一種片式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(cè)力試驗(yàn)氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)高超聲速飛行器模型的鉸鏈力矩風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)時(shí)，利用一種片式的單固支雙浮動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的鉸鏈力矩天平完成對(duì)飛機(jī)機(jī)翼控制操縱面的鉸鏈力矩測(cè)量，提高測(cè)量精準(zhǔn)度。
【背景技術(shù)】
[0002]鉸鏈力矩測(cè)量試驗(yàn)是基礎(chǔ)性的風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)項(xiàng)目。隨著我國(guó)航天航空技術(shù)的發(fā)展，特別是先進(jìn)飛行器研制的開展，對(duì)鉸鏈力矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求愈來(lái)愈高。長(zhǎng)期以來(lái)，受模型空間尺寸、氣動(dòng)載荷條件和天平結(jié)構(gòu)形式等限制，用于飛機(jī)機(jī)翼控制操縱面鉸鏈力矩測(cè)量的傳統(tǒng)鉸鏈力矩天平無(wú)軸向力測(cè)量功能、各測(cè)量分量載荷匹配性差；模型、天平及測(cè)量舵之間的安裝位置矛盾突出；機(jī)翼彈性變形和支撐系統(tǒng)剛度對(duì)鉸鏈力矩測(cè)量結(jié)果影響大，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。因此，必須研制一種新型的鉸鏈力矩天平來(lái)滿足日益發(fā)展要求試驗(yàn)數(shù)據(jù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平測(cè)量的不足，提高測(cè)量的精準(zhǔn)度，本發(fā)明提供了一種片式鉸鏈力矩天平。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種片式鉸鏈力矩天平，所述天平為全鋼件整體片式一體化結(jié)構(gòu)，包括:一個(gè)固定連接端，固定連接端同一水平面的兩端分別設(shè)置有剛性過(guò)渡段；四組天平元件，分布于固定連接端的剛性過(guò)渡段兩側(cè)；兩個(gè)浮動(dòng)連接端，每個(gè)浮動(dòng)連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過(guò)渡段，與天平元件連接。
[0005]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平布局為單固支雙浮動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)浮動(dòng)連接端和四組天平元件對(duì)稱布置于固定連接端兩側(cè)。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述鉸鏈力矩天平的各組天平元件由測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁組成。。
[0007]在上述技術(shù)方案中，調(diào)節(jié)梁設(shè)置在測(cè)量梁的外側(cè)。
[0008]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平的天平元件的測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁采用橫置式布局。
[0009]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平測(cè)量梁上粘貼應(yīng)變感應(yīng)器并組成電橋，采用組合電橋方式處理應(yīng)變感應(yīng)器輸出信號(hào)。
[0010]在上述技術(shù)方案中，固定端的剛性過(guò)渡段底面為非接觸面。
[0011]在上述技術(shù)方案中，固定連接端兩側(cè)與剛性過(guò)渡段連接處上下表面設(shè)置有消應(yīng)槽。
[0012]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:
一是高速風(fēng)洞鉸鏈力矩試驗(yàn)中，天平測(cè)量元件感受的鉸鏈力矩不僅與測(cè)量舵自身鉸鏈力矩大小有關(guān)，而且絕大部分來(lái)自于測(cè)量舵的轉(zhuǎn)軸到天平測(cè)量元件中心的距離，本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)減小了測(cè)量、舵轉(zhuǎn)軸到天平測(cè)量元件中心的距離，增加了天平設(shè)計(jì)載荷的匹配性。
[0013]二是本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)增加了阻力元，能夠消除由于模型結(jié)構(gòu)限制使得天平的測(cè)量中心與舵面轉(zhuǎn)軸沿法向方向上的不重合帶來(lái)的測(cè)量誤差，提高測(cè)量精準(zhǔn)度。傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平為三分量天平，僅具有測(cè)量控制舵的升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩功能，受測(cè)量模型的限制，傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平布局不能實(shí)現(xiàn)天平中心與控制舵轉(zhuǎn)軸在同一水平面上，導(dǎo)致阻力對(duì)其他分量的干擾無(wú)法修正，影響測(cè)量精準(zhǔn)度。
[0014]三是本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)采取單固支雙浮動(dòng)形式，相當(dāng)于采用左右兩臺(tái)天平共同測(cè)量測(cè)量舵所受氣動(dòng)力，測(cè)量靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)片式天平。
