[发明专利]一种水冷天平

说明书

技术领域

本发明属于航空航天测力试验气动力测量技术领域，尤其是高超声速飞行器模型的风洞测力试验时，利用水冷系统冷却杆式天平进行高超声速飞行器模型精确六分量气动力测量，是高超声速测力试验中最重要的测量设备。

背景技术

天平是用于风洞试验中测量模型所受气动载荷的核心力学测量设备，利用粘贴在测量元件表面的应变计组成的惠斯登电桥将气动载荷引起的测量元件变形转换为电压信号，通过校准得到的电压信号与力、力矩的对应矩阵，计算获得作用在试验模型上的气动力。

高超声速风洞试验中，为了防止气体发生冷凝，要对气流进行加热，当Ma=10时，加热温度可达到800℃以上，用于测量飞行器模型上的空气动力与力矩的天平环境温度可达到200～300℃。高超声速风洞天平解决温度效应这一难题的主要方法一是对天平采取防热、隔热措施，二是对天平进行温度补偿，通常采用经过温度补偿的水冷式天平，使应变计在正常的温度范围内工作，以保证天平测量的精度和准度。

常见的水冷天平由水冷隔热套、天平元件、波纹管、冷却隔热接头和冷却水管等组成。冷却水经过水管，首先对冷却隔热接头进行冷却，再通过一侧的一组波纹管流经水冷隔热套对天平与模型进行冷却，最后通过另一侧的一组波纹管流出。由于波纹管将天平元件与支杆连接起来，无法消除波纹管刚度、水压及装配对阻力测量数据的影响，并且风洞试验时有可能因振动而发生损坏漏水，同时其结构复杂，减小了天平的直径，增加了天平长度，降低了天平刚度，严重影响到水冷天平的长期稳定性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决波纹管式水冷天平对测力数据的影响，提供一种水冷天平，采用独特的通水结构增强水冷天平的长期稳定性，延长水冷天平使用寿命，提高天平在高温环境下的测量精度和准度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种水冷天平，包括杆式天平和水冷套，所述水冷套套在杆式天平上； 

所述杆式天平的内部设置有两个通水管道，通水管道的两端分别设置在杆式天平的两个端面上；

所述水冷套与杆式天平之间设置有转接头，所述转接头通过螺钉固定在杆式天平的一个端面上，转接头上设置有进水、出水转接管路，进水、出水转接管路的一端与杆式天平端面上的两个通水管道口位置相对应，且进水、出水转接管路的另一端与水冷套的进水口、出水口对应连接；

所述杆式天平的两个通水管道，一个为进水管道，一个为出水管道。

在上述技术方案中，所述两个通水管道以杆式天平的轴心线为基线对称分布在杆式天平内部。

在上述技术方案中，所述的杆式天平中设置有阻力前支撑片和阻力后支撑片，所述进水管道和出水管道在前支撑片的两侧分别设置有一个“回”形管路，且在后支撑片的两侧分别设置有一个“回”形管路，共设置有四个“回”形管路。

在上述技术方案中，所述进水管道的“回”形管路和出水管道的“回”形管路在位置上相互错开，互不干涉。

在上述技术方案中，所述“回”形管路其中两个设置在阻力前支撑片和阻力后支撑片的内部，而另外两个设置在天平阻力测量结构与前后测量元件之间的过渡段内部。

在上述技术方案中，“回”形管路为纵向对称结构。

在上述技术方案中，所述水冷套内部为中空结构，且水冷套内设置有若干隔板。

在上述技术方案中，所述隔板成对等间隔交互设置，使得水冷套内部形成一个循环的过水通道。

本发明的工作原理是：利用冷却水通过杆式天平内部布置的通水管路，将冷却水输送到隔热套内流动，并将吸收热量的流体引到天平体外，形成冷却水流动回路，达到冷却天平目的。具体来讲，在杆式天平内部的连接结构上布置通水管路，取代外部通过两组波纹管给水冷套供水冷却和保护天平。杆式天平的前、后弹性敏感元件被阻力分割槽分开，仅通过阻力前支撑片和阻力后支撑片及阻力敏感元件连接，以便测量阻力，因此可以充分利用阻力前支撑片和阻力后支撑片的连接部位布置通水孔，以便将冷却水从外部通过天平内部的进水管路依次流经过渡段进水 “回”形管路、进水连接管路和支撑片进水“回”形管路，通过进水转接管路输入到水冷套内部流动，在此过程中吸收外部热量，吸收了热量的冷却水通过出水转接管路流经天平内部的出水管路依次流经过渡段出水 “回”形管路、出水连接管路和支撑片出水“回”形管路引出，并带走热量达到冷却天平的目的。