專利名稱：一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種空氣動力測量裝置，特別是涉及一種應(yīng)用于脈沖風(fēng)洞的高靈 敏度滾轉(zhuǎn)力矩應(yīng)變天平，屬于測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在風(fēng)洞試驗過程中，測量模型上空氣動力載荷最常用的方法是利用天平系統(tǒng)。風(fēng) 洞啟動時作用在模型上的沖擊載荷會引起模型、天平及支撐系統(tǒng)振動，由于脈沖風(fēng)洞運行 時間短，振動信號通過測量元件連同氣動力一起被天平測量系統(tǒng)記錄下來，對氣動力的高 精度測量形成很大干擾。減小振動干擾的一種措施是將模型、天平及支撐系統(tǒng)的自振頻率 設(shè)計的非常高，用低通濾波器將振動信號濾去。為了提高天平的自振頻率，需要將天平的剛 性設(shè)計的非常高，這樣一來天平元件在氣動載荷作用下的變形減小，測量信號的輸出隨之 減小，給信號的高精度采集帶來很大困難。采用粘貼半導(dǎo)體壓電片的方式可以提高信號的 輸出，但半導(dǎo)體壓電片嚴(yán)重的溫度效應(yīng)給靜校和使用帶來嚴(yán)重困難。對一般的模型來說滾 轉(zhuǎn)力矩是個小量，要想得到足夠大的輸出信號以精確測量滾轉(zhuǎn)力矩，勢必要減小測量元件 的剛度，使測量元件在滾轉(zhuǎn)力矩作用下的變形增大，但減小剛度又不利于排除干擾。因此需 要在滾轉(zhuǎn)力矩天平結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，在保證天平元件整體剛度足夠大的情況下盡量增加測量元 件在滾轉(zhuǎn)力矩作用下的變形。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輸出大、抗干擾能 力強，大大減小了脈沖風(fēng)洞啟動時沖擊載荷產(chǎn)生的振動信號對滾轉(zhuǎn)力矩分量的干擾，顯著 提高滾轉(zhuǎn)力矩的測量精度的單分量籠式滾轉(zhuǎn)力矩應(yīng)變天平。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，為整體結(jié)構(gòu)， 包括錐頭結(jié)構(gòu)、籠式結(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)，籠式結(jié)構(gòu)兩端分別與錐頭結(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)連接， 錐頭結(jié)構(gòu)連接模型，圓柱體結(jié)構(gòu)與風(fēng)洞支桿連接，其中籠式結(jié)構(gòu)為空心環(huán)，空心環(huán)中間部分 加工有支撐梁和4個彈性梁，彈性梁在空心環(huán)圓周上呈90°均勻分布，將空心環(huán)圓周分割 成4段圓弧，在4段圓弧上等數(shù)量均勻加工支撐梁。所述的支撐梁和彈性梁沿籠式結(jié)構(gòu)空心環(huán)的周向尺寸小于沿徑向尺寸。所述的彈性梁沿籠式結(jié)構(gòu)空心環(huán)沿徑向尺寸小于支撐梁沿籠式結(jié)構(gòu)空心環(huán)沿徑 向尺寸。所述的彈性梁上下方向上各粘貼有一個應(yīng)變片。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本實用新型采用籠式結(jié)構(gòu)，整體剛度大，自振頻率高，便于通過濾波消除脈沖 風(fēng)洞啟動時沖擊載荷造成的振動信號，大大降低了沖擊載荷的干擾；(2)本實用新型籠式結(jié)構(gòu)受滾轉(zhuǎn)力矩作用時的剛度遠小于其它氣動力分量作用時 的剛度，抵抗其它氣動力分量干擾的能力強，同時在結(jié)構(gòu)上保證了彈性梁產(chǎn)生足夠大的變形，提高了信號輸出；(3)本實用新型彈性梁和支撐梁沿空心環(huán)的周向尺寸小于沿徑向尺寸，在滾轉(zhuǎn)力 矩作用下變形輸出大，在法向力、俯仰力矩、側(cè)向力、偏航力矩及軸向力作用下變形小，大大 降低了其它分量對滾轉(zhuǎn)力矩的干擾；(4)本實用新型采用在彈性梁上粘貼應(yīng)變片的方式測量變形，與半導(dǎo)體壓電片相 比，輸出信號受溫度變化影響大大降低；(5)本實用新型提高了整體剛度，在保證滾轉(zhuǎn)力矩分量使天平元件產(chǎn)生足夠大的 彈性變形的基礎(chǔ)上，顯著降低了脈沖風(fēng)洞啟動時振動信號的干擾，大幅度提高了滾轉(zhuǎn)力矩 的測量精度；(6)本實用新型整體剛度大，抵抗振動干擾能力強，特別適用于脈沖風(fēng)洞氣動力試 驗滾轉(zhuǎn)力矩的測量。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖IA-A方向側(cè)視圖；圖3為本實用新型籠式結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型應(yīng)變片連接示意圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本實用新型為一整體結(jié)構(gòu)，包括錐頭結(jié)構(gòu)1、籠式結(jié)構(gòu)2和圓柱體結(jié) 構(gòu)3，籠式結(jié)構(gòu)2兩端分別與錐頭結(jié)構(gòu)1和圓柱體結(jié)構(gòu)3連接。帶限位槽的錐頭結(jié)構(gòu)1連接 模型，圓柱體結(jié)構(gòu)3與風(fēng)洞支桿連接。