CN219996476U - 一种新型微小量程摩阻天平 - Google Patents

Abstract

一种新型微小量程摩阻天平，由上到下、由内到外依次包括天平感应面(1)、隔热棒(2)、敏感梁(3)和天平外壳(4)，天平感应面(1)与隔热棒(2)连接，隔热棒(2)下方与敏感梁(3)连接，敏感梁(3)两侧均粘贴有应变计(5)，应变计(5)连接形成用于测量摩阻值的惠斯通电桥，敏感梁(3)底部与天平外壳(4)配合连接。

Description

一种新型微小量程摩阻天平

技术领域

本实用新型涉及一种新型微小量程摩阻天平，属于空气动力学技术领域。

背景技术

高超声速飞行器飞行时，其摩擦阻力最高可占总阻力的50％以上，准确地预测摩阻，将对飞行器研制起到十分重要的作用。测量飞行器表面摩阻最直接有效的方法便是使用摩阻天平，以目前较为成熟的应变式摩阻天平为例，大多使用一感应面作为摩阻的测量面，并与敏感梁结构相连，在敏感梁上粘贴应变计，当感应面受到摩阻载荷作用后，敏感梁产生相应形变，梁上应变计组成的惠斯通电桥输出电信号，实现摩阻的实时测量。

目前的摩阻天平大多使用于常规高超声速和激波风洞进行低空环境的摩阻测量，现有国内外文献中摩阻天平的量程大多数大于100Pa，最小的量程为45Pa，试验测量案例最小约15Pa。当飞行器飞行高度进一步增加时，飞行器表面摩阻量值大幅减小，此时的摩阻测量难度大幅增加。经初步估计，在80Km高度时，平板摩阻量级基本在4Pa左右，90Km高度时，摩阻量级基本在2Pa左右，现有摩阻天平难以满足高空域及跨流域环境的测量需求。为满足微量摩阻的测量需求，需要在满足测量精度同时进一步减小摩阻天平量程。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有摩阻天平难以满足高空域及跨流域环境的测量需求的问题，提出了一种新型微小量程摩阻天平。

本实用新型解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种新型微小量程摩阻天平，包括天平感应面、隔热棒、敏感梁、天平外壳，天平感应面与隔热棒连接，隔热棒下方与敏感梁连接，敏感梁两侧均粘贴有应变计，应变计连接形成用于测量摩阻值的惠斯通电桥，敏感梁底部与天平外壳匹配安装。

所述天平感应面下端与隔热棒上端、隔热棒下端与敏感梁上端均通过柱面过盈配合连接。

所述敏感梁中心位置的矩形截面梁两侧设置有应变计。

所述敏感梁下端与天平外壳通过天平外壳上的方孔连接。

所述天平感应面直径范围大于常规摩阻天平。

所述矩形截面梁的长边两侧靠近下端根部位置粘贴有应变计，应变计引线从天平外壳设置的圆通孔引出。

所述圆通孔与引线端子处于同一高度。

所述敏感梁的截面形状为矩形，上端加工有圆柱面配合段，与隔热棒下端通过过盈配合连接，敏感梁下端加工有方形截面配合段，设置有圆柱销孔。

所述天平外壳上设置有销孔、方孔、圆通孔、螺孔，螺孔及销孔分布直径均大于天平感应面的直径。

所述天平外壳上端设置的销孔、螺孔，螺孔沿圆周均匀分布，销孔排布于相邻螺孔中间。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本实用新型提供的一种新型微小量程摩阻天平，用于实现高空域及跨流域环境的微小摩阻测量，天平通过一个较大直径的感应面感受微小摩阻载荷，并传递至敏感梁，敏感梁上布置的应变计所组成的惠斯通电桥在摩阻载荷的作用下产生相应电信号，从而得到摩阻数值，设计载荷降低至10Pa以内，最小分辨率优于0.4Pa，静态校准准度优于0.5％，同时设计了相应隔热结构，可用于高空域及跨流域环境的高精度微小摩阻测量，能够解决高空域及跨流域环境下的微小摩阻测量问题，能够在高空、高温环境下实现微小摩阻的精确测量。

