[发明专利]高精度全自动回零式补偿型体轴系天平校准系统

说明书

技术领域

本发明涉及航空气动力风洞试验技术领域，特别涉及的是能够获得天平工作公式的一套高精度全自动回零式补偿型体轴系天平校准系统。

 背景技术

风洞天平是风洞测力实验的关键设备之一，天平的精准度直接影响风洞实验数据的准确性。天平是测量仪器，不进行标定就不能使用，天平的标定是通过天平校准系统来完成的。天平校准系统是提供高精度、高准度天平的必要条件，天平的精准度取决于校准系统的精准度，因此各风洞实验单位都非常重视高精度天平校准系统的研制。

风洞天平校准系统按加载坐标轴系的不同，可分为地轴系天平校准系统与体轴系天平校准系统。地轴系天平校准系统因为天平受载后的变形，使所施加载荷的方向发生了变化，从而与天平体轴系的方向不一致，因而不能正确地模拟模型在风洞的受力状态，影响天平对气动力测量的准度，目前在国内外已经很少使用。

体轴系天平校准系统大体可分如下四种：回零式补偿型体轴系天平校准系统、跟随式补偿型体轴系天平校准系统、测位式非补偿型体轴系天平校准系统、双天平式非补偿型体轴系天平校准系统。跟随式补偿型体轴系天平校准系统的施力点距离天平太近，因此准度较低；测位式非补偿型体轴系天平校准系统的体轴载荷是近似换算得到的，再加上很难确定施力点的确切位置，因此准度较低；双天平式非补偿型体轴系天平校准系统的标准天平也需要校准，被校天平的误差也要增加，因此设备结构将更为复杂，对标准天平量程范围和精度要求很高，有的还需要一套复杂的标定标准天平的系统。由于以上原因，回零式补偿型体轴系天平校准系统已成为校准系统的主流趋势，其性能的优越性已经被大家所认识，发展速度也越来越快。

回零式补偿型体轴系天平校准系统要求天平在静校过程中所受的载荷始终与安装在天平模型端加载头的体轴系坐标保持一致。当天平及支杆受载变形时通过自动测量、控制和调整系统使加载头重新恢复到受载前的位置和状态，实现体轴系校准。回零式补偿型体轴系天平校准系统给天平校准结果带来的误差主要来自于加载头初始定位的误差、加载子系统的误差和复位精度的误差，因此回零式补偿型体轴系天平校准系统研制过程中需要考虑减少以上的误差，实现高精度天平校准系统的研制。同时，回零式补偿型体轴系天平校准系统的全自动研制也是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为了解决回零式补偿型体轴系天平校准系统的高精度和全自动问题，而提供一套技术领先、设备先进的高精度全自动回零式补偿型体轴系天平校准系统。

采用的技术方案是：

高精度全自动回零式补偿型体轴系天平校准系统，包括复位子系统、加载子系统、加载头初始定位子系统、复位测量子系统、控制子系统和软件子系统。

所述复位子系统包括法向直线运动机构、轴向直线运动机构、侧向直线运动机构、俯仰角运动机构、滚转角运动机构和侧滑角运动机构。自下而上将法向直线运动机构、轴向直线运动机构、侧向直线运动机构、俯仰角运动机构、滚转角运动机构串联在一起。此方案复位速度快，且易于单自由度复位，复位精度高，对其它自由度复位相对影响小，大量选用了高精度成品件，减少了天平校准复位时间。为了实现天平全自动校准，每个自由度安装了限位开关。

所述的加载子系统包括盒式结构加载头、拖动装置、砝码串、传力装置。砝码串放置于拖动装置上，砝码串上端柄通过传力装置与盒式结构加载头连接，盒式天平下面与复位子系统连接，盒式天平上面与盒式结构加载头连接。加载子系统采用高精度的砝码加载和盒式结构的加载头设计方案，全部砝码均为国家三等精度砝码。砝码的加工材料按照国家三等砝码设计要求确定为不锈钢1Cr18Ni9Ti。盒式结构的加载头采用了一体加工，而且考虑到盒式天平准确安装定位，在天平安装面上设计了两个天平安装定位靠模。为了实现天平全自动校准，各个加载装置安装了限位开关。

所述的加载头初始定位子系统，包括两个测微准直仪和立方镜，立方镜安装于盒式结构加载头上。加载头初始定位子系统采用立方镜准直原理的测量方案，该方法采用一个高精度的立方镜安装在加载头上，立方镜本身是一个直角坐标系，其精度由制造装配精度来保证。在同一水平面内互相垂直的两个位置上安装两个测微准直仪，只要调整加载头使测微准直仪瞄准立方镜坐标系，就可以将加载头坐标系调整到与系统坐标系重合。该方法的角位移定位精度5秒，线位移定位精度0.05mm，长期稳定性好，并具有自检功能。