天平中部直徑最大的實體中切出均勻分布的支撐梁21，水平與垂直的兩條直徑的 末端是彈性梁22。支撐梁21與彈性梁22均沿徑向指向梁所在圓面的中心，梁的分布沿水 平及垂直方向?qū)ΨQ。支撐梁21圍成的環(huán)面的內(nèi)部空心，以達到減小滾轉(zhuǎn)力矩需要克服的剛 度的目的，稱之為籠式結(jié)構(gòu)?；\式結(jié)構(gòu)2如圖3所示，為空心環(huán)，空心環(huán)中間部分加工有支撐梁21和4個彈性 梁22，彈性梁22在空心環(huán)圓周上呈90°均勻分布，將空心環(huán)圓周分割成4段圓弧，在4段 圓弧上均勻加工數(shù)量和尺寸相同的支撐梁21。支撐梁21和彈性梁22沿籠式結(jié)構(gòu)2空心環(huán)的周向尺寸小于沿徑向尺寸。彈性梁22沿籠式結(jié)構(gòu)2空心環(huán)沿徑向尺寸小于支撐梁21沿籠式結(jié)構(gòu)2空心環(huán)沿 徑向尺寸。彈性梁22上下方向上各粘貼有一個應(yīng)變片23。工作原理支撐梁21的數(shù)量與尺寸由強度計算及變形計算決定。彈性梁22受滾轉(zhuǎn)力矩作 用時發(fā)生彎曲變形，彈性梁22的抗彎剛度小，變形易發(fā)生；受法向力、俯仰力矩、側(cè)向力及 偏航力矩作用時發(fā)生拉壓變形，彈性梁22的拉壓剛度大，變形不易發(fā)生。彈性梁22上如 圖3中在a h的位置粘貼應(yīng)變片23，應(yīng)變片連接方式見圖4，II、IV為供橋電壓輸入，I、 III端為電壓信號輸出，當(dāng)天平受到滾轉(zhuǎn)力矩作用時彈性梁22發(fā)生彈性變形，應(yīng)變片23將彈性梁22的變形程度線性轉(zhuǎn)換成電信號；當(dāng)天平受到法向力、俯仰力矩、側(cè)向力及偏航力 矩作用時，由于支撐梁在這些力作用方向上的剛度遠大于彈性梁，支撐梁21分擔(dān)了大部分 載荷，彈性梁22幾乎不發(fā)生變形，從而達到減小其它氣動力分量對滾轉(zhuǎn)力矩測量干擾的效 果。同時由于天平整體剛度大，自振頻率高，脈沖風(fēng)洞啟動時沖擊載荷引起的天平元件的振 動信號與模型支撐系統(tǒng)的振動信號得到分離，便于過濾振動干擾。支撐梁與彈性梁的兩端 是大剛度的實體，一端是帶限位鍵槽的錐頭，連接模型用，一頭是連接支桿的圓柱體。這樣 就完成了籠式單分量滾轉(zhuǎn)力矩應(yīng)變天平元件。 本實用新型如圖本實用新型未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，其特征在于為整體結(jié)構(gòu)，包括錐頭結(jié)構(gòu)(1)、籠式結(jié)構(gòu)(2)和圓柱體結(jié)構(gòu)(3)，籠式結(jié)構(gòu)(2)兩端分別與錐頭結(jié)構(gòu)(1)和圓柱體結(jié)構(gòu)(3)連接，錐頭結(jié)構(gòu)(1)連接模型，圓柱體結(jié)構(gòu)(3)與風(fēng)洞支桿連接，其中籠式結(jié)構(gòu)(2)為空心環(huán)，空心環(huán)中間部分加工有支撐梁(21)和4個彈性梁(22)，彈性梁(22)在空心環(huán)圓周上呈90°均勻分布，將空心環(huán)圓周分割成4段圓弧，在4段圓弧上等數(shù)量均勻加工支撐梁(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，其特征在于所述的支 撐梁(21)和彈性梁(22)沿籠式結(jié)構(gòu)(2)空心環(huán)的周向尺寸小于沿徑向尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，其特征在于所述 的彈性梁(22)沿籠式結(jié)構(gòu)(2)空心環(huán)沿徑向尺寸小于支撐梁(21)沿籠式結(jié)構(gòu)(2)空心環(huán) 沿徑向尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，其特征在于所述的彈 性梁(22)上下方向上各粘貼有一個應(yīng)變片(23)。
專利摘要一種籠式單分量滾動力矩應(yīng)變天平，為整體結(jié)構(gòu)，包括錐頭結(jié)構(gòu)、籠式結(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)，籠式結(jié)構(gòu)兩端分別與錐頭結(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)連接，錐頭結(jié)構(gòu)連接模型，圓柱體結(jié)構(gòu)與風(fēng)洞支桿連接，其中籠式結(jié)構(gòu)為空心環(huán)，空心環(huán)中間部分加工有支撐梁和4個彈性梁，彈性梁在空心環(huán)圓周上呈90°均勻分布，將空心環(huán)圓周分割成4段圓弧，在4段圓弧上等數(shù)量均勻加工支撐梁。本實用新型采用籠式結(jié)構(gòu)，整體剛度大，自振頻率高，便于通過濾波消除脈沖風(fēng)洞啟動時沖擊載荷造成的振動信號，大大降低了沖擊載荷的干擾；本實用新型籠式結(jié)構(gòu)受滾轉(zhuǎn)力矩作用時的剛度遠小于其它氣動力分量作用時的剛度，抵抗其它氣動力分量干擾的能力強，同時在結(jié)構(gòu)上保證了彈性梁產(chǎn)生足夠大的變形，提高了信號輸出。
文檔編號G01M9/04GK201637562SQ201020141568
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者劉家驊, 宮建, 曾憲政, 畢志獻, 陳星 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院