一種水冷天平的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水冷天平，包括桿式天平和水冷套，所述桿式天平的內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)通水管道，通水管道的兩端分別設(shè)置在桿式天平的兩個(gè)端面上；所述水冷套與桿式天平之間設(shè)置有轉(zhuǎn)接頭，所述轉(zhuǎn)接頭通過螺釘固定在桿式天平的一個(gè)端面上，轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路，進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的一端與桿式天平端面上的兩個(gè)通水管道口位置相對應(yīng)，且進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的另一端與水冷套的進(jìn)水口、出水口對應(yīng)連接。本實(shí)用新型克服了波紋管式水冷天平阻力測量誤差大、安裝使用不便、波紋管容易損壞漏水的缺陷。另外，由于去除了波紋管相關(guān)裝置，天平長度縮短、直徑增大，大大提高了天平剛度和冷卻效果，降低了溫度效應(yīng)，使測量不確定度顯著減小。
【專利說明】一種水冷天平

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于航空航天測力試驗(yàn)氣動力測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是高超聲速飛行器模型的風(fēng)洞測力試驗(yàn)時(shí)，利用水冷系統(tǒng)冷卻桿式天平進(jìn)行高超聲速飛行器模型精確六分量氣動力測量，是高超聲速測力試驗(yàn)中最重要的測量設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]天平是用于風(fēng)洞試驗(yàn)中測量模型所受氣動載荷的核心力學(xué)測量設(shè)備，利用粘貼在測量元件表面的應(yīng)變計(jì)組成的惠斯登電橋?qū)鈩虞d荷引起的測量元件變形轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過校準(zhǔn)得到的電壓信號與力、力矩的對應(yīng)矩陣，計(jì)算獲得作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系臍鈩恿Α?br> [0003]高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)中，為了防止氣體發(fā)生冷凝，要對氣流進(jìn)行加熱，當(dāng)Ma=1時(shí)，加熱溫度可達(dá)到800°C以上，用于測量飛行器模型上的空氣動力與力矩的天平環(huán)境溫度可達(dá)到200?300°C。高超聲速風(fēng)洞天平解決溫度效應(yīng)這一難題的主要方法一是對天平采取防熱、隔熱措施，二是對天平進(jìn)行溫度補(bǔ)償，通常采用經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)乃涫教炱?，使?yīng)變計(jì)在正常的溫度范圍內(nèi)工作，以保證天平測量的精度和準(zhǔn)度。
[0004]常見的水冷天平由水冷隔熱套、天平元件、波紋管、冷卻隔熱接頭和冷卻水管等組成。冷卻水經(jīng)過水管，首先對冷卻隔熱接頭進(jìn)行冷卻，再通過一側(cè)的一組波紋管流經(jīng)水冷隔熱套對天平與模型進(jìn)行冷卻，最后通過另一側(cè)的一組波紋管流出。由于波紋管將天平元件與支桿連接起來，無法消除波紋管剛度、水壓及裝配對阻力測量數(shù)據(jù)的影響，并且風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)有可能因振動而發(fā)生損壞漏水，同時(shí)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，減小了天平的直徑，增加了天平長度，降低了天平剛度，嚴(yán)重影響到水冷天平的長期穩(wěn)定性和使用壽命。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了解決波紋管式水冷天平對測力數(shù)據(jù)的影響，提供一種水冷天平，采用獨(dú)特的通水結(jié)構(gòu)增強(qiáng)水冷天平的長期穩(wěn)定性，延長水冷天平使用壽命，提高天平在高溫環(huán)境下的測量精度和準(zhǔn)度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案:一種水冷天平，包括桿式天平和水冷套，所述水冷套套在桿式天平上；
