本發(fā)明屬于傳感、測(cè)控領(lǐng)域，特別應(yīng)用于飛行器模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。本裝置可對(duì)一種五分量壓電式“雙天平”進(jìn)行標(biāo)定，即X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz。

背景技術(shù)：

風(fēng)洞試驗(yàn)是地面模擬航空航天飛行器空氣動(dòng)力特性的主要手段之一，風(fēng)洞天平是測(cè)量風(fēng)洞試驗(yàn)中作用在模型上氣動(dòng)載荷的主要測(cè)量設(shè)備。靜態(tài)標(biāo)定是依據(jù)天平標(biāo)定原理，利用天平標(biāo)定裝置，按照一定的標(biāo)定方法，建立天平測(cè)量信號(hào)與所受氣動(dòng)載荷關(guān)系的過程，即獲取天平公式和天平其他性能參數(shù)的過程。風(fēng)洞天平靜態(tài)標(biāo)定關(guān)系到天平應(yīng)用中模型氣動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)度，所以，對(duì)天平進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定尤為重要。

在標(biāo)定過程中，為了給天平施加載荷，需要設(shè)計(jì)靜態(tài)標(biāo)定加載裝置。傳統(tǒng)的單分量人工砝碼加載裝置需要在天平上安裝一種特殊設(shè)計(jì)的砝碼加載機(jī)構(gòu)，盡管其方法準(zhǔn)確，但是，將傳統(tǒng)的單分量人工砝碼加載裝置應(yīng)用到現(xiàn)有天平標(biāo)定時(shí)，考慮到本標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定載荷大，有大質(zhì)量砝碼，其標(biāo)定過程較繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，標(biāo)定周期較長(zhǎng)并且可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的環(huán)節(jié)多。

為了克服單分量人工砝碼加載裝置的缺點(diǎn)，本靜態(tài)標(biāo)定裝置采用液壓油缸加載。本裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)誤差源較少，具有標(biāo)定效率較高、標(biāo)定精度高和易實(shí)現(xiàn)大量程輸出等優(yōu)點(diǎn)。此外，針對(duì)標(biāo)定對(duì)象：大型天平，設(shè)計(jì)的標(biāo)定臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且滿足標(biāo)定裝置中固有頻率和剛度要求。

隨著國(guó)防事業(yè)的發(fā)展和先進(jìn)的高速飛行器試驗(yàn)的迫切需要,設(shè)計(jì)一種適用于測(cè)試對(duì)象幾何尺寸大、重量大、氣動(dòng)載荷大且測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)性能好的五分量壓電式“雙天平”，并對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定以獲得天平的特性參數(shù)，對(duì)飛行器風(fēng)洞天平發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了測(cè)試對(duì)象大、重量大和氣動(dòng)載荷大的多維力測(cè)量的大型天平標(biāo)定的關(guān)鍵與難點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz五分量壓電式雙天平的標(biāo)定平臺(tái)，為獲取天平性能指標(biāo)提供了有效手段。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種五分量壓電式“雙天平”靜態(tài)標(biāo)定裝置，標(biāo)定架為梯形結(jié)構(gòu)，其由下連接板2、中間連接板3與上連接板4焊接而成，中間連接板3布置有三角形和矩形加強(qiáng)筋，標(biāo)定架的四角處均設(shè)置移動(dòng)升降腳輪1；固定凸臺(tái)7通過六角頭螺栓與上連接板4連接，固定凸臺(tái)7平面上有螺紋孔；天平底座10上開四個(gè)矩形長(zhǎng)槽，每個(gè)矩形長(zhǎng)槽安放兩個(gè)壓電式三向力傳感器12，共安放八個(gè)壓電式三向力傳感器12；天平底座10開有通孔，與固定凸臺(tái)7通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接；兩個(gè)天平上蓋11通過雙頭螺柱與八個(gè)壓電式三向力傳感器12、天平底座10連接即形成兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)力天平，天平的總高度高于天平底座10，兩個(gè)天平關(guān)于Y軸對(duì)稱；

X向固定基座Ⅰ5和X向固定基座Ⅱ16關(guān)于Y軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，X向固定基座Ⅰ5上裝有X向液壓油缸Ⅰ6、X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8和X向加載接頭Ⅰ9，X向液壓油缸Ⅰ6與X向固定基座Ⅰ5通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8與X向液壓油缸Ⅰ6通過螺桿連接，X向加載接頭Ⅰ9與X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8螺紋連接；X向固定基座Ⅱ16上裝有X向液壓油缸Ⅱ15、X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14和X向加載接頭Ⅱ13，X向液壓油缸Ⅱ15與X向固定基座Ⅱ16通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14與X向液壓油缸Ⅱ15通過螺桿連接，X向加載接頭Ⅱ13與X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14螺紋連接；加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，X向固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起；