[0015]四是本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)采取測(cè)量梁與調(diào)節(jié)梁形式，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)梁尺寸能夠得到期望的測(cè)量梁應(yīng)變大小。
[0016]五是本發(fā)明所述的天平為組合電橋方式，將每一組測(cè)量元件單獨(dú)組成一個(gè)測(cè)量電橋，測(cè)量舵感受的升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩的信號(hào)輸出分別由各測(cè)量電橋信號(hào)輸出的不同組合而成，此方式增加了天平各元的靈敏度，提高天平的測(cè)量精準(zhǔn)度。
[0017]六是本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)和安裝方式，可以減少機(jī)翼的切削量，保證機(jī)翼的整體剛度。同時(shí)，由于天平元件與模型安定面的連接尺寸小于傳統(tǒng)片式天平，所以很大程度上減小了機(jī)翼變形對(duì)測(cè)量的影響。
[0018]七是本發(fā)明所述的天平固定連接端兩側(cè)與剛性過(guò)渡段連接處上下表面設(shè)置有消應(yīng)槽，能夠減小連接應(yīng)力對(duì)測(cè)量影響，提高測(cè)量精準(zhǔn)度。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
圖1是本發(fā)明的片式鉸鏈力矩天平與模型安定面及測(cè)量舵的安裝示意圖；
圖2是傳統(tǒng)的片式鉸鏈力矩天平與模型安定面及測(cè)量舵的連接示意圖；
圖3是本發(fā)明的一種片式鉸鏈力矩天平主視圖；
圖4是圖3的A-A剖視圖；
其中是測(cè)量舵，2是鉸鏈力矩天平，3是機(jī)翼，4、11是測(cè)量連接面5、10是施力連接端剛性過(guò)渡段，6、7、8、9是測(cè)量梁，12、13、16、17是調(diào)節(jié)梁，14、15是固定連接端剛性過(guò)渡段，18、19、20、21是消應(yīng)槽。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的片式鉸鏈力矩天平，為全鋼件整體片式結(jié)構(gòu)，鉸鏈力矩天平由固定連接端、天平元件和浮動(dòng)連接端三部分組成，兩個(gè)浮動(dòng)連接端通過(guò)螺釘及銷釘與飛行器測(cè)量舵連接，天平元件由測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁組成，固定連接端通過(guò)螺釘及銷釘與模型安定面連接。本發(fā)明的片式鉸鏈力矩天平為單固支雙浮動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)浮動(dòng)連接端和四組天平元件對(duì)稱布置于固定連接端兩側(cè)；該結(jié)構(gòu)類似于采用左右兩臺(tái)天平共同測(cè)量測(cè)量舵所受氣動(dòng)力結(jié)構(gòu)；所述的鉸鏈力矩天平元件的測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁為橫置式布局。所述的鉸鏈力矩天平組橋方式為組合電橋方式，天平元件的測(cè)量梁上粘貼應(yīng)變計(jì)組成電橋，作用在飛行器模型上的氣動(dòng)力通過(guò)設(shè)置在上述測(cè)量元件上的電阻應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)電橋的不同組合實(shí)現(xiàn)對(duì)作用在測(cè)量舵上升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩及軸向力的測(cè)量。
[0021]在固定連接端和浮動(dòng)連接端分別設(shè)置有5?1mm的過(guò)渡段和消應(yīng)槽。
[0022]鉸鏈力矩天平的軸向力X分量測(cè)量元件、法向力Y分量測(cè)量元件、俯仰力矩(鉸鏈力矩)Mj分量測(cè)量元件及滾轉(zhuǎn)力矩Mx分量測(cè)量元件中心為鉸鏈力矩天平的力矩參考中心。
[0023]如圖1、圖2所示，從本發(fā)明的天平結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平結(jié)構(gòu)可以看出:在天平測(cè)量元件的布局上，本發(fā)明所述的鉸鏈力矩天平的天平元件測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁采用橫置式布局，使得天平固定連接端與浮動(dòng)連接端的布局與測(cè)量舵的轉(zhuǎn)軸平行，縮短了天平中心到測(cè)量舵轉(zhuǎn)軸的距離，減小了附加力矩，使得天平具有良好的載荷匹配性。如本發(fā)明所述的天平結(jié)構(gòu)測(cè)量舵轉(zhuǎn)軸到天平元件中心的最短距離為0.024m,該距離產(chǎn)生的附加力矩為12 N.m，為測(cè)量舵相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的鉸鏈力矩載荷的7倍左右。而傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平的測(cè)量梁為縱軸式布局，天平固定連接端與浮動(dòng)連接端位于測(cè)量梁的兩側(cè)，布局與測(cè)量舵的轉(zhuǎn)軸垂直，該布局方式及元件結(jié)構(gòu)使得傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平的元件中心與測(cè)量舵轉(zhuǎn)軸的距離較遠(yuǎn)，天平感受的附加力矩增大，造成天平的載荷匹配性差，存在小升力、大俯仰力矩的現(xiàn)象。如上所述的測(cè)量舵相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的鉸鏈力矩載荷為1.7N.m，轉(zhuǎn)軸到天平測(cè)量中心的最短距離為0.040m，該距離產(chǎn)生的附加力矩為20 N.m，為測(cè)量舵相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的鉸鏈力矩載荷的11.8倍左右。