附图说明

图1为实用新型提供的摩阻天平整体结构示意图；

图2为实用新型提供的摩阻天平主观示意图；

图3为实用新型提供的摩阻天平A-A的剖视图；

图4为实用新型提供的摩阻天平俯视图；

图5为实用新型提供的摩阻天平敏感梁上应变计粘贴位置及惠斯通电桥的组建示意图；

具体实施方式

一种新型微小量程摩阻天平，由上到下、由内到外依次包括天平感应面1、隔热棒2、敏感梁3和天平外壳4，天平感应面1与隔热棒2连接，隔热棒2下方与敏感梁3连接，敏感梁3两侧均粘贴有应变计5，应变计5连接形成用于测量摩阻值的惠斯通电桥，敏感梁3底部与天平外壳4配合连接。

其中，天平感应面1直径与常规摩阻天平感应面直径相比较大，一般在φ60mm左右，隔热棒2采用非金属隔热材料，且上端与所述天平感应面1之间通过过盈配合连接；

敏感梁3的截面形状为矩形，敏感梁3上端加工有圆柱面配合段，隔热棒2下端通过过盈配合连接，敏感梁3下端加工有方形截面配合段，并开有圆柱销孔；

天平外壳4底部开有方孔，同时与敏感梁3对应位置开有销孔，与敏感梁3下端配合，使用销钉定位，天平外壳4底部方孔上为圆柱孔，天平外壳4上端设有一圈螺孔及若干销孔，螺钉孔沿圆周均匀分布，销孔排布于相邻螺钉孔中间；

天平外壳4靠近底部，与敏感梁3相应应变计粘贴位置处设有通孔，天平感应面1、隔热棒2、敏感梁3轴线均与天平外壳4轴线重合，天平感应面1的上表面与天平外壳4轴线垂直；

天平感应面1的上表面与天平外壳4上表面之间为一特定距离，天平外壳4内径大于天平感应面1下方相应位置处外径，且两者间为一特定间隙，天平外壳4上端螺孔分布直径应大于天平感应面1直径。

下面结合说明书附图及优选实施例进行进一步说明：

在当前实施例中，如图1-图5所示，新型微小量程摩阻天平，由上到下依次包括天平感应面1、隔热棒2、敏感梁3和天平外壳4。其中天平感应面1、敏感梁3和天平外壳4均采用金属合金制作，隔热棒2使用非金属隔热材料制作。隔热棒2可有效阻止风洞气流热量从天平感应面1向敏感梁3传递。天平感应面1下端与隔热棒2上端以及隔热棒2下端与敏感梁3上端均通过柱面过盈配合连接，以保证连接稳定性。敏感梁3中心处的核心部件为一矩形截面梁，在矩形梁两侧均粘贴有应变计5，应变计5连接形成用于测量摩阻的惠斯通电桥。敏感梁3下端与天平外壳4通过一方孔402连接，用于提供敏感梁3与天平外壳4之间的周向定位，同时依靠销孔401提供轴向定位。

天平感应面1与常规量程的摩阻天平相比，其直径较大。在摩阻载荷及天平矩形梁尺寸相同的情况下，感应面越大，矩形梁的应变输出越大，因此增大感应面能够起到放大摩阻载荷的作用，从而提高天平灵敏度。常规摩阻天平感应面直径一般在Φ20mm以内，本实施例中的感应面直径为Φ60mm。同时，天平感应面1的上表面粗糙度应与待测模型的表面粗糙度相当。

敏感梁3中心处的矩形截面梁的截面尺寸及长度可综合其应变输出及强度要求做出适应性的调整设计。在矩形梁长边两侧靠近下端根部位置均粘贴有应变计5，具体粘贴位置如图5所示，应变计5组成惠斯通电桥。关于应变计5的粘贴位置以及惠斯通电桥的搭建属于本领域技术人员的公知技术，这里不再赘述。应变计5的引线从天平外壳4上的圆通孔403引出，圆通孔403与引线端子处于同一高度，方便引线引出。