[0007]所述桿式天平的內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)通水管道，通水管道的兩端分別設(shè)置在桿式天平的兩個(gè)端面上；
[0008]所述水冷套與桿式天平之間設(shè)置有轉(zhuǎn)接頭，所述轉(zhuǎn)接頭通過螺釘固定在桿式天平的一個(gè)端面上，轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路，進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的一端與桿式天平端面上的兩個(gè)通水管道口位置相對應(yīng)，且進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的另一端與水冷套的進(jìn)水口、出水口對應(yīng)連接；
[0009]所述桿式天平的兩個(gè)通水管道,一個(gè)為進(jìn)水管道,一個(gè)為出水管道。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述兩個(gè)通水管道以桿式天平的軸心線為基線對稱分布在桿式天平內(nèi)部。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述的桿式天平中設(shè)置有阻力前支撐片和阻力后支撐片，所述進(jìn)水管道和出水管道在前支撐片的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)“回”形管路，且在后支撐片的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)“回”形管路，共設(shè)置有四個(gè)“回”形管路。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水管道的“回”形管路和出水管道的“回”形管路在位置上相互錯(cuò)開，互不干涉。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述“回”形管路其中兩個(gè)設(shè)置在阻力前支撐片和阻力后支撐片的內(nèi)部，而另外兩個(gè)設(shè)置在天平阻力測量結(jié)構(gòu)與前后測量元件之間的過渡段內(nèi)部。
[0014]在上述技術(shù)方案中，“回”形管路為縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述水冷套內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，且水冷套內(nèi)設(shè)置有若干隔板。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述隔板成對等間隔交互設(shè)置，使得水冷套內(nèi)部形成一個(gè)循環(huán)的過水通道。
[0017]本實(shí)用新型的工作原理是:利用冷卻水通過桿式天平內(nèi)部布置的通水管路，將冷卻水輸送到隔熱套內(nèi)流動，并將吸收熱量的流體引到天平體外，形成冷卻水流動回路，達(dá)到冷卻天平目的。具體來講，在桿式天平內(nèi)部的連接結(jié)構(gòu)上布置通水管路，取代外部通過兩組波紋管給水冷套供水冷卻和保護(hù)天平。桿式天平的前、后彈性敏感元件被阻力分割槽分開，僅通過阻力前支撐片和阻力后支撐片及阻力敏感元件連接，以便測量阻力，因此可以充分利用阻力前支撐片和阻力后支撐片的連接部位布置通水孔，以便將冷卻水從外部通過天平內(nèi)部的進(jìn)水管路依次流經(jīng)過渡段進(jìn)水“回”形管路、進(jìn)水連接管路和支撐片進(jìn)水“回”形管路，通過進(jìn)水轉(zhuǎn)接管路輸入到水冷套內(nèi)部流動，在此過程中吸收外部熱量，吸收了熱量的冷卻水通過出水轉(zhuǎn)接管路流經(jīng)天平內(nèi)部的出水管路依次流經(jīng)過渡段出水“回”形管路、出水連接管路和支撐片出水“回”形管路引出，并帶走熱量達(dá)到冷卻天平的目的。
[0018]本實(shí)用新型所述的進(jìn)水管路和出水管路中有四個(gè)結(jié)構(gòu)為平行于天平橫截面的“回”形管路，分別位于天平的過渡段內(nèi)部和阻力支撐片內(nèi)部，目的是在天平體內(nèi)部形成相互不干涉冷卻水流動通道；所述的“回”形管路為縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，位于天平結(jié)構(gòu)內(nèi)部，需要通過焊接堵塊的工藝加工。
