一種雙端校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種雙端校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，屬于航空航天測力試驗氣動力測量【技術(shù)領(lǐng)域】，用于針對風(fēng)洞氣動/運動耦合研究的測力試驗時，校準(zhǔn)一種中部固定、兩端自由的雙端測力裝置；主要包括兩套“L”形滑塊和加載頭，相互配合使用，其中前“L”形滑塊一端與前加載頭相連，另一端與雙端測力裝置前端相連，后“L”形滑塊后一端與后加載頭相連，另一端與雙端測力裝置后端相連；所述的加載頭為四點式框架加載頭，在空間上互不干涉，用于施加縱向載荷；所述的“L”形滑塊為測力裝置與加載頭之間的連接件，在空間上互不干涉，并設(shè)置有一對縱向?qū)ΨQ的阻力加載點，用于施加軸向載荷。本發(fā)明解決了特種試驗中雙端測力裝置的校準(zhǔn)問題，最多可校準(zhǔn)六個分量，確實為一種簡單可行的特種測力裝置校準(zhǔn)方案。
【專利說明】一種雙端校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)洞氣動力測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雙端校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，特種風(fēng)洞測力試驗中需要設(shè)計特殊的測力裝置以測量模型所受氣動載荷的大小、方向和作用點。測力裝置在試驗前都需要通過校準(zhǔn)裝置施加載荷，并按照一定的步驟方法校準(zhǔn)，以獲取輸出信號與載荷的關(guān)系矩陣，即計算公式，并確定測力裝置的綜合誤差。常用的校準(zhǔn)裝置有滑塊式、套筒式兩種，根據(jù)測力裝置的結(jié)構(gòu)特點和載荷不同，一般大載荷桿式測力裝置選用套筒式校準(zhǔn)裝置，小載荷測力裝置選用滑塊式校準(zhǔn)裝置。特種測力裝置一般要設(shè)計相應(yīng)的加載裝置并探索相應(yīng)新的校準(zhǔn)方法，以滿足試驗需要。用于特種試驗的雙端測力裝置無法用現(xiàn)有的校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法完成校準(zhǔn)，主要原因是這種測力裝置是中部固定兩端自由的特殊結(jié)構(gòu)，通用校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法只能校準(zhǔn)一端固定、另一端自由的測力裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決雙端測力裝置的靜態(tài)校準(zhǔn)問題，提供一種雙端校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種雙端校準(zhǔn)裝置，包括兩個對立設(shè)置的連接件，每個連接件的上端設(shè)置有用于固定被測裝置的連接孔，連接件上端設(shè)置有阻力加載點用于加載軸向載荷；每個連接件的下端設(shè)置有加載頭，兩個連接件下端設(shè)置的加載頭在空間上互不干涉。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述兩個連接件上的連接孔對稱同軸設(shè)置。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述兩個連接孔上的阻力加載點縱向?qū)ΨQ。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述加載頭為方形，加載頭的四個角的每一個角上通過垂直連接線連接一個加載盤。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述兩個連接件均為“L”形。
[0010]本發(fā)明還提供一種雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法，該方法為:
[0011]第一步，將被測的雙端測力裝置的調(diào)整水平并將固定端固定，分別安裝兩個“L”形的連接件，使得被測的雙端測力裝置的兩個連接端插入在連接件上的連接孔內(nèi)；
[0012]第二步，分別調(diào)整兩個加載頭的力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的固定端兩邊兩個電氣中心在水平面上的投影重合，連接所有加載盤；
[0013]第三步，在其中一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項系數(shù)和干擾項系數(shù)；
[0014]第四步，在另一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項系數(shù)和干擾項系數(shù)；
[0015]第五步，分別繞軸向力方向旋轉(zhuǎn)雙端測力裝置180度、90度、270度，重復(fù)第一步、第三步、第四步，依次校準(zhǔn)測力裝置縱向和橫向正、負(fù)方向，最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關(guān)系的計算矩陣；
