一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天測(cè)力試驗(yàn)氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對(duì)暫沖式高速及超高速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)啟動(dòng)和關(guān)車時(shí)模型及桿式天平支桿系統(tǒng)劇烈振動(dòng)問(wèn)題，利用錐形天平元件結(jié)構(gòu)與測(cè)量元件緊湊布局提高天平及支桿整體剛度，增強(qiáng)模型支撐系統(tǒng)抗振動(dòng)能力，進(jìn)行更加安全穩(wěn)定的飛行器模型精確六分量氣動(dòng)力測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]暫沖式高速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)中，啟動(dòng)和關(guān)車過(guò)程氣流脈動(dòng)和激波掃掠引起的沖擊載荷可能是天平量程的幾倍甚至十幾倍，且分散度很大，難以測(cè)量和控制。沖擊載荷引起的振動(dòng)幅度與天平及支桿的剛度、模型重量、吹風(fēng)方式有密切關(guān)系，并且對(duì)試驗(yàn)安全、測(cè)量精度和天平的使用壽命構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過(guò)模型減重、降低速壓等方式可以降低一定的沖擊載荷，但受到結(jié)構(gòu)和風(fēng)洞設(shè)備限制，效果并不理想。在有限的設(shè)計(jì)空間內(nèi)提高天平及支桿的剛度和承載能力是另一種行之有效的方法。
[0003]常見的桿式天平直徑一般與支桿等直段直徑相等，并且與模型內(nèi)腔有足夠的間隙，以保證模型受到氣動(dòng)載荷天平及支桿變形后模型與天平支桿不產(chǎn)生空間干涉。受到模型尾部空間尺寸限制和足夠的間隙要求，天平及支桿直徑較小，支撐系統(tǒng)剛度不足。而模型體中部空間充足，有時(shí)為了減重還會(huì)去除模型腔體內(nèi)多余的材料。由于天平與支桿前端等直徑，模型內(nèi)腔與天平的間隙過(guò)大，天平及支桿設(shè)計(jì)時(shí)并沒有充分利用模型腔體內(nèi)的空間，導(dǎo)致天平剛度和承載能力不足。另外，桿式天平一般采用前中后三段測(cè)量元件，長(zhǎng)度和材料切削嚴(yán)重，進(jìn)一步損失了天平剛度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決等直徑三段式桿式天平剛度和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，提供一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平及支桿，采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和桿式天平及支桿結(jié)構(gòu)增強(qiáng)系統(tǒng)的剛度和承載能力，提高風(fēng)洞應(yīng)變天平的安全性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)天平的使用壽命。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平，包括桿式天平和支桿:
所述桿式天平兩端為錐形結(jié)構(gòu)，桿式天平兩端的中間為天平元件，
所述天平元件為錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)上靠近大端部位設(shè)置有五分量元件，靠近小端部位設(shè)置有阻力元件，
所述支桿包括錐形前端和等直段，所述桿式天平與支桿的錐形前端通過(guò)錐面匹配并利用楔子拉緊，所述桿式天平設(shè)置于被測(cè)模型的內(nèi)腔內(nèi)，
所述被測(cè)模型內(nèi)腔的最小直徑大于桿式天平的最大直徑。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述支桿的錐形前端的錐度與桿式天平的天平元件的錐度相等。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述支桿的錐形前端的最大直徑與天平元件錐形結(jié)構(gòu)的最小直徑相等。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述桿式天平的錐形前端的最小直徑與支桿等直段的直徑相等。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述五分量元件包括對(duì)稱設(shè)置的四組多梁結(jié)構(gòu)，位于軸線上的片梁為測(cè)量元件，位于各象限的柱梁為承載梁。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述桿式天平的阻力元件包括對(duì)稱于天平軸線布置的一對(duì)Y形測(cè)量元件和兩組阻力支撐彈片。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述阻力支撐彈片為對(duì)稱于天平軸線布置的兩組變截面彈片。
[0012]在上述技術(shù)方案中，每組支撐彈片等強(qiáng)度，寬度與天平元件錐度外形相匹配。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:利用模型天平支桿系統(tǒng)變形特點(diǎn)，充分利用模型內(nèi)腔充足空間，盡量增大天平直徑，縮短天平長(zhǎng)度，減少天平材料切削，達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)剛度和承載能力的目的。具體來(lái)講，模型受到氣動(dòng)載荷后，模型主體本身可看作剛體基本不變形，變形主要由天平及支桿產(chǎn)生。產(chǎn)生變形后，最可能與模型觸碰的是模型尾部?jī)?nèi)腔與支桿等直段，而模型內(nèi)腔內(nèi)部空間比較充足。因此，可以充分利用模型內(nèi)腔剩余空間，增大天平直徑，以減少天平受載變形。另外，影響天平變形的另外兩個(gè)重要因素是天平長(zhǎng)度和材料切削程度，因此可以縮短天平元件長(zhǎng)度，采用兩段式天平結(jié)構(gòu)布局進(jìn)一步提高剛度。
[0014]本發(fā)明的效果和益處是:一是發(fā)展了獨(dú)特的模型天平支桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，突破了傳統(tǒng)等直徑天平支桿設(shè)計(jì)方法和三段式桿式天平結(jié)構(gòu)。二是增大了天平直徑，縮短了天平長(zhǎng)度，天平變形小，提高了天平的剛度和承載能力。三是有效抑制系統(tǒng)振動(dòng)，提高了試驗(yàn)的安全性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了天平使用壽命，提高了天平支桿的整體性能。四是擴(kuò)大了天平設(shè)計(jì)空間，降低了天平設(shè)計(jì)難度，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)用于沖擊載荷大或振動(dòng)劇烈的風(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】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平裝配示意圖；
圖2是本發(fā)明的一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2的A-A剖視圖；
圖4是圖2的B-B剖視圖；
圖中:1.模型，11.內(nèi)腔，12.尾部?jī)?nèi)腔，2.桿式天平元件，21.大端，22.五分量元件，221.測(cè)量元件，222.承載梁，23.阻力元件，231.彈性支撐片，232.“Y”形測(cè)量元件，24.小端，3.支桿，31.錐形前端，32.等直段。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平裝配示意圖。本發(fā)明所述的一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平主要包括桿式天平和支桿，所述的桿式天平與支桿通過(guò)錐面配合楔子拉緊，錐形體位于模型內(nèi)腔內(nèi)部。所述的桿式天平元件最大直徑略小于模型尾部?jī)?nèi)腔最小直徑，在增大桿式天平元件直徑的同時(shí)，方便模型的安裝與拆卸。所述的桿式天平元件錐形部分最小直徑大于支桿等直段直徑，數(shù)值通過(guò)天平及支桿前端等錐度約束條件計(jì)算得出。
[0017]圖2是本發(fā)明的一種小變形風(fēng)洞應(yīng)變天平