风洞天平体轴系弹性角在线校准装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115307866A(43)申请公布日2022.11.08(21)申请号202211243595.4(22)申请日2022.10.12(71)申请人中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所地址110000辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1号(72)发明人刘博宇李小刚王碧玲张刃张平(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209专利代理师姜俊婕(51)Int.Cl.G01M9/06(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称风洞天平体轴系弹性角在线校准装置及方法(57)摘要本发明涉及风洞天平体轴系弹性角在线校准装置及方法，属于空气动力学技术领域。解决的是传统弹性角校准方法存在的方法误差问题、系统误差问题、复合变形弹性角无法准确测量问题、弹性角公式模型简单造成修正精度低问题。包括支杆、天平、高刚度加载装置、目标板、靶座和激光跟踪仪，天平前后端设置高刚度加载装置、支杆，高刚度加载装置前端设置目标板，激光跟踪仪布置在高刚度加载装置前方，靶座分别安装在目标板和高刚度加载装置上。以二次多项式代替现有弹性角修正公式的线性模型，采用单矢量加载方式，实现风洞现场中天平体轴系下的真实弹性角校准，消除传统弹性角校准方法中存在的方法误差和系统误差，有效提高非线性变形的弹性角修正精度。CN115307866ACN115307866A权利要求书1/1页1.风洞天平体轴系弹性角在线校准装置，其特征在于：包括支杆（1）、天平（2）、高刚度加载装置（3）、目标板（4）、靶座（5）和激光跟踪仪（6），天平（2）的后端设置有支杆（1），天平（2）的前端与高刚度加载装置（3）连接，高刚度加载装置（3）的前端设置有目标板（4），激光跟踪仪（6）布置在高刚度加载装置前方，若干靶座（5）分别安装在目标板（4）和高刚度加载装置（3）上。2.根据权利要求1所述的风洞天平体轴系弹性角在线校准装置，其特征在于：高刚度加载装置（3）为中空结构，天平（2）设置在高刚度加载装置（3）内，天平（2）与高刚度加载装置（3）同轴设置。3.根据权利要求2所述的风洞天平体轴系弹性角在线校准装置，其特征在于：目标板（4）为T型。4.根据权利要求3所述的风洞天平体轴系弹性角在线校准装置，其特征在于：所述靶座（5）共计4个，靶座（5）中心为靶点，靶座（5）的靶点分别定义为P1、P2、P3、P4，P1、P2、P3、P4呈空间分布，即P1、P2、P3、P4不共面。5.风洞天平体轴系弹性角在线校准方法，其特征在于：采用权利要求1‑4任一项所述的风洞天平体轴系弹性角在线校准装置实现，校准方法包括以下步骤：步骤一、在基准状态下使用激光跟踪仪（6）建立坐标系Oxyz，Oxyz坐标轴与高刚度加载装置（3）理论轴系重合；步骤二、对高刚度加载装置（3）施加单矢量载荷，在载荷的作用下天平（2）、支杆（1）发生弹性变形进而使与天平（2）刚性固接的高刚度加载装置（3）姿态发生变化，使用激光跟踪仪（6）测量靶座（5）中心的靶点P1、P2、P3、P4坐标值并计算出当前姿态相对于基准坐标系Oxyz的角度变化量Δα、Δβ、Δγ，此时对应记录天平（2）相对于基准状态的体轴载荷X、Y、Z、Mx、My、Mz；步骤三、更换不同的加载点以及加载方向，重复步骤二，确保天平（2）各个载荷测量分量都得到有效加载；步骤四、考虑任意支杆形式，弹性角修正公式的数学模型如下：（1）（2）（3）式中，X、Y、Z为天平测得的真实体轴系力分量，Mx、My、Mz为天平测得的真实体轴系力矩分量；、…为待定系数；Δα、Δβ、Δγ分别为各个角度方向上产生的弹性角增量；以Δα、Δβ、Δγ为因变量，X、Y、Z、Mx、My、Mz为自变量，带入各组弹性角/体轴载荷数据并联立方程，通过多元拟合方法分别求出弹性角修正模型中的36项待定系数，该方程为超越方程，不相关加载组数应不少于欲求系数数量。2CN115307866A说明书1/7页风洞天平体轴系弹性角在线校准装置及方法技术领域[0001]本发明涉及风洞天平体轴系弹性角在线校准装置及方法，属于空气动力学技术领域。背景技术[0002]风洞试验时，天平及支撑系统在气动载荷作用下会产生弹性变形，产生线位移及角位移，其中角位移即为模型‑天平‑支撑系统的弹性角，包含俯仰弹性角、侧滑弹性角以及滚转弹性角。弹性角的存在导致风洞试验模型的名义姿态角发生改变，当将天平测得的气动力按照名义姿态角转换到气流坐标系上时，会使得模型气动力系数计算产生误差，而此误差在一些条件下可以占到总的气动力系数误差的25%，因此必须进行弹性角修正。[0003]风洞天平弹性角校准可以采用离线校准和在线校准两种方式。为了减少风洞试验占洞时间，一般在地面进行弹性角校准——离线校准，离