一種片式鉸鏈力矩天平的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于航空航天測力試驗氣動力測量技術(shù)領(lǐng)域，針對高超聲速飛行器模型的鉸鏈力矩風(fēng)洞測力試驗時，利用一種片式的單固支雙浮動對稱結(jié)構(gòu)的鉸鏈力矩天平完成對飛機機翼控制操縱面的鉸鏈力矩測量，提高測量精準(zhǔn)度。
【背景技術(shù)】
[0002]鉸鏈力矩測量試驗是基礎(chǔ)性的風(fēng)洞測力試驗項目。隨著我國航天航空技術(shù)的發(fā)展，特別是先進飛行器研制的開展，對鉸鏈力矩試驗數(shù)據(jù)質(zhì)量要求愈來愈高。長期以來，受模型空間尺寸、氣動載荷條件和天平結(jié)構(gòu)形式等限制，用于飛機機翼控制操縱面鉸鏈力矩測量的傳統(tǒng)鉸鏈力矩天平無軸向力測量功能、各測量分量載荷匹配性差；模型、天平及測量舵之間的安裝位置矛盾突出；機翼彈性變形和支撐系統(tǒng)剛度對鉸鏈力矩測量結(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滿足日益發(fā)展要求試驗數(shù)據(jù)要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平測量的不足，提高測量的精準(zhǔn)度，本實用新型提供了一種片式鉸鏈力矩天平。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]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)置有剛性過渡段；四組天平元件，分布于固定連接端的剛性過渡段兩側(cè)；兩個浮動連接端，每個浮動連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過渡段，與天平元件連接。
[0006]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平布局為單固支雙浮動對稱結(jié)構(gòu)，即兩個浮動連接端和四組天平元件對稱布置于固定連接端兩側(cè)。
[0007]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量梁和調(diào)節(jié)梁組成。。
[0008]在上述技術(shù)方案中，調(diào)節(jié)梁設(shè)置在測量梁的外側(cè)。
[0009]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平的天平元件的測量梁和調(diào)節(jié)梁采用橫置式布局。
[0010]在上述技術(shù)方案中，鉸鏈力矩天平測量梁上粘貼應(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。
[0011]在上述技術(shù)方案中，固定端的剛性過渡段底面為非接觸面。
[0012]在上述技術(shù)方案中，固定連接端兩側(cè)與剛性過渡段連接處上下表面設(shè)置有消應(yīng)槽。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0014]—是高速風(fēng)洞鉸鏈力矩試驗中，天平測量元件感受的鉸鏈力矩不僅與測量舵自身鉸鏈力矩大小有關(guān)，而且絕大部分來自于測量舵的轉(zhuǎn)軸到天平測量元件中心的距離，本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)減小了測量、舵轉(zhuǎn)軸到天平測量元件中心的距離，增加了天平設(shè)計載荷的匹配性。
[0015]二是本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)增加了阻力元，能夠消除由于模型結(jié)構(gòu)限制使得天平的測量中心與舵面轉(zhuǎn)軸沿法向方向上的不重合帶來的測量誤差，提高測量精準(zhǔn)度。傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平為三分量天平，僅具有測量控制舵的升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩功能，受測量模型的限制，傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平布局不能實現(xiàn)天平中心與控制舵轉(zhuǎn)軸在同一水平面上，導(dǎo)致阻力對其他分量的干擾無法修正，影響測量精準(zhǔn)度。
[0016]三是本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)采取單固支雙浮動形式，相當(dāng)于采用左右兩臺天平共同測量測量舵所受氣動力，測量靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)片式天平。
[0017]四是本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)采取測量梁與調(diào)節(jié)梁形式，通過調(diào)整調(diào)節(jié)梁尺寸能夠得到期望的測量梁應(yīng)變大小。
[0018]五是本實用新型所述的天平為組合電橋方式，將每一組測量元件單獨組成一個測量電橋，測量舵感受的升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩的信號輸出分別由各測量電橋信號輸出的不同組合而成，此方式增加了天平各元的靈敏度，提高天平的測量精準(zhǔn)度。
[0019]六是本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)和安裝方式，可以減少機翼的切削量，保證機翼的整體剛度。同時，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翼變形對測量的影響。
[0020]七是本實用新型所述的天平固定連接端兩側(cè)與剛性過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)力對測量影響，提高測量精準(zhǔn)度。
【附圖說明】
[0021]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0022]圖1是本實用新型的片式鉸鏈力矩天平與模型安定面及測量舵的安裝示意圖；
[0023]圖2是傳統(tǒng)的片式鉸鏈力矩天平與模型安定面及測量舵的連接示意圖；
[0024]圖3是本實用新型的一種片式鉸鏈力矩天平主視圖；
[0025]圖4是圖3的A-A剖視圖；
[0026]其中:1是測量舵，2是鉸鏈力矩天平，3是機翼，4、11是測量連接面5、10是施力連接端剛性過渡段，6、7、8、9是測量梁，12、13、16、17是調(diào)節(jié)梁，14、15是固定連接端剛性過渡段，18、19、20、21是消應(yīng)槽。