[0016]第六步，驗證計算矩陣的綜合誤差，所有加載點在縱向和橫向分別加載按大小隨機分布的檢驗載荷多次，計算誤差指標(biāo)，獲得雙端測力裝置測量準(zhǔn)度。
[0017]在上述方法中，所述的第二步和第三步單獨依次加載雙端測力裝置的兩端，分別求得雙端測力裝置兩端相互干擾系數(shù)。
[0018]在上述方法中，所述的第六步是同時加載雙端測力裝置前段和后段的各個方向，以獲得雙端測力裝置的綜合誤差。
[0019]在上述方法中，所述的雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法采用地軸系校準(zhǔn)方法。
[0020]本發(fā)明具有以下特點:
[0021]1、本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置可實現(xiàn)中部固定兩端自由的特種測力裝置的模擬加載，適用于彈類模型的氣動/運動耦合測力特種試驗前測力裝置的地面靜態(tài)校準(zhǔn)。
[0022]2、突破了傳統(tǒng)校準(zhǔn)裝置只能校準(zhǔn)一端為固定端、另一端為自由端的測力裝置，采用兩套加載頭配合使用，砝碼加載時空間上不相互干涉。
[0023]3、本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，利用框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化減重，剛度大重量輕，既易于加工和裝配，又減小了加載頭重量對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。
[0024]4、本發(fā)明的雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法簡單易行，采用單端校準(zhǔn)和雙端綜合校準(zhǔn)的方式，有利用獲得準(zhǔn)確的校準(zhǔn)計算公式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0026]圖1是本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置的主視圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置的俯視圖。
[0028]圖中:1是雙端測力裝置，11是前段電氣中心，12是后段電氣中心，13是固定端，21是前“L”形滑塊，22是前加載頭，31是后“L”形滑塊，32是后加載頭。

【具體實施方式】
[0029]圖1是本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置的主視圖，本發(fā)明所述的雙端校準(zhǔn)裝置，主要包括兩套“L”形滑塊和加載頭，相互配合使用，其中前“L”形滑塊一端與前加載頭相連，另一端與雙端測力裝置前端相連；后“L”形滑塊一端與后加載頭相連，另一端與雙端測力裝置后端相連；所述的“L”形滑塊為測力裝置與加載頭之間的連接件，并設(shè)置有一對縱向?qū)ΨQ的阻力加載點，該阻力加載點在測力裝置軸向力方向所在的水平面內(nèi)，通過與該水平面相切的多組滑輪施加軸向載荷。
[0030]圖2是本發(fā)明的雙端校準(zhǔn)裝置的俯視圖，結(jié)合圖1，本發(fā)明所述的加載頭為四點式框架加載頭，米用一前一后、一上一下的布局方式，使加載碼盤在空間上互不干涉，便于利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼施加載荷；所述的雙端校準(zhǔn)裝置縱向?qū)ΨQ，以降低非對稱結(jié)構(gòu)引入的干擾誤差。
[0031]本實例以四分量(升力、俯仰力矩、側(cè)向力和偏航力矩，共8組差分電壓輸出信號)的雙端測力裝置校準(zhǔn)為例，說明具體實施步驟:
[0032](I)將雙端測力裝置的固定端固定在校準(zhǔn)架上，法向力正方向向上，必要時需要通過合適的接頭連接，保證連接可靠，通過水準(zhǔn)儀、傾斜儀等光學(xué)儀器使得雙端測力裝置的軸線在水平面內(nèi)，將雙端測力裝置的8組差分電壓輸出信號與采集系統(tǒng)連接，保證信號方向與規(guī)定的坐標(biāo)系方向一致，初讀數(shù)穩(wěn)定；
[0033](2)安裝前“L”形滑塊和前加載頭到雙端測力裝置前端，安裝后“L”形滑塊和后加載頭到雙端測力裝置后端，通過水準(zhǔn)儀、傾斜儀等光學(xué)儀器使得縱向?qū)ΨQ的加載點處于同一水平面內(nèi)，即不存在滾轉(zhuǎn)角，法蘭連接、螺釘拉緊；
[0034](3)通過加載升力和俯仰力矩的方法確定加載頭力矩中心偏移電氣中心的距離，并據(jù)此分別調(diào)整前、后加載頭力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的前段電氣中心和后段電氣中心在水平面上的投影重合，誤差不超過0.2mm,并分別測量前、后加載頭力矩中心距離雙端測力裝置I端面的距離，作為校準(zhǔn)中心力矩參考長度；
[0035](4)在前加載頭的四個加載盤上多次施加階梯載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算出雙端測力裝置的前段主項系數(shù)和對后段的一次干擾項系數(shù)；
