[发明专利]一种小型化大载荷一体式五分量动态俯仰天平

说明书

一种小型化大载荷一体式五分量动态俯仰天平，包括俯仰天平内芯、俯仰天平外壁、转轴、应变梁、压紧螺钉和滑动轴承。本发明采用内外组合式结构：俯仰天平内芯包括头部圆锥面段、变截面梁、配合段和驱动梁，配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔；俯仰天平外壁为筒状结构，包括空心配合段和尾部圆锥面段，空心配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔；转轴穿过圆形通孔将俯仰天平外壁和俯仰天平内芯配合在一起，应变梁穿过矩形通孔来测量俯仰天平内芯的转角。本发明结构合理紧凑，体积小，承载法向载荷大，精度高，在航天航空领域具有重大的应用价值，是一种大大拓展普通静态应变天平测量原理、参数、范围和使用功能的精密传感器。

技术领域

本发明涉及一种小型化大载荷一体式五分量动态俯仰天平，属于风洞测试技术领域。

背景技术

在进行飞行控制系统设计与飞行器动态品质分析时，气动力和力矩以气动导数形式出现，即静、动稳定导数，由于产生机理复杂，通常利用强迫振动风洞试验获取上述参数。

动导数风洞试验利用模型振荡来模拟飞行器的刚体运动模态从而得到动导数。随着高速飞机、导弹、火箭和再入飞行器的发展，飞行品质和动稳定性问题越来越被重视，动导数试验也变得越来越重要。特别是超音速、高超音速范围以及大幅度扰动和大范围机动条件下的试验和测量技术，包括天平系统、模型和支撑系统，都需要进行优化设计。

根据新型面对称飞行器的风洞试验任务要求，一方面飞行器法向载荷大，要解决载荷与刚度匹配问题，研制新型动态天平技术以形成面对称飞行器的动态试验能力。另一方面，要求同时精确测量飞行器的静导数与动导数。目前的动态俯仰天平采用五分量天平和单分量铰链前后串联组合的形式，组合后轴向尺寸大，空间占用率高，不适合小展弦比飞行器试验。且组合式天平校心与转轴之间的距离大，试验精度上有所不足。

新型面对称飞行器的特点主要是法向载荷远大于横向载荷，为此，需要一种小型化大载荷一体式的动态俯仰天平来解决上述问题，能够进行这一类飞行器的动态风洞试验。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种小型化大载荷一体式五分量动态俯仰天平，占用体积较小，又增强了天平的刚度和承载能力，并且实现动态试验所需要的振动幅度。

本发明的技术解决方案是：

一种小型化大载荷一体式五分量动态俯仰天平，包括：俯仰天平内芯、俯仰天平外壁、转轴、应变梁、压紧螺钉、滑动轴承；

俯仰天平内芯包括头部圆锥面段、变截面梁、配合段和驱动梁，变截面梁用于测量五分量气动载荷，配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔，俯仰天平外壁为筒状结构，包括空心配合段和尾部圆锥面段，空心配合段上设置有圆形通孔和矩形通孔；

俯仰天平内芯设置在俯仰天平外壁内部，滑动轴承套在转轴外部，且穿过俯仰天平外壁和俯仰天平内芯上的圆形通孔，将俯仰天平外壁和俯仰天平内芯配合在一起，应变梁穿过俯仰天平外壁和俯仰天平内芯上的矩形通孔，用于测量俯仰天平内芯的转角；压紧螺钉将应变梁和转轴固定在俯仰天平外壁上。

俯仰天平内芯的驱动梁位于俯仰天平外壁的空心配合段内部，且空心配合段的内径大于驱动梁的最大径向尺寸。

空心配合段的内径比驱动梁的最大径向尺寸大至少10mm。

俯仰天平内芯绕转轴转动，旋转幅度不小于1°。

俯仰天平内芯的头部圆锥面段为1:10圆锥面，俯仰天平外壁的尾部圆锥面段为1:10圆锥面。

俯仰天平内芯的驱动梁尾部端面上设置有凹槽，用于驱动俯仰天平内芯绕转轴旋转，实现俯仰简谐运动。

俯仰天平内芯的变截面梁为弹性段，最大分别承受10000N法向力和120Nm俯仰力矩载荷。

俯仰天平内芯变截面梁的校准中心与转轴的中心重合，作为测量基准。