【具體實施方式】
[0027]本實用新型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、天平元件和浮動連接端三部分組成，兩個浮動連接端通過螺釘及銷釘與飛行器測量舵連接，天平元件由測量梁和調(diào)節(jié)梁組成，固定連接端通過螺釘及銷釘與模型安定面連接。本實用新型的片式鉸鏈力矩天平為單固支雙浮動對稱結(jié)構(gòu)，即兩個浮動連接端和四組天平元件對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天平共同測量測量舵所受氣動力結(jié)構(gòu)；所述的鉸鏈力矩天平元件的測量梁和調(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，天平元件的測量梁上粘貼應(yīng)變計組成電橋，作用在飛行器模型上的氣動力通過設(shè)置在上述測量元件上的電阻應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過電橋的不同組合實現(xiàn)對作用在測量舵上升力、鉸鏈力矩和滾轉(zhuǎn)力矩及軸向力的測量。
[0028]在固定連接端和浮動連接端分別設(shè)置有5?10mm的過渡段和消應(yīng)槽。
[0029]鉸鏈力矩天平的軸向力X分量測量元件、法向力Y分量測量元件、俯仰力矩(鉸鏈力矩)Mj分量測量元件及滾轉(zhuǎn)力矩Mx分量測量元件中心為鉸鏈力矩天平的力矩參考中心。
[0030]如圖1、圖2所示，從本實用新型的天平結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)片式鉸鏈力矩天平結(jié)構(gòu)可以看出:在天平測量元件的布局上，本實用新型所述的鉸鏈力矩天平的天平元件測量梁和調(diào)節(jié)梁采用橫置式布局，使得天平固定連接端與浮動連接端的布局與測量舵的轉(zhuǎn)軸平行，縮短了天平中心到測量舵轉(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。如本實用新型所述的天平結(jié)構(gòu)測量舵轉(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，為測量舵相對于轉(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量梁為縱軸式布局，天平固定連接端與浮動連接端位于測量梁的兩側(cè)，布局與測量舵的轉(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量舵轉(zhuǎn)軸的距離較遠，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。如上所述的測量舵相對于轉(zhuǎn)軸的鉸鏈力矩載荷為1.7N.m，轉(zhuǎn)軸到天平測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，為測量舵相對于轉(zhuǎn)軸的鉸鏈力矩載荷的11.8倍左右。
[0031 ] 圖3是本實用新型中天平的主視圖，圖4是圖3的A-A剖視圖，從圖中可以看出作用在測量舵上的氣動力通過兩端的模型測量舵施力連接面經(jīng)過施力連接端剛性過渡段與天平元件相連，采用沉頭螺釘和柱銷連接定位。天平元件由四柱測量梁及四柱調(diào)節(jié)梁構(gòu)成，四柱測量梁及四柱調(diào)節(jié)梁經(jīng)剛性過渡段及消應(yīng)槽通過螺釘和柱銷與模型安定面連接固定。這樣就實現(xiàn)了飛行器模型測量舵、一種片式鉸鏈力矩天平、模型安定面的可靠連接。
[0032]在順序連接的各部件之間設(shè)置的剛性過渡段和消應(yīng)槽，能夠減小連接應(yīng)力對測量的影響，提高測量質(zhì)量；在測量元件上設(shè)置調(diào)節(jié)梁，通過對調(diào)節(jié)梁的尺寸優(yōu)化，能夠使各測量分量的靈敏度較好的滿足測量要求，提高測量精準(zhǔn)度。
[0033]風(fēng)洞試驗過程中，作用在飛行器測量舵上的空氣動力載荷通過天平兩端的施力連接端使本實用新型的鉸鏈力矩天平的天平元件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，在四柱測量梁的上下表面分別粘貼應(yīng)變計，組成惠斯通電橋，將這四個電壓增量信號通過不同的組合后，經(jīng)計算機處理后實現(xiàn)了對作用在飛行器測量舵舵上的空氣動力載荷法向力Y分量、鉸鏈力矩Mj分量、滾轉(zhuǎn)力矩Mx分量的精確測量，在四柱測量梁的內(nèi)側(cè)垂直表面粘貼應(yīng)變計，用于實現(xiàn)對在軸向力X分量的測量。
[0034]本實用新型并不局限于前述的【具體實施方式】。本實用新型擴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入口 ο
【主權(quán)項】
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)置有剛性過渡段；四組天平元件分布于固定連接端的剛性過渡段兩側(cè)；兩個浮動連接端，每個浮動連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過渡段，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對稱結(jié)構(gòu)，即兩個浮動連接端和四組天平元件對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。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)與剛性過渡段連接處上下表面設(shè)置有消應(yīng)槽。
【專利摘要】本實用新型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)置有剛性過渡段；四組天平元件分布于固定連接端的剛性過渡段兩側(cè)；兩個浮動連接端，每個浮動連接端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有剛性過渡段，與天平元件連接。本實用新型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，能實現(xiàn)帶軸向力的氣動力測量，同時可減小機翼變形對測量的干擾，使測量不確定度顯著減小，獲得高精度和準(zhǔn)度的氣動力測量結(jié)果。
【IPC分類】G01M9/06
【公開號】CN204988678
【申請?zhí)枴緾N201520528451
【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
【申請人】中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月21日