Y向固定基座Ⅰ17和Y向固定基座Ⅱ21關(guān)于X軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，Y向固定基座Ⅰ17上裝有Y向液壓油缸Ⅰ18、Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19和Y向加載接頭Ⅰ20，Y向液壓油缸Ⅰ18與Y向固定基座Ⅰ17通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19與Y向液壓油缸Ⅰ18通過螺桿連接，Y向加載接頭Ⅰ20與Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19螺紋連接；Y向固定基座Ⅱ21上裝有Y向液壓油缸Ⅱ22、Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23和Y向加載接頭Ⅱ24，Y向液壓油缸Ⅱ22與Y向固定基座Ⅱ21通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23與Y向液壓油缸Ⅱ22通過螺桿連接，Y向加載接頭Ⅱ24與Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23螺紋連接，加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起。

Z向固定基座Ⅰ28和Z向固定基座Ⅱ32關(guān)于Y軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，Z向固定基座Ⅰ28上裝有Z向液壓油缸Ⅰ25、Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26和Z向加載接頭Ⅰ27，Z向液壓油缸Ⅰ25與Z向固定基座Ⅰ28通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26與Z向液壓油缸Ⅰ25通過螺桿連接，Z向加載接頭Ⅰ27與Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26螺紋連接；Z向固定基座Ⅱ32上裝有Z向液壓油缸Ⅱ31、Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30和Z向加載接頭Ⅱ29，Z向液壓油缸Ⅱ31與Z向固定基座Ⅱ32通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30與Z向液壓油缸Ⅱ31通過螺桿連接，Z向加載接頭Ⅱ29與Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30螺紋連接，加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起。在上連接板4的中間位置布置有鍵和普通平鍵形通孔，其中，每個(gè)鍵都通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘與上連接板4固定連接。

天平的X、Y和Z方向力加載通過X、Y和Z向液壓油缸Ⅰ和液壓油缸Ⅱ?qū)崿F(xiàn)，X、Y和Z向加載接頭Ⅰ和加載接頭Ⅱ選用螺紋桿(圓錐形)時(shí)即進(jìn)行拉力(壓力)階梯加載；天平的俯仰力矩My加載通過Z向液壓油缸Ⅰ25和Z向液壓油缸Ⅱ31實(shí)現(xiàn)，一個(gè)加載接頭為圓錐接頭，另一個(gè)為螺紋桿接頭，使加載的力大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)俯仰力矩階梯加載；天平的偏航力矩Mz加載通過Y向液壓油缸Ⅰ18和Y向液壓油缸Ⅱ22實(shí)現(xiàn)，Y向加載接頭Ⅰ20和Y向加載接頭Ⅱ24同時(shí)對(duì)天平施加拉力(或壓力)，使所加載的力大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)偏航力矩階梯加載。

本發(fā)明的有益效果：實(shí)現(xiàn)了對(duì)“雙天平”的X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz的標(biāo)定，精確獲得了評(píng)價(jià)天平性能的靜態(tài)性能指標(biāo)。

附圖說明

圖1為五分量壓電式“雙天平”標(biāo)定臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為X向力加載結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1移動(dòng)升降腳輪；2下連接板；3中間連接板；4上連接板；5X向固定基座Ⅰ；6X向液壓油缸Ⅰ；7固定凸臺(tái)；8X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ；9X向加載接頭Ⅰ；10天平底座；11天平上蓋；12壓電式三向力傳感器；13X向加載接頭Ⅱ；14X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ；15X向液壓油缸Ⅱ；16X向固定基座Ⅱ；17Y向固定基座Ⅰ；18Y液壓油缸Ⅰ；19Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ；20Y向加載接頭Ⅰ；21Y向固定基座Ⅱ；22Y向液壓油缸Ⅱ；23Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ；24Y向加載接頭Ⅱ；25Z向液壓油缸Ⅰ；26Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ；27Z向加載接頭Ⅰ；28Z向固定基座Ⅰ；29Z向加載接頭Ⅱ；30Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ；31Z向液壓油缸Ⅱ；32Z向固定基座Ⅱ。

具體實(shí)施方式

結(jié)合技術(shù)方案和附圖，具體說明其實(shí)施方式：一種五分量壓電式“雙天平”靜態(tài)標(biāo)定裝置，標(biāo)定架為梯形結(jié)構(gòu)，其由下連接板2、中間連接板3與上連接板4焊接而成，中間連接板3布置有三角形和矩形加強(qiáng)筋；標(biāo)定底座的四角處均設(shè)置移動(dòng)升降腳輪1；固定凸臺(tái)7通過六角頭螺栓與上連接板4連接，固定凸臺(tái)7平面上有螺紋孔；天平底座10上開四個(gè)矩形長(zhǎng)槽，每個(gè)矩形長(zhǎng)槽安放兩個(gè)壓電式三向力傳感器12，共安放八個(gè)壓電式三向力傳感器12；天平底座10開有通孔，與固定凸臺(tái)7通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接；兩個(gè)天平上蓋11通過雙頭螺柱與八個(gè)壓電式三向力傳感器12、天平底座10連接即形成兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)力天平，天平的總高度高于天平底座10，目的是將載荷全部作用在兩個(gè)天平上，防止分載，兩個(gè)天平關(guān)于Y軸對(duì)稱。