[0019]本實(shí)用新型所述的“回”形管路在空間上相互獨(dú)立，加工時(shí)可先沿管路方向加工通孔，然后再用適當(dāng)長度的銷釘過盈配合后焊接封死，其它管路可采用電火花深小孔加工技術(shù)與焊接技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)全部管路的加工；所述的“回”形管路充分利用天平阻力支撐片結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間，構(gòu)造通水管路實(shí)現(xiàn)水路在天平前后段之間的連通，使冷卻水在天平體內(nèi)流動，帶走天平外部熱量；為了減小天平體內(nèi)水壓對測量結(jié)果的影響，可通過天平通水校準(zhǔn)，獲得氣動力計(jì)算公式，標(biāo)定水壓對天平測量的影響，以減小天平測量誤差。高超聲速風(fēng)洞測力試驗(yàn)時(shí)，在進(jìn)水管路入口供給校準(zhǔn)時(shí)相同壓力的冷卻水，在出水管路出口引出水路。
[0020]綜上所述，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0021]一是去除了高超聲速風(fēng)洞應(yīng)變天平水冷回路中的波紋管及相關(guān)裝置，消除了波紋管式水冷天平中波紋管裝置對氣動力測量的影響，尤其是對阻力測量精度和準(zhǔn)度的影響。
[0022]二是去除了水冷回路中的波紋管及相關(guān)裝置，簡化了加工和裝配，試驗(yàn)中不會因振動而發(fā)生漏水，延長了天平使用壽命，節(jié)約了高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)成本。
[0023]三是通水壓力不受限制，通過通水狀態(tài)天平校準(zhǔn)可以消除天平體內(nèi)部通水管路壓力差對天平測量的影響，大大提高了冷卻效果，降低測量不確定度。
[0024]四是隔熱套內(nèi)部設(shè)有隔板，使水流以隔熱套內(nèi)充分流動，冷卻效果好。
[0025]五是增大了天平直徑，減小了天平長度，大大提高了天平的剛度，增強(qiáng)了天平長期穩(wěn)定性，延長了天平的使用壽命。
[0026]本實(shí)用新型有效的對高超聲速風(fēng)洞應(yīng)變天平進(jìn)行隔熱和冷卻，使應(yīng)變計(jì)在正常的溫度范圍內(nèi)工作，提高了天平測量的精度和準(zhǔn)度，可廣泛應(yīng)用于多分量高超聲速風(fēng)洞水冷天平研制中，具有良好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
[0027]除了用于高超聲速風(fēng)洞測力試驗(yàn)以外，若通入熱水還可以用于低溫風(fēng)洞測力試驗(yàn)中天平加熱與防護(hù)，減小溫度效應(yīng)，提高天平測量精度和準(zhǔn)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]本實(shí)用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0029]圖1是本實(shí)用新型的水冷天平通水結(jié)構(gòu)主視圖；
[0030]圖2是圖1的俯視圖；
[0031 ] 圖3是圖2的A-A剖視圖；
[0032]圖4是圖3的B-B剖視圖；
[0033]圖5是圖3的C-C剖視圖；
[0034]圖6是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖中:1.進(jìn)水管路，11.過渡段進(jìn)水“回”形管路，12.進(jìn)水連接管路，13.支撐片進(jìn)水“回”形管路，2.出水管路，21.過渡段出水“回”形管路，22.出水連接管路，23.支撐片出水“回”形管路，3是水冷套，4是轉(zhuǎn)接頭。

【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1是本實(shí)用新型的水冷天平通水結(jié)構(gòu)主視圖。本實(shí)用新型所述的水冷天平通水結(jié)構(gòu)，它主要包括進(jìn)水管路I和出水管路2，所述的進(jìn)水管路I通過過渡段進(jìn)水“回”形管路11、進(jìn)水連接管路12和支撐片進(jìn)水“回”形管路13，將冷卻水輸送到外部的水冷套達(dá)到隔熱與降溫目的；所述的出水管路2通過過渡段出水“回”形管路21、出水連接管路22和支撐片出水“回”形管路23，將充分吸收熱量的冷卻水從水冷套輸送出來，以形成冷卻回路，以降低天平溫度。
