[发明专利]一种六分量高精度微量滚转力矩测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种六分量高精度微量滚转力矩测量装置，涉及航空航天风洞测力试验技术领域，能同时测量作用在试验模型上载荷极其悬殊的六个气动力分量，具体方案为：包括主天平元件、轴承、模型连接套、天平支杆、进气管和排气管；主天平元件包括分别位于两端的支杆端和主天平元件模型端，支杆端与天平支杆连接，主天平元件模型端与轴承的定子连接，轴承的转子与模型连接套连接；主天平元件外围环设有滚转‑阻力元件，滚转‑阻力元件包括固定端和滚转‑阻力元件模型端，固定端与主天平元件模型端连接；本发明提供的六分量高精度微量滚转力矩测量装置能避免相同试验状态的重复试验，提高了试验数据精度，同时减少了试验车次，降低了试验成本。

技术领域

本发明涉及航空航天风洞测力试验技术领域，更具体地说，它涉及一种六分量高精度微量滚转力矩测量装置及测量方法。

背景技术

针对小型化再入飞行体试验模型微量滚转力矩的测量要求，通常采用基于气体轴承的单分量气浮天平结合大量程六分量小滚转力矩试验技术开展高速风洞试验。单分量气浮天平的滚转力矩量程比六分量小滚转力矩要小1个数量级，最大仅为0.02牛米。通过单分量气浮天平和六分量天平不同车次的合理组合和重复验证，实现克·厘米量级的力矩测量。

采用该技术方案的主要缺点是不能同时测量作用在试验模型上载荷极其悬殊的六个气动力分量。一是相同试验状态可能需要重复试验，由于模型拆装造成试验状态差异且所测量很小，严重影响试验数据精度；二是造成试验车次增加，单分量气浮天平开展的校核试验全部是重复车次，试验成本很高；三是单分量气浮天平安装在模型外部，非常容易在高温试验条件下产生较大的温度效应，增大了试验数据的不确定度；四是试验方案复杂，试验及数据修正、分析困难，容易造成人为错误。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种六分量高精度微量滚转力矩测量装置，能同时测量作用在试验模型上载荷极其悬殊的六个气动力分量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种六分量高精度微量滚转力矩测量装置，包括主天平元件、轴承、模型连接套、天平支杆、进气管和排气管；

主天平元件包括分别位于两端的支杆端和主天平元件模型端，支杆端与天平支杆连接，主天平元件模型端与轴承的定子连接，轴承的转子与模型连接套连接；主天平元件外围环设有滚转-阻力元件，滚转-阻力元件包括固定端和滚转-阻力元件模型端，固定端与主天平元件模型端连接，滚转-阻力元件模型端与模型连接套连接；主天平元件内部设有与进气管连通的进气通道，排气管数量至少为2，主天平元件外侧设有与排气管连通并与排气管数量相同的排气通道，排气通道沿主天平元件的中心轴对称设置；模型连接套外设有试验模型；主天平元件上设有敏感元件，敏感元件上设有高精度应变计；滚转-阻力元件上也设有敏感元件和阻力元件，敏感元件上设有高精度应变计。

作为一种优选方案，天平支杆、主天平元件、气浮轴承与模型连接套顺次连接，滚转-阻力元件与气浮轴承分别固连在模型连接套和主天平元件模型端。

作为一种优选方案，轴承为导轨式气浮轴承，设置在试验模型空腔内部，通过进气管通入的高压气体实现周向及轴向自由状态。

在上述优选方案中，试验过程中气浮轴承并不会明显转动，但会发生微小角位移和轴向位移，以便滚转-阻力元件产生足够的变形达到测力目的。

作为一种优选方案，排气管为两根，主天平元件外侧的排气通道为两根波纹管，两根波纹管分别与两根排气管连通。

在上述优选方案中，图中排气管为两根，从天平支杆右侧看两根排气管和进气管呈“品”字型以充分利用天平支杆内部空间，在左侧区域的主天平元件中，三个通道是并排设置的，即进气通道位于中心轴位置，两根排气通道相对中心轴对称；设置两根排气管和两个通气通道，是为了减小通道的占用空间，减小整体的体积，在不同的实施案例中，也可使用偶数个排气通道，沿中心轴对称即可，以减少主天平测力分量的正负对称性。