一種分段式微量鉸鏈力矩天平的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天測力試驗(yàn)氣動(dòng)力測量技術(shù)領(lǐng)域，針對高超聲速飛行器模型的鉸鏈力矩風(fēng)洞測力試驗(yàn)時(shí)，利用一種分段式的微量鉸鏈力矩天平實(shí)現(xiàn)對全動(dòng)舵模型控制舵在高馬赫數(shù)下的微量鉸鏈力矩測量，獲得高精度和準(zhǔn)度的氣動(dòng)力測量結(jié)果。
【背景技術(shù)】
[0002]鉸鏈力矩測量試驗(yàn)是基礎(chǔ)性的風(fēng)洞測力試驗(yàn)項(xiàng)目。隨著我國航天航空事業(yè)的發(fā)展，對風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)的要求日益提高，微量鉸鏈力矩測量技術(shù)作為一項(xiàng)重點(diǎn)風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)被廣泛用于型號(hào)模型氣動(dòng)特性研宄和關(guān)鍵控制參數(shù)測量，微量鉸鏈力矩天平研宄是微量鉸鏈力矩試驗(yàn)技術(shù)的重要支撐。
[0003]常用的鉸鏈力矩天平有兩種形式:橫軸式和縱軸式。橫軸式的鉸鏈力矩天平，天平的中心軸與模型軸線垂直，舵面的鉸鏈力矩為天平的滾轉(zhuǎn)力矩，該結(jié)構(gòu)的天平測量元件受模型空間限制往往是三分量或五分量的組合元件，即天平的同一測量梁不僅要完成對控制舵的升力(側(cè)力)、俯仰力矩(偏航力矩)的測量，而且還要完成對控制舵鉸鏈力矩的測量，在現(xiàn)有的技術(shù)條件和應(yīng)變計(jì)粘貼最小尺寸的限制下，在保證Y和Mz滿足強(qiáng)度要求的情況下，天平升力元和鉸鏈力矩元的載荷之比最大不超過100倍，超出了以上范圍，鉸鏈力矩的測量精準(zhǔn)度難以滿足要求，縱軸式的鉸鏈力矩天平，天平的中心軸與模型軸線平行，舵面鉸鏈力矩為天平的俯仰力矩，這種形式的天平校準(zhǔn)中心與舵面轉(zhuǎn)軸難以重合，兩者距離產(chǎn)生的附加力矩占天平設(shè)計(jì)量程的90%以上，要實(shí)現(xiàn)對舵面鉸鏈力矩的準(zhǔn)確測量同樣具有很大的難度。
[0004]因此，現(xiàn)有的鉸鏈力矩天平無法實(shí)現(xiàn)對微量鉸鏈力矩的精確測量，主要存在以下測量困難:
(I)天平的鉸鏈力矩載荷小，升力元和鉸鏈力矩的載荷比例超過300倍以上，天平各載荷嚴(yán)重不匹配，常見的鉸鏈力矩測量方式難以達(dá)到測量要求，天平強(qiáng)度、天平靈敏度和元件間的相互矛盾非常突出。
[0005](2)高馬赫數(shù)條件下天平的溫度效應(yīng)直接影響測量精準(zhǔn)度。
[0006]受模型空間尺寸的限制，常用的鉸鏈力矩天平無法采用常規(guī)測力試驗(yàn)天平的水冷防熱結(jié)構(gòu)，致使天平的工作環(huán)境非常惡劣，要實(shí)現(xiàn)在高馬赫數(shù)下對微量鉸鏈力矩的精確測量，溫度的影響不容忽視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有高馬赫數(shù)下微量鉸鏈力矩測量精度和準(zhǔn)度的不足，準(zhǔn)確測量舵面的鉸鏈力矩系數(shù)，本發(fā)明采用了一種分段式的微量鉸鏈力矩天平的結(jié)構(gòu)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種分段式微量鉸鏈力矩天平，包括一臺(tái)縱軸式的六分量鉸鏈力矩天平和一臺(tái)橫軸式的微量單分量鉸鏈力矩天平； 所述六分量鉸鏈力矩天平包括自由端連接錐體、固定端連接錐體和兩連接錐體之間的測量裝置，整個(gè)六分量鉸鏈力矩天平為全鋼件一體化結(jié)構(gòu)；六分量鉸鏈力矩天平外部設(shè)置有一層隔熱層，整個(gè)六分量鉸鏈力矩天平套入支桿內(nèi)，支桿上設(shè)置有拉緊楔用于固定支桿；
所述微量單分量鉸鏈力矩天平包括前端連接錐體、后端連接錐體和測量裝置，前端連接錐體的軸心線與后端連接錐體的軸心線垂直，整個(gè)微量單分量鉸鏈力矩天平為全鋼件一體化結(jié)構(gòu)；
微量單分量鉸鏈力矩天平的后端連接錐體的內(nèi)錐面與六分量鉸鏈力矩天平的自由端連接錐體的外錐面相配合，通過設(shè)置在自由端連接錐體上的拉緊定位裝置固定兩個(gè)連接錐面；
微量單分量鉸鏈力矩天平的前端連接錐體的內(nèi)錐面上設(shè)置有一層隔熱層。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述微量單分量鉸鏈力矩天平上設(shè)置有變角鎖緊裝置，變角鎖緊裝置設(shè)置在前端連接錐面的外錐臺(tái)上，通過改變變角裝置的角度實(shí)現(xiàn)微量單分量鉸鏈力矩天平對不同角度測量舵的測量。