天平外壳4起到保护敏感梁3及应变计5的作用，避免其受到磕碰，同时防止风洞热气流对敏感梁3造成冲刷。天平外壳4上端圆孔与天平感应面1下端柱面之间存在一定间隙，用于阻止摩阻载荷过大进而造成的敏感梁3过度变形，起到天平的过载保护作用，此间隙对应的摩阻载荷即为该天平的极限测量载荷。同时天平感应面1与天平外壳4的间隙处形成一种类似迷宫密封的结构，阻止风洞热气流对天平内部元件的直接冲刷。

天平感应面1上表面与天平外壳4的轴线为垂直关系，且天平感应面1上表面与天平外壳4的上表面间为一特定距离，该距离与待测模型厚度有关，保证天平安装后感应面与待测模型表面平齐度，有利于增加天平测量精度。天平外壳4上端设有一圈螺孔404用于连接天平与模型，螺孔404间设有若干销孔405用于天平与模型间的定位，如图4所示。螺孔404及销孔405的分布直径均需大于天平感应面1直径。

工作原理：

本实用新型提供了一种新型微小量程摩阻天平，在进行风洞试验时，将天平整体安装于待测模型上，使天平变形方向与风洞来流方向一致。首先使用销孔405定位，再通过螺孔404连接。调整天平感应面1上表面与模型表面的平齐度，可通过增加垫片等方式，使安装误差在0.05mm以内，以保证天平测量精度。试验时，风洞来流经过天平感应面1，在摩擦阻力作用下，天平感应面1连同隔热棒2及敏感梁3上半部分产生位移，同时敏感梁3中间的矩形梁产生形变，敏感梁3上布置的应变计5所组成的惠斯通电桥在摩阻作用下产生输出。将天平引线与数采设备连接，即可得到实时测量的摩阻数值。该新型微小量程摩阻天平可满足10Pa以内的微量摩阻测量，试验测量最小分辨率优于0.4Pa，测量精准度优于0.5％，适用于高空域及跨流域环境下的微量摩阻测量。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

包括天平感应面(1)、隔热棒(2)、敏感梁(3)、天平外壳(4)，天平感应面(1)与隔热棒(2)连接，隔热棒(2)下方与敏感梁(3)连接，敏感梁(3)两侧均粘贴有应变计(5)，应变计(5)连接形成用于测量摩阻值的惠斯通电桥，敏感梁(3)底部与天平外壳(4)匹配安装。

2.根据权利要求1所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述天平感应面(1)下端与隔热棒(2)上端、隔热棒(2)下端与敏感梁(3)上端均通过柱面过盈配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述敏感梁(3)中心位置的矩形截面梁两侧设置有应变计(5)。

4.根据权利要求3所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述敏感梁(3)下端与天平外壳(4)通过天平外壳(4)上的方孔连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述矩形截面梁的长边两侧靠近下端根部位置粘贴有应变计(5)，应变计(5)引线从天平外壳(4)设置的圆通孔引出。

6.根据权利要求5所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述圆通孔与引线端子处于同一高度。

7.根据权利要求6所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述敏感梁(3)的截面形状为矩形，上端加工有圆柱面配合段，与隔热棒(2)下端通过过盈配合连接，敏感梁(3)下端加工有方形截面配合段，设置有圆柱销孔。

8.根据权利要求7所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述天平外壳(4)上设置有销孔、方孔、圆通孔、螺孔，螺孔及销孔分布直径均大于天平感应面(1)的直径。

9.根据权利要求8所述的一种新型微小量程摩阻天平，其特征在于：

所述天平外壳(4)上端设置的销孔、螺孔，螺孔沿圆周均匀分布，销孔排布于相邻螺孔中间。