X向固定基座Ⅰ5和X向固定基座Ⅱ16關(guān)于Y軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，X向固定基座Ⅰ5上裝有X向液壓油缸Ⅰ6、X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8和X向加載接頭Ⅰ9，X向液壓油缸Ⅰ6與X向固定基座Ⅰ5通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8與X向液壓油缸Ⅰ6通過螺桿連接，X向加載接頭Ⅰ9與X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ8螺紋連接；X向固定基座Ⅱ16上裝有X向液壓油缸Ⅱ15、X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14和X向加載接頭Ⅱ13，X向液壓油缸Ⅱ15與X向固定基座Ⅱ16通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14與X向液壓油缸Ⅱ15通過螺桿連接，X向加載接頭Ⅱ13與X向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ14螺紋連接，加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，X向固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起。

Y向固定基座Ⅰ17和Y向固定基座Ⅱ21關(guān)于X軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，Y向固定基座Ⅰ17上裝有Y向液壓油缸Ⅰ18、Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19和Y向加載接頭Ⅰ20，Y向液壓油缸Ⅰ18與Y向固定基座Ⅰ17通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19與Y向液壓油缸Ⅰ18通過螺桿連接，Y向加載接頭Ⅰ20與Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ19螺紋連接；Y向固定基座Ⅱ21上裝有Y向液壓油缸Ⅱ22、Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23和Y向加載接頭Ⅱ24，Y向液壓油缸Ⅱ22與Y向固定基座Ⅱ21通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23與Y向液壓油缸Ⅱ22通過螺桿連接，Y向加載接頭Ⅱ24與Y向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ23螺紋連接，加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起。

Z向固定基座Ⅰ28和Z向固定基座Ⅱ32關(guān)于Y軸對(duì)稱，通過六角頭螺栓固定于上連接板4，Z向固定基座Ⅰ28上裝有Z向液壓油缸Ⅰ25、Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26和Z向加載接頭Ⅰ27，Z向液壓油缸Ⅰ25與Z向固定基座Ⅰ28通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26與Z向液壓油缸Ⅰ25通過螺桿連接，Z向加載接頭Ⅰ27與Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅰ26螺紋連接；Z向固定基座Ⅱ32上裝有Z向液壓油缸Ⅱ31、Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30和Z向加載接頭Ⅱ29，Z向液壓油缸Ⅱ31與Z向固定基座Ⅱ32通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30與Z向液壓油缸Ⅱ31通過螺桿連接，Z向加載接頭Ⅱ29與Z向標(biāo)準(zhǔn)力傳感器Ⅱ30螺紋連接，加載接頭分圓錐和螺紋桿兩種，固定基座與其下方的鍵過盈配合，其中鍵與上連接板4通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在一起。在上連接板4的中間位置布置有鍵和普通平鍵形通孔，其中，每個(gè)鍵都通過沉頭內(nèi)六角圓柱頭螺釘與上連接板4固定連接，此目的是能將“雙天平”與單天平互換，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定裝置的多功能作用。

天平的X、Y和Z方向力加載通過X、Y和Z向液壓油缸Ⅰ和液壓油缸Ⅱ?qū)崿F(xiàn)，X、Y和Z向加載接頭Ⅰ和加載接頭Ⅱ選用螺紋桿(圓錐形)時(shí)即進(jìn)行拉力(壓力)階梯加載；天平的俯仰力矩My加載通過Z向液壓油缸Ⅰ25和Z向液壓油缸Ⅱ31實(shí)現(xiàn)，一個(gè)加載接頭為圓錐接頭，另一個(gè)為螺紋桿接頭，使加載的力大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)俯仰力矩階梯加載；天平的偏航力矩Mz加載通過Y向液壓油缸Ⅰ18和Y向液壓油缸Ⅱ22實(shí)現(xiàn)，Y向加載接頭Ⅰ20和Y向加載接頭Ⅱ24同時(shí)對(duì)天平施加拉力(或壓力)，使所加載的力大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)偏航力矩階梯加載。

雖然本發(fā)明以上述較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳細(xì)的描述，但并非用上述實(shí)施例限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在不脫離本發(fā)明所給出的技術(shù)特征和范圍的情況下，對(duì)技術(shù)所作的增加及本領(lǐng)域一些同樣內(nèi)容的替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。