本實(shí)用新型屬于航空航天測(cè)力實(shí)驗(yàn)氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對(duì)返回艙、著陸器等大升阻比氣動(dòng)模型的測(cè)力問(wèn)題，本實(shí)用新型的一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平，利用復(fù)合式回路結(jié)構(gòu)緊湊布局測(cè)量元件，縮短天平長(zhǎng)度，增大天平直徑，提高天平阻力元的承載能力和天平的整體剛度，能夠較好的對(duì)模型六個(gè)分量的氣動(dòng)力進(jìn)行測(cè)量。

背景技術(shù)：

在涉及到返回艙、著陸器等大升阻比模型的氣動(dòng)力測(cè)量問(wèn)題時(shí)，由于模型具有直徑大、長(zhǎng)度短的特點(diǎn)，造成需要測(cè)量的阻力載荷大小往往是升力載荷的十倍左右，載荷匹配難度大，測(cè)量精度要求高。通過(guò)增大天平直徑可以增大阻力承載能力，但一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的三段串聯(lián)桿式天平的直徑一般與支桿等直段直徑相等，并且需要與模型尾部?jī)?nèi)腔保持足夠的間隙以保證模型受載后天平和支桿不會(huì)與模型產(chǎn)生空間干涉。受到模型尾部空間尺寸的限制和足夠的間隙要求，天平及支桿的直徑較小，無(wú)法提高阻力測(cè)量量程。另一方面此類(lèi)模型的長(zhǎng)度較短，無(wú)法將傳統(tǒng)三段串聯(lián)桿式天平的測(cè)量元件全部置于模型體內(nèi)腔，對(duì)露出模型體的天平部分還需要進(jìn)行額外的設(shè)計(jì)以保護(hù)天平。使用復(fù)合式回路結(jié)構(gòu)可充分利用模型體內(nèi)腔空間，有效縮短天平長(zhǎng)度，增加天平直徑，增大天平承載能力，是一種能夠滿足此類(lèi)模型試驗(yàn)天平設(shè)計(jì)和測(cè)量要求的行之有效的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平，旨在解決傳統(tǒng)三段串聯(lián)桿式天平在返回艙、著陸器等模型氣動(dòng)力測(cè)量時(shí)天平安裝難度大、阻力承載能力不足和天平設(shè)計(jì)未充分利用模型內(nèi)腔空間的缺陷，提供一種復(fù)合式回路風(fēng)洞應(yīng)變天平及支桿，完成了對(duì)模型六個(gè)分量氣動(dòng)載荷的精確測(cè)量。本實(shí)用新型采用獨(dú)特的復(fù)合式回路結(jié)構(gòu)將天平六個(gè)分量的測(cè)量元件通過(guò)嵌套方式組合在一起，減小了天平的整體長(zhǎng)度，并合理利用模型內(nèi)腔空間大的特點(diǎn)，增大天平直徑，增強(qiáng)天平承載能力，特別是增大阻力測(cè)量量程，提高了風(fēng)洞試驗(yàn)安全性。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平，包括復(fù)合式回路天平和支桿，所述復(fù)合式回路天平包括自由端過(guò)渡段、2號(hào)支撐段、1號(hào)支撐段、固定端過(guò)渡段、支桿連接段；所述支桿包括錐形連接段和等直段；所述自由端過(guò)渡段通過(guò)位于左右兩側(cè)的四柱梁(即側(cè)力、俯仰力矩和滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量元件)與2號(hào)支撐段連接；所述固定端過(guò)渡段通過(guò)位于上下兩側(cè)的兩柱梁(即升力和偏航力矩測(cè)量元件)與1號(hào)支撐段連接；1號(hào)支撐段與2號(hào)支撐段通過(guò)位于內(nèi)側(cè)的四柱梁(即阻力測(cè)量元件)連接；所述支桿連接段與支桿的錐形連接段連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：一是發(fā)展了獨(dú)特的天平設(shè)計(jì)思想，突破了傳統(tǒng)三段式串聯(lián)桿式天平結(jié)構(gòu)的局限。二是增大了天平直徑，提高了天平承載能力，特別是增大了阻力測(cè)量量程。三是縮短了天平長(zhǎng)度，在模型軸向尺寸有限的情況下仍然將天平元件整體置于模型體內(nèi)部，提高了試驗(yàn)的安全性，延長(zhǎng)了天平使用壽命。四是擴(kuò)大了天平設(shè)計(jì)空間，有利于天平元件結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化設(shè)計(jì)。五是可廣泛應(yīng)用于升阻比較大或者沖擊載荷較大的風(fēng)洞試驗(yàn)天平研制中，具有良好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：

圖1是本實(shí)用新型的一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平裝配示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視圖；

圖4是圖2的A-A剖視圖；

圖5是圖2的B-B剖視圖；

圖6是圖2的C-C剖視圖；

圖中：1.模型，11.模型內(nèi)腔，12.模型尾段內(nèi)腔，2.復(fù)合式大阻力應(yīng)變天平，21.法蘭連接端，22.自由端過(guò)渡段，23.側(cè)力、俯仰力矩和滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量元件，24.2號(hào)支撐段，25.阻力測(cè)量元件，26.1號(hào)支撐段，27.升力和偏航力矩測(cè)量元件，28.固定端過(guò)渡段，29.支桿連接等直段，3.支桿，31.錐形連接面，32.等直段。

