一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111238765A(43)申请公布日2020.06.05(21)申请号202010179479.5(22)申请日2020.03.16(71)申请人中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所地址621900四川省绵阳市二环路南段6号15分箱(72)发明人黄军杨彦广邱华诚赵荣娟刘施然吕治国(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人王丹(51)Int.Cl.G01M9/06(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平(57)摘要本发明公开了一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平。该天平从前至后依次包括模型连接段、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件、加速度计安装段、天平支杆和支撑段。该天平针对脉冲风洞有效时间短的特点，采用了半导体应变天平形式，同时将天平和支杆设计为一个整体，减少了中间部件，增强了天平的刚度。该天平在三片梁式组合测量元件的基础上，将侧片梁分为上、下两个片梁，分别用于侧向力、偏航力矩和滚转力矩测量，提高了滚转力矩的灵敏度和测量精度。CN111238765ACN111238765A权利要求书1/1页1.一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平，其特征在于，所述的天平从前至后依次包括模型连接段(1)、第一组合测量元件(2)、轴向力测量元件(3)、第二组合测量元件(4)、加速度计安装段(5)、天平支杆(6)和支撑段(7)；所述的模型连接段(1)为从前至后扩张的锥段，通过锥面与风洞试验模型配合连接，锥面上设置有键槽(11)，用于风洞试验模型的安装定位，模型连接段(1)前端设置有螺纹孔(12)，用于风洞试验模型的压紧；所述的第一组合测量元件(2)为五片梁式结构，所述的五片梁式结构将三片梁式结构的两侧片梁平均分为上下对称的两个梁，得到中间的主梁(21)、位于左侧上方的侧梁Ⅰ(22)，位于左侧下方的侧梁Ⅱ(23)、位于右侧上方的侧梁Ⅲ(24)和位于右侧下方的侧梁Ⅳ(25)五个梁；每个梁上均粘贴有半导体应变计；主梁(21)测量法向力和俯仰力矩，侧梁Ⅰ(22)和侧梁Ⅲ(24)测量侧向力和偏航力矩，侧梁Ⅱ(23)和侧梁Ⅳ(25)测量滚转力矩；所述的轴向力测量元件(3)为“T”型梁式结构，半导体应变计粘贴在“T”型梁(31)的竖梁两侧，用于轴向力的测量，“T”型梁(31)前后两侧对称设置有支撑梁(32)，轴向力测量元件(3)被一条斜向上贯穿的斜槽(33)分为两部分，两部分之间通过“T”型梁(31)和支撑梁(32)连接成一个整体；轴向力测量元件(3)上还开有引线槽Ⅰ(34)，用于引出第一组合测量元件(2)的信号线；所述的第二组合测量元件(4)为与第一组合测量元件(2)对称的五片梁式结构，每个梁上均粘贴半导体应变计，用于法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩和滚转力矩的测量；所述的加速度计安装段(5)为柱段，柱段上对称设置有加速度计安装槽(51)，用于加速度计的安装；加速度计安装段(5)开有引线槽Ⅱ(52)，用于引出第一组合测量元件(2)、轴向力测量元件(3)和第二组合测量元件(4)的信号线；加速度计安装段(5)还开有与天平轴线的穿线管道连通的进线孔(53)；所述的天平支杆(6)为从前至后扩张的锥段，用于天平的延长；所述的支撑段(7)为柱段，柱段的上部切削有水平面Ⅰ，水平面Ⅰ为姿态测量面(73)，柱段的下部切削有水平面Ⅱ，水平面Ⅰ和水平面Ⅱ之间加工有垂直的通孔(72)，水平面Ⅱ上加工有垂直的销钉孔(71)，柱段的尾端有与天平轴线的穿线管道连通的出线孔(74)。2CN111238765A说明书1/3页一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平技术领域[0001]本发明属于风洞设备领域，具体涉及一种应用于脉冲风洞的半导体应变天平。背景技术[0002]随着各类飞行器、武器研制的迅猛发展，风洞测力试验对飞行器、武器的小横侧向气动力、小滚转力矩等微量气动力载荷的测量精度要求越来越高，要求天平测量元件具有理想的解耦，同时对于试验时间只有几至几十毫秒的脉冲风洞，由于试验时间很短，还要求天平具有很高的频响。[0003]常规的应变天平在结构解耦和性能稳定性方面具有优势，但由于电阻应变计的灵敏度系数很低，只有2左右，在保证足够的信号输出的前提下，应变天平的应变设计不能太小，所以应变天平的刚度、频响等无法满足试验时间只有几至几十毫秒的脉冲风洞需求。压电片的灵敏度系数较高，压电天平的刚度、频响能够满足试验时间只有几至几十毫秒的脉冲风洞需求，但是，压电片的经时稳定性较差，其性能随着时间的变化具有一定的波动，每次风洞测力试验都需要进行压电天平的校准，不利于试验效率的提升。[0004]随着半导体加工工艺的提升，使得半导体应