[0037]圖2是圖1的俯視圖，所述的“回”形管路為縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，位于天平結(jié)構(gòu)內(nèi)部，有利于降低水壓對測量結(jié)果的影響，減小天平體內(nèi)管路中流體的溫度變化不均勻、不對稱引起的測量誤差。
[0038]圖3是圖2的A-A剖視圖，所述的進(jìn)水管路I和出水管路2位于天平體內(nèi)，需要經(jīng)過天平的前、后測量元件，在空間上相互獨(dú)立；所述的進(jìn)水管路I和出水管路2中的部分深小孔需要通過電火花深孔加工技術(shù)加工，具有一定的加工難度；所述的進(jìn)水連接管路12和出水連接管路22分別位于天平阻力測量結(jié)構(gòu)實(shí)體內(nèi)部，需要將事先加工好的管路部件焊接到天平體上形成連通回路。
[0039]圖4是圖3的B-B剖視圖，所述的支撐片進(jìn)水“回”形管路13縱向?qū)ΨQ，加工時(shí)可先沿管路方向加工通孔，然后再用適當(dāng)長度的銷釘過盈配合后焊接封死。所述的支撐片出水“回”形管路23結(jié)構(gòu)與支撐片進(jìn)水“回”形管路13類似。
[0040]圖5是圖3的C-C剖視圖，所述的過渡段進(jìn)水“回”形管路11縱向?qū)ΨQ，加工時(shí)可先沿管路方向加工通孔，然后再用適當(dāng)長度的銷釘過盈配合后焊接封死。所述的過渡段出水“回”形管路21結(jié)構(gòu)與過渡段進(jìn)水“回”形管路11類似。
[0041]下面參照圖1-5說明本實(shí)用新型所述的水冷天平的實(shí)施步驟:
[0042]桿式天平內(nèi)部的進(jìn)水管路I和出水管路2要經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)，其主要原則一是方便加工，二是不與其它功能結(jié)構(gòu)干涉，三是要盡量遠(yuǎn)離應(yīng)變計(jì)粘貼面并對稱布置，以減小溫差和壓力變化對貼片處應(yīng)變的影響。通水管路的直徑根據(jù)天平的直徑確定，優(yōu)選地，孔徑為Φ 2mm。所述的進(jìn)水管路I和出水管路2在天平兩個(gè)端部上下對稱布置，并且關(guān)于縱剖面對稱，一是可以錯(cuò)開天平固定端上面的定位鍵和拉緊楔孔等其它結(jié)構(gòu)，也不影響天平模型端上面的大螺紋孔正常使用，二是便于加工和減小冷卻水對天平測量的影響。通水管路中設(shè)置有四個(gè)平行于天平橫截面的“回”形管路，其中所述的過渡段進(jìn)水“回”形管路11和過渡段出水“回”形管路21位于天平阻力測量結(jié)構(gòu)與前后測量元件之間的過渡段內(nèi)部；所述的支撐片進(jìn)水“回”形管路13和支撐片出水“回”形管路23位于阻力支撐片結(jié)構(gòu)中的一組支撐片內(nèi)部，它們在空間上盡量對稱，但在縱向要避免進(jìn)水管路I與出水管路2互不干涉。
[0043]桿式天平中進(jìn)水管路I和出水管路2的加工主要利用深小孔加工技術(shù)和焊接技術(shù)，具體如下:靠近桿式天平端面的深小孔進(jìn)水管路可利用電火花深小孔直接加工；四個(gè)平行于天平橫截面的“回”形管路可先沿各管路加工通孔，然后在不需要的工藝孔位置用適當(dāng)長度的銷釘過盈配合后焊接封死；桿式天平中部的進(jìn)水連接管路12和出水連接管路22可通過電火花加工溝槽，再在外側(cè)焊接蓋板。必要時(shí)“回”形管路與進(jìn)水連接管路12和出水連接管路22之間需要加工連接管路，加工方法同“回”形管路，在桿式天平端面的管路轉(zhuǎn)接處需要加工倒角以方便密封圈安裝和保證密封效果。
[0044]完成加工后的桿式天平在完成應(yīng)變計(jì)粘貼和溫度補(bǔ)償后，先將天平模型端錐面與水冷套錐面裝配，保證配合面達(dá)85%以上，并且錐小徑端面平齊，然后在進(jìn)水轉(zhuǎn)接管路和出水轉(zhuǎn)接管路與桿式天平和水冷套連接位置安裝耐高溫密封圈，將轉(zhuǎn)接頭蓋上，用螺釘拉緊。
[0045]安裝完成后通過加壓通水試驗(yàn)，確保所有管路不漏水、滲水，然后進(jìn)行天平通水校準(zhǔn)，獲得氣動力計(jì)算公式，并標(biāo)定水壓對天平測量的影響，以減小天平測量不確定度。高超聲速風(fēng)洞測力試驗(yàn)時(shí)，在進(jìn)水管路I入口供給校準(zhǔn)時(shí)相同壓力的冷卻水，在出水管路2出口引出水路。試驗(yàn)中有條件最好通入過濾水或蒸餾水，在試驗(yàn)完成后通過高壓氣體吹干通水管路，并定期通入除垢劑和防銹劑，以防止管路堵塞。