[0010]在上述技術(shù)方案中，前端連接錐面的外錐面上設(shè)置有限位保護(hù)裝置。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述六分量鉸鏈力矩天平中的測量裝置分為三段，每兩段之間設(shè)置有等直段。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述微量單分量鉸鏈力矩天平前端連接錐的高與底邊的比為1:10，后端連接錐的高于底邊的比為1:5。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):本發(fā)明設(shè)置的組合結(jié)構(gòu)為一臺(tái)橫軸式的單分量微量鉸鏈力矩天平和一臺(tái)縱軸式的六分量測力天平組合而成，該天平既具有橫軸式鉸鏈力矩天平測量直接、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有具有縱軸式的六分量測力天平測量全面的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]隔熱裝置的設(shè)置:所述的鉸鏈力矩天平，測量舵通過隔熱絕熱裝置一與微量單分量鉸鏈力矩天平連接端連接，六分量鉸鏈力矩天平固定端經(jīng)隔熱絕熱裝置二與支桿連接。隔熱絕熱裝置能夠減小氣流串動(dòng)，提高隔熱性效果，能有效減小試驗(yàn)中高馬赫數(shù)下的天平溫度效應(yīng)，提高天平測量的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0015]變角裝置的設(shè)置:本發(fā)明所述的鉸鏈力矩天平測量舵通過變角裝置實(shí)現(xiàn)測量舵舵偏角角度變換。該結(jié)構(gòu)具有定位準(zhǔn)確，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]限位保護(hù)裝置的設(shè)置:本發(fā)明所述的鉸鏈力矩天平在橫軸式的單分量微量鉸鏈力矩天平上設(shè)置有限位保護(hù)裝置，由于橫軸式的單分量微量鉸鏈力矩天平的測量載荷小，應(yīng)變梁薄，在更換試驗(yàn)條件過程中易損壞天平，限位保護(hù)裝置的設(shè)置提高了試驗(yàn)的安全性。
[0017]等直段的設(shè)置:縱軸式的六分量測力天平三個(gè)順序連接的元件段之間設(shè)置有等直段，不僅使得各元件段對各自所測量的分量敏感，而且具有較大的抗其它分量干擾的能力。
[0018]本發(fā)明可根據(jù)不同測量舵的鉸鏈力矩載荷，更換微量單分量鉸鏈力矩天平與六分量鉸鏈力矩天平固連，具有天平量程覆蓋面大、適用范圍廣的特點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平，在保證天平強(qiáng)度、剛度足夠的情況下，提高了各分量的靈敏度，減小了各分量之間的干擾，具有測量精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，本發(fā)明所述的分段式微量鉸鏈力矩天平不僅實(shí)現(xiàn)了在高馬赫數(shù)下對全動(dòng)舵模型微量鉸鏈力矩的精確測量，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對控制舵六個(gè)分量的測量，兩臺(tái)天平測量的鉸鏈力矩相可以互印證、相互對比，提高了天平測量的可靠性和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平的裝配圖；
圖2是本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平的主視圖；
圖3是本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平的俯視圖；
圖4是圖2的A-A剖視圖；
圖5是圖2的B-B剖視圖；
圖6是圖2的C-C剖視圖；
圖7是圖2的D-D剖視圖；
圖8是圖2的E-E剖視圖；
圖9是圖2的F-F剖視圖；
圖10是圖2的G-G剖視圖；
圖11是圖2的M向視圖；
圖1中1.微量單分量鉸鏈力矩天平2.隔熱裝置一 3.拉緊螺母4.變角塊5.限位保護(hù)塊6.壓緊螺釘7.平鍵8.拉緊楔9.六分量鉸鏈力矩天平10.隔熱裝置二 11.拉緊楔12.支桿。
[0021]圖2?圖11中13.微量單分量鉸鏈力矩天平的外支撐框14.微量單分量鉸鏈力矩天平的內(nèi)連接段15.拔模裝置安裝螺釘孔16.微量單分量鉸鏈力矩天平測量裝置17.六分量鉸鏈力矩天平Y(jié)、Mz、Z、My元測量裝置一 18.六分量鉸鏈力矩天平X元測量裝置一 19.六分量鉸鏈力矩天平Y(jié)、Mz、Z、My元測量裝置二 20.六分量鉸鏈力矩天平鍵槽21.六分量鉸鏈力矩天平拉緊楔孔22.微量單分量鉸鏈力矩天平前端連接錐面23.微量單分量鉸鏈力矩天平變角塊安裝平面24.限位塊螺釘孔25.限位塊安定面26.微量單分量鉸鏈力矩天平后端連接錐面27.六分量鉸鏈力矩天平自由端連接錐面28.鉸鏈力矩天平等直段29.鉸鏈力矩天平走線孔30.六分量鉸鏈力矩天平固定端連接錐面。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平為了對全動(dòng)舵模型測量舵的微量鉸鏈力矩測量，采用了一個(gè)分段式結(jié)構(gòu)，它由單分量微量鉸鏈力矩天平、六分量天平、絕熱和隔熱裝置以及限位保護(hù)裝置四大部分構(gòu)成。
[0023]本發(fā)明的一種分段式微量鉸鏈力矩天平的設(shè)計(jì)載荷為法向力Y分量為30N，俯仰力矩Mz分量為1.8N.m，軸向力X分量為30N，滾轉(zhuǎn)力矩Mx分量為0.06N.m，側(cè)向力X分量為20N，偏航力矩My分量為0.8N.m。試驗(yàn)馬