风洞天平体轴系静校系统及方法.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(10)申请公布号CNCN103616157103616157A(43)申请公布日2014.03.05(21)申请号201310717915.X(22)申请日2013.12.23(71)申请人中国航天空气动力技术研究院地址100074北京市丰台区云岗西路17号(72)发明人宫建文帅熊琳王金印(74)专利代理机构北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)11387代理人刘春成张向琨(51)Int.Cl.G01M9/06(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图1页附图1页(54)发明名称风洞天平体轴系静校系统及方法(57)摘要本发明提供一种风洞天平体轴系静校系统及方法，该系统包括：刚性基座，用于提供稳定支撑；支杆，一端固定于所述刚性基座，另一端用于和天平的一端连接；加载头，用于代替模型，连接在天平的模型连接端；位移传感器，共七个，用于测量天平沿三个方向的线位移和角位移，七个所述位移传感器围绕天平校心、沿三个方向对称布置，每个方向各布置两个所述位移传感器，沿轴向布置一个所述位移传感器；载荷产生装置，与所述加载头通过连接件连接，以向所述加载头施加载荷。本发明结构简单，节约成本；提高静校效率，缩短校准时间，确实为一种简单可行又精度高的天平静校方案。CN103616157ACN103657ACN103616157A权利要求书1/1页1.一种风洞天平体轴系静校系统，其特征在于，包括：刚性基座，用于提供稳定支撑；支杆，一端固定于所述刚性基座，另一端用于和天平的一端连接；加载头，连接在天平的模型连接端；位移传感器，共七个，用于测量天平沿三个方向的线位移和角位移，七个所述位移传感器围绕天平校心、沿三个方向对称布置，每个方向各布置两个所述位移传感器，沿轴向布置一个所述位移传感器；载荷产生装置，与所述加载头通过连接件连接，以向所述加载头施加载荷。2.根据权利要求1所述的风洞天平体轴系静校系统，其特征在于，所述位移传感器为激光位移传感器。3.根据权利要求1所述的风洞天平体轴系静校系统，其特征在于，所述载荷产生装置为砝码或力发生器。4.根据权利要求1所述的风洞天平体轴系静校系统，其特征在于，所述连接件为拉线、钢带或杠杆。5.一种风洞天平体轴系静校方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步骤，将天平固定，天平用于和模型连接的一端与加载头连接，加载头连接各个方向上的加载点；第二步骤，在加载头各个方向多次施加载荷，测量加载头各个方向的位移量，结合各方向施加的载荷值，计算天平体轴系各方向所受载荷值；第三步骤，根据每次加载天平的输出和计算得到的体轴系载荷值，求解出天平输出和载荷间的关系式。6.根据权利要求5所述的风洞天平体轴系静校方法，其特征在于，所述第二步骤进一步包括以下步骤：第二一步骤，计算天平体轴系和加载点的地轴系产生的夹角；第二二步骤，计算加载头与加载点的连线和地轴系之间的夹角；第二三步骤，利用上述计算得到的各个夹角，将地轴系上的载荷映射到体轴系上，计算每个方向上的力和力矩在天平体轴系各个方向上的分力，再将这些分力合成，实现三维坐标系转换。7.根据权利要求5所述的风洞天平体轴系静校方法，其特征在于，在第三步骤中，通过最小二乘拟合方法求解出天平输出和载荷间的关系式。8.根据权利要求6所述的风洞天平体轴系静校方法，其特征在于，所述第二步骤进一步包括以下步骤：第二零一步骤，测量各加载点到天平校心的距离；第二零二步骤，确定天平位移传感器的测点，并测量测点到天平校心距离；在第二一步骤中，天平体轴系与加载点的地轴系产生的夹角由测点到天平校心距离、相应的位移量计算得到。在第二二步骤，加载头与加载点的连线和地轴系之间的夹角由位置平移量、加载头与加载点之间连线的长度计算得到。2CN103616157A说明书1/4页风洞天平体轴系静校系统及方法技术领域[0001]本发明属于风洞测力天平校准领域，具体而言，本发明特别涉及一种风洞天平体轴系静校系统及方法。背景技术[0002]目前，风洞常规测力试验需要用风洞应变式天平来测量模型所受气动载荷的大小。在试验前，需要用天平校准系统来标定载荷与天平输出信号之间的关系，即模拟风洞中试验模型对天平的加载，对天平施加已知的力和力矩，求出已知力和力矩与天平输出的关系，即天平公式，并确定天平静校时的测量准度和精度。[0003]天平校准方法主要有两种：地轴系校准和体轴系校准。地轴系校准不考虑天平在加载过程中的受力变形，其结构简单，但存在许多问题，有无法消除的误差来源。现在一般都采用体轴系校准，体轴系则更加正确地模拟模型对天平的加载，而体轴方法中最常用的是复位法，即将天平体轴每次加载时复位到地轴系上，这种方法的机械和控制部分结构复杂，建设和维护成本高，而