[0036](5)在后加載頭的四個加載盤上多次施加階梯載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算出雙端測力裝置的后段主項系數(shù)和對前段的一次干擾項系數(shù)；
[0037]對于四分量測力裝置，每進(jìn)行一個分量的單元校準(zhǔn)，利用最小二乘法擬合計算后，會得到當(dāng)前校準(zhǔn)分量的主項系數(shù)以及校準(zhǔn)分量對其它七組電壓信號的一次干擾系數(shù)。
[0038](6)分別繞軸向力方向旋轉(zhuǎn)雙端測力裝置180度、90度、270度，重復(fù)第⑴、⑵、
(4)、(5)步，依次校準(zhǔn)測力裝置縱向正方向和橫向正、負(fù)方向，對于正負(fù)方向的各系數(shù)采用平均法得到最終系數(shù)。
[0039]最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關(guān)系的計算矩陣，如表I所示；
[0040]表I某四分量雙端測力裝置靜校公式
[0041]

【權(quán)利要求】
1.一種雙端校準(zhǔn)裝置，其特征在于包括兩個對立設(shè)置的連接件，每個連接件的上端設(shè)置有用于固定被測裝置的連接孔，連接件上端設(shè)置有阻力加載點用于加載軸向載荷；每個連接件的下端設(shè)置有加載頭，兩個連接件下端設(shè)置的加載頭在空間上互不干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙端校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述兩個連接件上的連接孔對稱同軸設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙端校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述兩個連接件上端的阻力加載點縱向?qū)ΨQ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙端校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述加載頭為方形，加載頭的四個角的每一個角上通過垂直連接線連接一個加載盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙端校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述兩個連接件均為“L”形。
6.一種雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法，其特征在于該方法為: 第一步，將被測的雙端測力裝置調(diào)整水平并將固定端固定，分別安裝兩個“L”形的連接件，使得被測的雙端測力裝置的兩個連接端插入在連接件上的連接孔內(nèi)，調(diào)整水平后用螺栓緊固； 第二步，分別調(diào)整兩個加載頭的力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的固定端兩邊兩個電氣中心在水平面上的投影重合，連接所有加載盤； 第三步，在其中一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項系數(shù)和干擾項系數(shù)； 第四步，在另一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，采集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項系數(shù)和干擾項系數(shù)； 第五步，分別繞軸向力方向旋轉(zhuǎn)雙端測力裝置180度、90度、270度，重復(fù)第一步、第三步、第四步，依次校準(zhǔn)測力裝置縱向和橫向正、負(fù)方向，最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關(guān)系的計算矩陣； 第六步，驗證計算矩陣的綜合誤差，所有加載點在縱向和橫向分別加載按大小隨機分布的檢驗載荷多次，計算誤差指標(biāo)，獲得雙端測力裝置測量準(zhǔn)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的第二步和第三步單獨依次加載雙端測力裝置的兩端，分別求得雙端測力裝置兩端相互干擾系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的第六步是同時加載雙端測力裝置前段和后段的各個方向，以獲得雙端測力裝置的綜合誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的雙端測力裝置的校準(zhǔn)方法采用地軸系校準(zhǔn)方法。
【文檔編號】G01L25/00GK104198113SQ201410476414
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】謝斌, 向光偉, 趙忠良, 吳軍強, 王超, 李 浩, 陶洋, 楊海泳 申請人:中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所