[发明专利]一种风洞天平单矢量多元加载套装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种风洞天平单矢量多元加载套装置及其使用方法，包括基座、加载套外圈、加载套中圈、加载套内圈、加载套下摆和风洞天平，加载套外圈包括外套圈和内套圈，外套圈两侧与加载套下摆转动连接，内套圈转动连接在外套圈内，加载套中圈插接在内套圈中，加载套内圈滑动连接在加载套中圈内，加载套内圈外开设有螺纹，加载套内圈外螺纹连接有挡环，挡环侧面与加载套中圈抵接；风洞天平一端插接在加载套内圈内，风洞天平另一端外套接有支杆，支杆架设在基座上，本发明具有满足风洞天平单矢量多元精准校准需求的优点。

技术领域

本发明涉及风洞天平实验设备技术领域，尤其涉及一种风洞天平单矢量多元加载套装置及其使用方法。

背景技术

风洞天平在加工制作完成之后，进行风洞试验之前，需要进行静态校准获得其使用系数，天平静态校准按加载方式分单元校准和多元校准，其中，单元校准是指在其它分量为零(或不变)的情况下，分别依次对各分量单独加载，逐项求得天平使用系数；天平多元校准是对天平各分量同时加载，用多元校准算法获得天平使用系数。

虽然在天平单元校准中，各分量输出的线性、重复性、回零性、干扰量一目了然，但是，天平多元校准更能全面、准确、真实的模拟天平在风洞试验时的实际工作状态，并真实、全面的考察天平风洞试验时气动载荷不同组合和不同方向的复合效应，因此，获得的天平使用系数可信度更高。

单矢量多元校准是指在风洞天平上施加一个矢量载荷，通过改变天平体轴系与矢量载荷的相对方向、载荷作用点位置，使得矢量载荷在风洞天平体轴系上进行分解，产生所需要的六分量载荷。与传统具有多个施力单元的风洞天平多元校准设备相比，单矢量多元校准设备由于只有一个施力源，所以具有更少的误差源，而且设备的结构和控制更为简单，成本更低。在设备能力指标差异不大的情况下，造价一般为传统多元校准设备的20％左右或更低。

单矢量多元校准设备一般由天平姿态控制机构、单矢量多元加载套、天平姿态测量部件几部分组成，其中以NASA兰利研究中心开发的单矢量多元校准系统最为典型，如附图12所示，该系统所采用的单矢量多元加载套通过轴线方向安装滚动轴承和横向方向安装的轴承(图中未标出名称，为左右两侧圆盘结构)使得无论天平姿态(俯仰角度和滚转角度)如何变化，砝码载荷始终悬挂向下，加载板上设计有加载点位，在加载点位处，加载套内圈与外圈刚性连接，在加载外套圈下通过刀口结构挂有负载盘，砝码放于负载盘上，在加载套内圈前端和托盘上部有由挠性石英加速度计组成角度测量部件，分别用于测量天平姿态和载荷作用方向。

附图13为兰利研究中心的单矢量多元加载套的载荷分解原理图，通过对结构图和原理图分析后可知，由于天平安装在加载套内圈中，天平轴线与加载套内圈的轴向重合，所以在校准载荷控制参数G，α，β，Lx，Ly，Lz中，Ly为定值。而且，由于加载板的尺寸限制，以及加载点位通过螺钉或螺栓固连，固连结构具有一定尺寸，导致Lx，Ly的设计极其有限。并且，由于加载套外圈和砝码具有较大的重量，该部分重量通过加载板上的加载点位实现对加载套内圈乃至天平的传递，导致加载点位的螺钉结构或螺栓结构既需要精确定位又需要承受较大载荷，设计并不十分合理。

因此，针对以上不足，需要提供一种风洞天平单矢量多元加载套装置及其使用方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决因现有风洞天平的单矢量多元加载套装置结构不合理，导致无法对风洞天平进行精准的无级调节加载位置的问题。

(二)技术方案