[发明专利]一种小尺寸小载荷六分量应变天平

说明书

本发明一种小尺寸小载荷的六分量应变天平，在天平中间位置设置了单片梁形式的X(阻力)向的测量梁，对X向测量梁的结构、尺寸进行了设计，另外，X向测量梁通过测量梁支撑座与天平之间进行连接，其余部分与天平主体之间形成间隙，使X向测量梁在满足贴片需求的情况下尽可能保留较大刚度，且便于加工。本发明满足风洞试验利用小尺寸应变天平测量小载荷六分量的要求，且测试精度满足行业标准。可精确测量X(阻力)‑10N～10N、Y(升力)‑35N～35N、Z(侧向力)‑10N～10N、Mx(滚转力矩)‑1N*m～1N*m、My(偏航力矩)‑1N*m～1N*m、Mz(俯仰力矩)‑1.8N*m～1.8N*m范围内的载荷。

技术领域

本发明属于风洞测力试验设备技术领域，特别涉及一种小尺寸小载荷六分量应变天平。

背景技术

风洞是进行空气动力学研究与飞行器研制的最基本的试验设备，测力试验是风洞试验中最基本的试验项目。风洞天平是测力试验中最重要的测量装置，用于测量作用在模型上的空气动力载荷的大小、方向与作用点。

测力试验对风洞天平的技术要求很多，其中最重要的是要求天平具有高的精度与准度。风洞天平按工作原理可分为机械天平、应变天平、压电天平与磁悬挂天平等，应变天平是一种单分量或多分量的应变式测力传感器，是目前风洞中使用最广泛的空气动力测量装置，其优点主要包括动态响应快、设计制造成本低、体积小重量轻、研制周期较短且能够适应大多数模型支撑方式。

风洞天平按测量空气动力载荷的数目可分为单分量天平与多分量天平，一般在风洞试验中使用六分量天平。

应变天平按结构可主要分为杆式应变天平与盒式应变天平两类。杆式天平是最常用的应变天平结构形式，外形一般为圆柱形，也有方柱形。杆式天平一端与模型连接，称为模型端；另一端与支杆连接，称为支杆端，在两端之间设置不同结构形式的测量元件，用于测量不同分量的载荷。应变天平结构形式的选择取决于应变天平的用途、应变天平的连接形式、风洞的类型与工作环境等因素。

由于以前的风洞试验模型多为与风洞尺寸相匹配的模型，因而有合适的常规天平进行测力，偶尔有气动载荷小的模型测力，也会用载荷较大的天平去测量，使得小模型测力试验的精度有所降低。随着航空航天技术的发展，型号研制对试验数据的精度要求越来越高，风洞试验要求所用的天平与试验模型相匹配，因而需要研制小尺寸小载荷天平来对小载荷模型试验进行测力。

现有技术中的X向测量梁一般对称布置在天平中心的两侧，受到小尺寸天平直径限制，使X向测量梁的布置长度受限，无法满足应变计的贴片要求，同时，X向测量梁长度太小引起变形感应受限，影响测量精度。另外，布置越多的测量梁，会导致天平刚度下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种小尺寸小载荷六分量应变天平，在天平设计中心位置设置单片梁结构的X向测量梁，用于测量阻力，同时对X向测量梁的结构及尺寸进行设计，使其同时满足贴片和刚度需求，测量精度高，可应用于航空航天风洞试验。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种小尺寸小载荷六分量应变天平，包括天平主体，五分量测力元件，模型连接锥，支杆连接锥和X向测力元件；

天平主体两端分别通过五分量测力元件与模型连接锥及支杆连接锥连接，五分量测力元件用于测量Y(测量升力)、Z(侧向力)、Mx(滚转力矩)、My(偏航力矩)、Mz(俯仰力矩)五个分量；

天平主体上设有第一主体分离槽，将天平主体分为天平主体一和天平主体二；所述第一主体分离槽为穿过所述天平设计中心的前后贯通的斜槽，所述天平设计中心为天平主体的横向对称轴和纵向对称轴的交点；