[0046]如圖6所示，是本實(shí)用新型的裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖，正如前面所述的水冷天平安裝過程，將水冷套套在水冷天平上，水冷套與水冷天平之間采用轉(zhuǎn)接頭連接。轉(zhuǎn)接頭采用螺釘固定在水冷天平的一端，轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路，進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路與水冷天平上的進(jìn)水道和出水道相配合，在轉(zhuǎn)接頭與水冷天平之間設(shè)置密封線圈保證內(nèi)部空間的密封性。水冷套內(nèi)設(shè)置有若干對隔板，每對隔板等間隔設(shè)置，使得水冷套內(nèi)的空間被隔板隔成一個(gè)循環(huán)的過水通道，這樣就能保證水從水冷套能完全通過，不會出現(xiàn)死角，有效的保證水冷效果。
[0047]本實(shí)用新型并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本實(shí)用新型可擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組



L
ο M
【權(quán)利要求】
1.一種水冷天平，包括桿式天平和水冷套，所述水冷套套在桿式天平上；其特征為: 所述桿式天平的內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)通水管道，通水管道的兩端分別設(shè)置在桿式天平的兩個(gè)端面上； 所述水冷套與桿式天平之間設(shè)置有轉(zhuǎn)接頭，所述轉(zhuǎn)接頭通過螺釘固定在桿式天平的一個(gè)端面上，轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路，進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的一端與桿式天平端面上的兩個(gè)通水管道口位置相對應(yīng)，且進(jìn)水、出水轉(zhuǎn)接管路的另一端與水冷套的進(jìn)水口、出水口對應(yīng)連接； 所述桿式天平的兩個(gè)通水管道，一個(gè)為進(jìn)水管道，一個(gè)為出水管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水冷天平，其特征為所述兩個(gè)通水管道以桿式天平的軸心線為基線對稱分布在桿式天平內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水冷天平，所述的桿式天平中設(shè)置有阻力前支撐片和阻力后支撐片，其特征為所述進(jìn)水管道和出水管道在前支撐片的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)“回”形管路，且在后支撐片的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)“回”形管路，共設(shè)置有四個(gè)“回”形管路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水冷天平，其特征為所述進(jìn)水管道的“回”形管路和出水管道的“回”形管路在位置上相互錯(cuò)開，互不干涉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水冷天平，其特征為所述“回”形管路其中兩個(gè)設(shè)置在阻力前支撐片和阻力后支撐片的內(nèi)部，而另外兩個(gè)設(shè)置在天平阻力測量結(jié)構(gòu)與前后測量元件之間的過渡段內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水冷天平，其特征為所述“回”形管路為縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水冷天平，其特征為所述水冷套內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，且水冷套內(nèi)設(shè)置有若干隔板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種水冷天平，其特征為所述隔板成對、等間隔交互設(shè)置，使得水冷套內(nèi)部形成一個(gè)循環(huán)的過水通道。
【文檔編號】G01M9/06GK204085838SQ201420510337
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】向光偉, 王超, 米鵬, 陳久明, 楊洪勝, 彭超, 王樹民, 苗磊, 徐揚(yáng)帆 申請人:中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所