[发明专利]一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置

权利要求书

1.一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特征在于：所述装置包括尾支杆（1）、气浮轴承支撑装置（2）、模型后段（3）、模型前段（4）、平键（5）、M6带销螺钉（6）、正反拉紧螺母（7）和内天平组件（8）；尾支杆（1）后端与风洞试验段内模型机构固定连接，尾支杆（1）前端与气浮轴承支撑装置（2）中内天平组件（8）通过1:5锥面、平键（5）和正反拉紧螺母（7）固定连接；气浮轴承支撑装置（2）与模型后段（3）之间采用1:10锥面连接，通过M6带销螺钉（6）定位、紧固；模型后段（3）与模型前段（4）通过螺纹固定连接；

所述的气浮轴承支撑装置（2）是小不对称再入体气动力测量装置的主要部件，包括内天平组件（8）、后端盖（9）、内轴套（10）、外轴套（11）、浮动外轴（12）、前端盖（13）、外天平（14）、平垫（15）、弹性垫片（16）、外六角头螺栓（17）、内六角螺钉（18）和M5带销螺钉（19）；内轴套（10）与外轴套（11）过盈配合组成带有空气回路的固定内轴；内天平组件（8）与内轴套（10）之间采用1:5锥面连接，通过外六角头螺栓（17）、弹性垫片（16）和平垫（15）紧固；内天平组件（8）与外天平（14）的内环（24）之间通过外六角头螺栓（17）、弹性垫片（16）和平垫（15）连接紧固，保证连接可靠；外天平（14）的外环（25）与浮动外轴（12）之间通过M5带销螺钉（19）实现小间隙配合；前端盖（13）、后端盖（9）通过内六角螺钉（18）与外轴套（11）固定连接，浮动外轴（12）与前端盖（13）、后端盖（9）和外轴套（11）之间形成气隙，浮动外轴（12）与外轴套（11）之间可实现滚转摩擦阻尼小于10^-4Nm量级的相对转动；浮动外轴（12）与外轴套（11）之间产生较小的相对转动时，通过M5带销螺钉（19）驱动外天平（14）的外环（25）产生转动，使得外天平（14）的内环（24）和外环（25）之间产生变形，测量变形输出即可得到滚转力矩。

2.根据权利要求1所述的一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特征在于：所述的气浮轴承支撑装置（2）与模型连接位置处于模型的中后部。

3.根据权利要求1所述的一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特征在于：所述的内天平组件（8）包括天平本体（20）、波纹管（21）、通气管（22）和堵头（23）；天平本体（20）采用中心通气的杆式六分量天平结构，直径为Ф35mm，轴向力元件采用T形梁结构，置于天平力矩中心位置，并相对于天平力矩中心在T形梁结构两侧布置支撑梁；内天平组件（8）的、、、和分量采用三柱矩形柱典型结构测量，对称布置于轴向力元件两端，尽量增大天平横侧向的、、分量以及分量的应变信号输出；内天平组件（8）的前后锥装配面与测量梁之间设置过渡段，以减小装配应力影响。

4.根据权利要求1所述的一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特征在于：所述的内天平组件（8）中的波纹管（21）采用与天平本体（20）相同的材料加工，通气管（22）采用不锈钢材料，通过结构优化设计保证波纹管（21）的强度、减小对内天平组件（8）轴向力测量灵敏度的影响；堵头（23）采用铜合金材料加工，防止天平本体（20）前端漏气；波纹管（21）、通气管（22）和堵头（23）内置于天平本体（20）中空的通孔内，与天平本体（20）共同组成气浮轴承的部分通气回路；波纹管（21）、通气管（22）和天平本体（20）之间，连接部位均需采用焊接或胶封等措施。

5.根据权利要求1所述的一种气浮轴承支撑的小不对称再入体气动力测量装置，其特征在于：所述的外天平（14）采用中空的轮辐式结构，包括内环（24）、外环（25）、T型结构（26）和矩形柱（27）；内环（24）为固定端，通过1:5配合锥面与内天平组件（8）连接；外环（25）为直径Ф70mm的法兰盘，与4个M5带销螺钉（19）小间隙配合，M5带销螺钉（19）与浮动外轴（12）固定连接；T型结构（26）为滚转力矩测量的敏感元件，内环（24）与外环（25）之间通过4个均布的T型结构（26）连接；与内环（24）固定连接的4个均布的矩形柱（27）、外环（25）内侧的4个均布的矩形凹槽之间小间隙配合，构成外天平（14）的防过载保护结构；

所述的浮动外轴（12）与外轴套（11）之间产生较小的相对转动时，通过M5带销螺钉（19）驱动外天平（14）的外环（25）进行转动，使得内环（24）与外环（25）之间的T型结构（26）产生变形，通过测量变形输出，即可得到较小的滚转力矩；当受到较大的滚转力矩时，浮动外轴（12）与外轴套（11）之间产生较大的相对转动，矩形柱（27）与外环（25）内侧对应的矩形凹槽产生碰触，对外天平（14）进行防过载保护。