具體實(shí)施方式

圖1是本實(shí)用新型一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平裝配示意圖。本實(shí)用新型所述一種復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平主要包括復(fù)合式回路天平2和支桿3，所述的復(fù)合式回路天平2與模型1通過(guò)法蘭連接，方柱定位，所述復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平與支桿通過(guò)錐面配合、楔子拉緊。所述的復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平支桿的最大直徑小于模型腔內(nèi)部最小直徑。

圖2是本實(shí)用新型復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的俯視圖，所述復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平元件置于模型內(nèi)腔11中，可同時(shí)測(cè)量六個(gè)分量。所述的靠近模型頭部的法蘭連接端21直徑和復(fù)合式回路天平元件直徑大于模型尾段內(nèi)腔12的直徑。

圖4是圖2的A-A剖視圖，所述的復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平采用左右兩側(cè)的四柱梁連接自由端過(guò)渡段22和2號(hào)支撐段24，用于測(cè)量側(cè)力、俯仰力矩和滾轉(zhuǎn)力矩。測(cè)量梁尺寸通過(guò)數(shù)值仿真優(yōu)化。

圖5是圖2的B-B剖視圖,所述的復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平采用內(nèi)側(cè)四柱梁連接1號(hào)支撐段26和2號(hào)支撐段24,用于測(cè)量阻力。測(cè)量梁尺寸通過(guò)數(shù)值仿真優(yōu)化。

圖6是圖2的C-C剖視圖，所述的復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平采用上下兩側(cè)兩柱梁連接1號(hào)支撐段26和固定端過(guò)渡段28，用于測(cè)量升力和偏航力矩；測(cè)量梁尺寸通過(guò)數(shù)值仿真優(yōu)化。

下面參照?qǐng)D1-6進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型所述的復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平：

根據(jù)模型尾部?jī)?nèi)腔12的最小直徑以及氣動(dòng)載荷可以估算出支桿3等直段32的最大直徑，確保有足夠的間隙使尾部?jī)?nèi)腔與支桿等直段在試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)觸碰。同時(shí)可估算出模型內(nèi)腔其他合適的尺寸，確保復(fù)合式回路天平與模型內(nèi)腔有足夠的空隙不會(huì)因受載而碰觸。

如圖2所示，結(jié)合圖3、圖4、圖5和圖6，是本實(shí)用新型復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平的典型結(jié)構(gòu)，根據(jù)天平設(shè)計(jì)載荷及其他技術(shù)指標(biāo)，初步確定復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平元件的長(zhǎng)度、各測(cè)量梁的幾何尺寸以及1號(hào)支撐段和2號(hào)支撐段的幾何尺寸等關(guān)鍵尺寸的范圍，特別注意預(yù)留足夠的空間方便加工和應(yīng)變計(jì)粘貼。

如圖2所示，結(jié)合圖3、圖4、圖5和圖6，自由端過(guò)渡段22、固定端過(guò)渡段28、1號(hào)支撐段26、2號(hào)支撐段24的最高截面尺寸均與與之連接的測(cè)量元件的應(yīng)變計(jì)粘貼表面平齊，一方面便于應(yīng)變計(jì)粘貼，另一方面減小截面尺寸變化引起的應(yīng)力集中。

各測(cè)量元件的連接處均作倒圓處理，防止應(yīng)力集中。

在側(cè)力、俯仰力矩和滾轉(zhuǎn)力矩測(cè)量元件以及升力和偏航力矩測(cè)量元件應(yīng)變計(jì)粘貼面的對(duì)應(yīng)位置上布有應(yīng)力槽，適當(dāng)調(diào)節(jié)應(yīng)力槽的大小，可以保證各測(cè)量單元的靈敏度。

根據(jù)載荷特點(diǎn)與具體設(shè)計(jì)指標(biāo)，所述的各測(cè)量梁可以被替換為其他結(jié)構(gòu)形式的彈性元件。

復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以得到比較準(zhǔn)確的應(yīng)變、應(yīng)力結(jié)果，需要使用有限元軟件進(jìn)行多次數(shù)值仿真優(yōu)化天平結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行嚴(yán)格的天平及支桿強(qiáng)度校核，可通過(guò)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)方法減少數(shù)值仿真工作量，提高優(yōu)化效率。

風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中，作用在返回艙、著陸器等大升阻比模型上的空氣動(dòng)力載荷通過(guò)復(fù)合式回路天平的法蘭盤(pán)使本實(shí)用新型復(fù)合式大阻力風(fēng)洞應(yīng)變天平的測(cè)量元件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，在各測(cè)量梁相關(guān)位置表面粘貼應(yīng)變計(jì)，組成惠斯通電橋，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后可實(shí)現(xiàn)對(duì)作用在模型上的空氣動(dòng)力載荷六個(gè)分量的精確測(cè)量。

本實(shí)用新型的工作原理是：利用模型、天平、支桿系統(tǒng)的變形特點(diǎn)，采用復(fù)合式回路結(jié)構(gòu)充分利用模型內(nèi)腔充足的空間，達(dá)到縮短天平長(zhǎng)度、增大天平直徑、增強(qiáng)天平承載能力的目的。具體來(lái)講，模型受到氣動(dòng)載荷后，天平和支桿發(fā)生變形，并且最有可能與模型尾部?jī)?nèi)腔發(fā)生空間干涉，而模型內(nèi)腔內(nèi)部空間比較充足，可以更為有效的利用。采用復(fù)合式回路天平結(jié)構(gòu)可通過(guò)組合元件同時(shí)測(cè)量六個(gè)分量的載荷，大大縮短天平長(zhǎng)度，使天平整體位于模型腔內(nèi)，從而擺脫模型尾部尺寸有限的限制，增大天平直徑，增大天平承載能力，特別是增大天平阻力的測(cè)量量程。