孔1011 和螺纹孔Ⅱ621中装入螺栓，进而实现铰链力矩天平与模型本体1的拉紧固定，测量舵4和铰链力矩天平组合体与模型本体1的安装结构示意图如图7 所示。

在上述技术方案中，两圈锥销孔Ⅱ102所在分度圆直径与两圈锥销孔Ⅰ 61所在分度圆直径对应相等，即锥销孔Ⅱ102所在的外圈分度圆直径为 46mm，内圈分度圆直径为34mm；

所述模型本体1内圈分度圆上等角度设置有8个锥销孔Ⅱ102，相邻两个锥销孔Ⅱ102之间的夹角为20°；所述模型本体1外圈分度圆上设置有5个锥销孔Ⅱ102，其中位于中心位置处的锥销孔Ⅱ102与其两侧的两个锥销孔Ⅱ 102之间的夹角为20°，最外层的两个锥销孔Ⅱ102与中心位置处锥销孔Ⅰ 102的夹角为60°。在这种技术方案中，由于模型本体1上的各个锥销孔Ⅱ 102之间均具有确定的夹角，并且铰链力矩天平相邻的两个锥销孔Ⅰ61之间的夹角为45°，因此测量舵4的舵偏角可通过锥销孔Ⅰ61与锥销孔Ⅱ102的对齐关系而确定。为了方便说明，将铰链力矩天平上的锥销孔Ⅰ61编号如下，从测量舵向模型本体看去，扇形法兰面外圈的3个锥销孔Ⅰ从左往右依次记为b1、b2、b3，扇形法兰面内圈的3个锥销孔Ⅰ依次记为b4、b5、b6，模型本体外圈的5个锥销孔Ⅱ102从左往右依次记为m1、m2、m3、m4、m4，模型本体内圈的8个锥销孔Ⅱ从左往右依次记为m6、m7、m8、m9、m10、 m11、m12、m13；将测量舵需要达到的舵偏角、锥销孔Ⅰ和锥销孔Ⅱ的对齐关系定义为一组数对(α，bi，mj)，其中α表示测量舵需要达到的舵偏角，bi和bj表示编号为bi的锥销孔Ⅰ和与其对齐的锥销孔Ⅱ；则测量舵需要达到的舵偏角，以及锥销孔Ⅰ与锥销孔Ⅱ对齐关系具体如下：(﹣30°，b5，m8)、 (﹣25°，b4，m6)、(﹣20°，b2，m2)、(﹣15°，b1，m1)、(﹣10°， b5，m9)、(﹣5°，b4，m7)、(0，b2，m3)、(5°，b6，m3)、(10°，b5， m10)、(15°，b3，m7)、(20°，b2，m4)、(25°，b6，m13)、(30°，b5， m11)，用表格表示为：

角度(°)	锥销孔Ⅰ编号	锥销孔Ⅱ编号
			-30	b5	m8
-25	b4	m6
			-20	b2	m2
-15	b1	m1
			-10	b5	m9
-5	b4	m7
			0	b2	m3
5	b6	m12
			10	b5	m10
15	b3	m5
			20	b2	m4
25	b6	m13
			30	b5	m11

在上述技术方案中，所述截止板Ⅰ32与铰链力矩天平固定端5之间，截止板Ⅱ34与铰链力矩模型端2之间均保持有1mm左右的间隙。

在上述技术方案中，所述铰链力矩天平的测量元件3中心位置开设有直径为10mm的圆孔，所述圆孔开设至铰链力矩天平固定端5的前端面。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型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实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种整体式铰链力矩天平，其特征在于，包括：

所述固定端整体加工有与测量元件同轴的扇形法兰面，所述扇形法兰面的对称面和对称面两侧45°夹角处各布置2个用于定位的锥销孔Ⅰ，所述扇形法兰面的底部整体加工有用于连接模型本体的圆柱段；

所述模型本体开设有与圆柱段相适配的圆柱孔，以圆柱孔中心点为圆心的两个分度圆上分别开设有多个锥销孔Ⅱ，所述锥销孔Ⅱ的大端朝向铰链力矩天平一侧，且所述大端直径与锥销孔Ⅰ的小径相等，所述锥销孔Ⅱ中开设有螺纹孔Ⅱ；锥销孔Ⅰ和与之对齐的锥销孔Ⅱ中装入有螺纹销Ⅱ；

2.如权利要求1所述的整体式铰链力矩天平，其特征在于，所述测量元件的结构包括：

3.如权利要求1所述的整体式铰链力矩天平，其特征在于，所述模型端上开设有锥度为1∶5的锥销孔Ⅲ，所述模型端上与锥销孔Ⅲ相对的一侧开设有圆柱通孔；

所述第三圆柱轴的两侧分别固定设置有矩形凸起，所述矩形凸起与模型端的矩形槽相适配；所述第三圆柱开设有销孔，所述销孔最下端与第三圆柱轴线接近，所述销孔的下端开设有螺纹孔Ⅰ，所述螺纹孔Ⅰ和销孔将第三圆柱轴贯穿；所述铰链力矩天平与测量舵采用小间隙配合，测量舵的矩形凸起嵌入至铰链力矩天平的矩形槽中，测量舵的第三圆柱轴穿入至模型端圆孔中，所述铰链力矩天平与测量舵通过在锥销孔Ⅲ、销孔、螺纹孔Ⅰ和圆柱通孔中装入螺纹销Ⅰ实现定位、紧固。

4.如权利要求1所述的整体式铰链力矩天平，其特征在于，两圈锥销孔Ⅱ所在分度圆直径与两圈锥销孔Ⅰ所在分度圆直径对应相等；

所述模型本体内圈分度圆上等角度设置有8个锥销孔Ⅱ，相邻两个锥销孔Ⅱ之间的夹角为20°；所述模型本体外圈分度圆上设置有5个锥销孔Ⅱ，其中位于中心位置处的锥销孔Ⅱ与其两侧的两个锥销孔Ⅱ之间的夹角为20°，最外层的两个锥销孔Ⅱ与中心位置处锥销孔Ⅰ的夹角为60°。

5.如权利要求2所述的整体式铰链力矩天平，其特征在于，所述截止板Ⅰ与铰链力矩天平固定端之间，截止板Ⅱ与铰链力矩模型端之间均保持有间隙。

6.如权利要求1所述的整体式铰链力矩天平，其特征在于，所述铰链力矩天平的测量元件中心位置开设有圆孔，所述圆孔开设至铰链力矩天平固定端的前端面。