[0024]圖3是本發(fā)明中天平的主視圖，圖4是圖3的A-A剖視圖，從圖中可以看出作用在測(cè)量舵上的氣動(dòng)力通過(guò)兩端的模型測(cè)量舵施力連接面經(jīng)過(guò)施力連接端剛性過(guò)渡段與天平元件相連，采用沉頭螺釘和柱銷連接定位。天平元件由四柱測(cè)量梁及四柱調(diào)節(jié)梁構(gòu)成，四柱測(cè)量梁及四柱調(diào)節(jié)梁經(jīng)剛性過(guò)渡段及消應(yīng)槽通過(guò)螺釘和柱銷與模型安定面連接固定。這樣就實(shí)現(xiàn)了飛行器模型測(cè)量舵、一種片式鉸鏈力矩天平、模型安定面的可靠連接。
[0025]在順序連接的各部件之間設(shè)置的剛性過(guò)渡段和消應(yīng)槽，能夠減小連接應(yīng)力對(duì)測(cè)量的影響，提高測(cè)量質(zhì)量；在測(cè)量元件上設(shè)置調(diào)節(jié)梁，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)梁的尺寸優(yōu)化，能夠使各測(cè)量分量的靈敏度較好的滿足測(cè)量要求，提高測(cè)量精準(zhǔn)度。
[0026]風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中，作用在飛行器測(cè)量舵上的空氣動(dòng)力載荷通過(guò)天平兩端的施力連接端使本發(fā)明的鉸鏈力矩天平的天平元件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，在四柱測(cè)量梁的上下表面分別粘貼應(yīng)變計(jì)，組成惠斯通電橋，將這四個(gè)電壓增量信號(hào)通過(guò)不同的組合后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后實(shí)現(xiàn)了對(duì)作用在飛行器測(cè)量舵舵上的空氣動(dòng)力載荷法向力Y分量、鉸鏈力矩Mj分量、滾轉(zhuǎn)力矩Mx分量的精確測(cè)量，在四柱測(cè)量梁的內(nèi)側(cè)垂直表面粘貼應(yīng)變計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)在軸向力X分量的測(cè)量。
[0027]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)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(guò)程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種片式鉸鏈力矩天平，所述天平為全鋼件整體片式一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于包括: 一個(gè)固定連接端，固定連接端同一水平面的兩端分別設(shè)置有剛性過(guò)渡段；四組天平元件分布于固定連接端的剛性過(guò)渡段兩側(cè)；兩個(gè)浮動(dòng)連接端，每個(gè)浮動(dòng)連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過(guò)渡段，與天平元件連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于鉸鏈力矩天平布局為單固支雙浮動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)浮動(dòng)連接端和四組天平元件對(duì)稱布置于固定連接端兩側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于鉸鏈力矩天平的各組天平元件由測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁組成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于調(diào)節(jié)梁設(shè)置在測(cè)量梁的外側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于鉸鏈力矩天平的天平元件的測(cè)量梁和調(diào)節(jié)梁采用橫置式布局。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉸鏈力矩天平，其特征在于鉸鏈力矩天平測(cè)量梁上粘貼應(yīng)變感應(yīng)器并組成電橋，采用組合電橋方式處理應(yīng)變感應(yīng)器輸出信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于固定端的剛性過(guò)渡段底面為非接觸面。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式鉸鏈力矩天平，其特征在于固定連接端兩側(cè)與剛性過(guò)渡段連接處上下表面設(shè)置有消應(yīng)槽。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種片式鉸鏈力矩天平，所述天平為全鋼件整體片式一體化結(jié)構(gòu)，包括：一個(gè)固定連接端，固定連接端同一水平面的兩端分別設(shè)置有剛性過(guò)渡段；四組天平元件分布于固定連接端的剛性過(guò)渡段兩側(cè)；兩個(gè)浮動(dòng)連接端，每個(gè)浮動(dòng)連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過(guò)渡段，與天平元件連接。本發(fā)明所述的片式鉸鏈力矩天平結(jié)構(gòu)，可減小天平的附加力矩，提高載荷的匹配性，能實(shí)現(xiàn)帶軸向力的氣動(dòng)力測(cè)量，同時(shí)可減小機(jī)翼變形對(duì)測(cè)量的干擾，使測(cè)量不確定度顯著減小，獲得高精度和準(zhǔn)度的氣動(dòng)力測(cè)量結(jié)果。
【IPC分類】G01M9/06
【公開號(hào)】CN105115694
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510428422
【發(fā)明人】王樹民, 王超, 潘華燁, 米鵬, 謝斌, 向光偉, 陳麗, 唐新武, 王玉花, 劉維亮, 賈巍, 譚顯慧, 馬濤
【申請(qǐng)人】中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日