[发明专利]一种空间六维力的测量方法

说明书

一种空间六维力的测量方法，用于测量航空器模型的空间六维力，使用双尾支撑和张线组合方式。在实际测量过程中将模型视为固定不动，根据静力学平衡原理，建立所述模型在空间内所受六维力的数学模型，通过安装在所述尾撑杆上的三向压力传感器以及上张线和下张线连接的单向力压电传感器测量出所述模型所受作用力的力分量，通过求解所述建立的数学模型，实现对所述模型所受六维力的测量。本发明所提供的空间六维力的测量方法兼具了张线支撑干扰小和硬式支撑系统稳定性好的优点，解决了狭长、大质量模块在单独尾支撑方式时的大振动、失稳难题。增加了张线辅助支撑后，提高了测试系统的刚性，降低了尾支撑刚度设计方面的压力，减少了尾支撑的尺寸设计。

技术领域

本发明属于传感器及测控技术领域，涉及一种可用于航空器模型的空间六维力的测量方法。

背景技术

在航空领域，需要根据航空器模型的受力状态，设计、改进航空器模型。因此对航空器模型进行空间六维力测量具有很重要的意义。传统的测量方式是对航空器模型采用如腹撑、背撑、尾撑等形式的支撑方式，通过应变传感器进行测量。这种支撑方式存在不同程度的支架干扰，严重影响了测量数据的精度和准确性。因此减小或修正支架干扰问题能够有效的提高测量航空器模型受力状态的精度和准确性。张线测量方法的本质是利用各绳的长短控制被测对象的位姿以及利用所有绳上的张力计算被测对象所受的力。张线测量虽然可以很好地解决支架干扰这个问题，但是纯粹的张线支撑在模型上的吊点破坏了模型的外形，也很难避开脱体涡的敏感区，在试验中极易发生摇摆，影响测试精度。把尾部支撑和张线支撑组合起来，提出一种双尾支撑和张线支撑的组合方式，兼具张线支撑干扰小和硬式支撑系统稳定性好的优点，能够有效解决狭长、大质量航空器模型在单独尾支撑方式时的大振动、失稳难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于航空器模型的空间六维力测量方法，采用双尾支撑和张线支撑的组合测量方法，兼具张线支撑干扰小和硬式支撑系统稳定性好的优点，解决了狭长、大质量模型在单独尾支撑方式时的大振动、失稳难题。

本发明的技术方案：

一种空间六维力的测量方法，可用于航空器模型的空间六维力测量，使用双尾支撑和张线组合方式；将航空器模型在测量过程中视为固定不动，根据静力学平衡原理，建立航空器模型受力状态的数学模型，分别安装在双尾支撑杆中的两个三向力传感器以及测量上、下张线张力的两个单向力传感器，用于测量航空器模型的受力分量，将测量的实验数值代入已建立的数学模型，求解出航空器模型所受空间六维力的值。

作为优选方式，测量模型空间六维力的测量方法，使用双尾支撑和张线组合方式，即在所述模型的尾部使用两根刚性杆实现支撑的同时，在该模型的背部和腹部，各引出1根张线，实现对所述模型的固定。所述模型尾部的两根刚性支撑杆中各安放一个三向力传感器，所述两个三向力传感器能够测出模型尾部两刚性支撑杆沿方向的分力。所述两个单向力传感器的一端分别固定安装在所述模型中，另一端与所述上、下张线连接，所述两个单向力传感器可分别测量出所述上、下张线所受的张力值。将所述两个三向力传感器测出的六个力值与两个单向力传感器测出的分别沿上、下张线方向的两个力值代入到所述模型受力状态的数学模型中，可以求解出所述模型所受空间六维力的值

作为优选方式，所述传感器均为压电式力传感器。

作为优选方式，根据静力学平衡原理建立所述模型受力数学模型的具体过程如下：

在所述模型的重心处建立空间直角坐标系，与上张线相连的单向压电传感器能够测量出沿上张线方向的线张力F₁，与下张线相连的单向力传感器能够测量出沿下张线方向的线张力F₂；所述安装在尾部支撑杆的两个三向力传感器能够测量并输出刚性杆支撑模型的刚性连接沿坐标轴的三个分力F_x1、F_y1、F_z1与F_x2、F_y2、F_z2。将模型视为固定不动，根据静力学平衡原理，建立模型所受六维力的方程1：