[发明专利]一种气浮式应变天平

说明书

本发明公开了一种气浮式应变天平，该天平为组合式天平，包括芯轴、轴向力组件、五分量组件、保护套，所述芯轴包括锥形连接段和等直段，所述芯轴与轴向力组件配合安装，轴向力组件与五分量组件配合安装，轴向力组件固定端与芯轴固定，其活动端与五分量组件固定端固定，五分量组件活动端与被测模型固定。所述轴、轴向力组件和五分量组件同轴。压缩气体从芯轴固定端充入，通过芯轴前端的气孔使轴向力组件活动端与芯轴之间因充满压缩气体而形成气浮轴承，可使轴向力组件与芯轴之间的摩擦阻力忽略不计，提高了轴向力的测量灵敏度和精度。

技术领域

本发明涉及一种气浮式应变天平，属于航空航天测力试验气动力测量领域，特别适用于亚、跨、超音速高精度阻力测量风洞试验。

背景技术

风洞试验是飞行飞行器外形设计中关键的研究手段，要在风洞试验过程中取得高精度的气动力数据必须要有高精度的气动力测量天平，对于一般飞行器测量天平来说，轴向力(X分量)相对于其他方向上的力是一个小量，是气动力测量中最难测量的一个量，要测量飞行器外形的变化对应于轴向力的变化量更是难上加难。传统应变天平六个分量在一个测量元件上，测量时轴向力满量程应变小，其他气动力分量对轴向力的干扰变形大于轴向力组件的主应变，天平静校时其他分量对轴向力的干扰系数也大，造成天平轴向力测量精度很难提高。

发明内容

本发明的技术解决问题为：克服现有技术的不足，提供了一种气浮式应变天平，可使侧力、法向力、俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩的载荷直接传递到芯轴上，而不对轴向力的载荷产生影响，提高了轴向力测量的信噪比和灵敏度，实现轴向力的高精度测量。

本发明的技术解决方案是：一种气浮式应变天平，该天平包括芯轴和用于测量轴向力的轴向力组件，芯轴的一端套在轴向力组件内部，其中部与轴向力组件的端部固定连接，另一端伸出轴向力外与测试支架固定连接，所述芯轴内部设有中空通孔，且该中空通孔位于轴向力组件内部的端部堵塞，另一端开口，芯轴侧壁上设有多个气孔与中空通孔相连，压缩气体沿芯轴中空通孔充入，轴向力组件与芯轴之间因充满压缩气体而形成悬浮，轴向力组件用于测量轴向力。

所述芯轴包括锥形连接段和等直段，等直段靠近锥段部位与轴向力组件固定连接，锥形连接段与测试支架通过锥面配合连接，并用楔子拉紧。

所述轴向力组件通过轴向力测量元件测量轴向力，所述轴向力测量元件安装在轴向力组件的侧壁上的竖直梁式结构上，轴向力测量元件所在平面垂直于所述轴向力组件的轴线。

上述气浮式应变天平还包括用于测量侧力、法向力、俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩的五分量组件，轴向力组件套在五分量组件内部，五分量组件套在被测模型内部；五分量组件的一端与被测模型固定连接，另一端与套在其内部的轴向力组件与芯轴固定连接的端部相对的另一端固定连接，压缩气体沿芯轴中空通孔充入后，轴向力组件与五分量组件之间也因充满压缩气体而形成悬浮，五分量组件测量侧力、法向力、俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩时不对轴向力的载荷产生影响。

所述芯轴、轴向力组件和五分量组件同轴放置。

所述五分量组件与被测模型通过销钉固定；所述五分量组件与轴向力组件通过销钉固定；所述轴向力组件与芯轴通过销钉固定。

所述五分量组件通过侧力测量元件、法向力测量元件、俯仰力矩测量元件、滚转力矩测量元件和偏航力矩测量元件分别测量侧力、法向力、俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩，侧力测量元件、法向力测量元件、俯仰力矩测量元件、滚转力矩测量元件和偏航力矩测量元件安装在多个矩形梁上，安装面平行于五分量组件轴线。