一种用于喷流试验的六分量环式应变天平及使用方法与流程

1.本发明属于风洞试验技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于喷流试验的六分量环式应变天平。


背景技术：

2.喷流反作用控制(reaction control system，简称“rcs”)具有反应快、基本不受飞行高度限制等优点，越来越多地应用于大过载、高机动性的飞行器控制。喷流与来流的相互干扰会对飞行器的气动特性造成严重的影响。因此，在飞行器气动外形设计之初，必须开展相关研究工作，获得喷流的干扰特性，为控制系统设计提供准确的输入条件。
3.轨控喷流一般布置在飞行器的质心附近，喷流流量较大，要求要有足够的空间用于布置喷流管路。因此，难以将天平布置在缩比之后的飞行器质心之后。天平远离质心布置要求必须能够承受较大的俯仰力矩。
4.目前，喷流测力试验方法主要有两种：一是喷管与模型主体之间留有一定宽度的缝隙(一般为0.5mm左右)，天平测得的量值为模型气动力和喷流干扰量，不测量喷流推力；二是喷管与模型直接固连，天平同时测量、模型气动力、喷流推力和喷流干扰量。目前常用的是第一种方法。为避免喷管与模型发生碰撞影响测量结果，要求天平必须具有较大的刚度。
5.与此同时，为提高机动性，要求飞行器要有较小的轴向力(阻力)、较大的法向力(升力)，天平各测量元的设计载荷相差较大。
6.本发明针对一种细长体外形喷流试验，提出了一种小轴向力、大法向力、大俯仰力矩、大刚度的环式应变天平结构形式。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
8.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于喷流试验的六分量环式应变天平，包括：
9.模型端，其上设置有调平平台；
10.轴向测力元件，其整体加工在所述模型端的后端，所述轴向测力元件的后端整体加工有连接段，所述连接段的后端整体加工有五分量测量元件，所述五分量测量元件的后端整体加工有固定端。
11.优选的是，其中，所述模型端的前端面均匀布置有六个螺钉孔，所述调平平台的左右对称面两侧对称布置有两个用于连接调平块的螺钉孔。
12.优选的是，其中，所述轴向测力元件包括两个对称设置的矩形测量区域，两个矩形测量区域的前端之间加工有贯通六分量环式应变天平两侧的隔离槽ⅰ，两个矩形测量区域的后端之间加工有贯通六分量环式应变天平两侧的隔离槽ⅱ；
13.所述矩形测量区域内加工有两组上下对称的支撑片组件，每组支撑片组件包括三个交错设置的支撑片；两个支撑片组件之间整体加工有回形梁，回形梁的两侧分别加工有连接梁，所述连接梁的外侧设置有消扰槽。
14.优选的是，其中，所述连接段靠近轴向测量元件的左右两侧分别设置有走线槽ⅰ，所述走线槽ⅰ的后端设置有走线环ⅰ，所述走线环ⅰ的后端设置有四个轴向走向的走线槽ⅱ，且四个走线槽ⅱ在走线环ⅰ周向方向上均匀排布，所述走线槽ⅱ与五分量测量元件连通。
15.优选的是，其中，所述五分量测量元件为四梁柱结构，四根测量梁呈环形均匀排布；
16.所述五分量测量元件的后端依次设置有走线槽ⅲ和走线环ⅱ，所述走线槽ⅲ和走线环ⅱ的尺寸分别与走线槽ⅱ和走线环ⅰ的尺寸对应相等。
17.优选的是，其中，所述固定端的左右两侧分别设置有走线槽ⅳ，所述固定端靠近五分量测量元件处均匀设置有四个扇形槽，在扇形槽靠近固定端的端面一侧均匀设置有四个通孔；
18.所述固定端上设置有左右对称的键槽，所述模型端的前端面外侧和固定端的后端面内侧分别设置有倒角。
19.优选的是，其中，所述调平平台表面与六分量环式应变天平上下对称面的平行度小于0.01。
20.一种用于喷流试验的六分量环式应变天平的使用方法，包括以下步骤：
21.步骤一、将六分量环式应变天平与通气支杆用四颗螺钉连接；
22.步骤二、将调平块安装到六分量环式应变天平的天平平台上，调整校准机构直到调平块上表面达到水平；
23.步骤三、将调平块拆除；
24.步骤四、将加载套筒与六分量环式应变天平用六颗螺钉连接；
25.步骤五、安装加载头，按照标准步骤完成六分量环式应变天平校准，并给出校准系数；
26.步骤六、将加载头拆除；
27.步骤七、将六分量环式应变天平与支杆组合体安装到风洞试验段中；
28.步骤八、按照风洞相关操作规程完成各项准备工作，开展试验，直至试验全部完成。
29.本发明至少包括以下有益效果：本发明采用轴向测力元件与其他五分量测量元件串联的布局方式，在保证六分量环式应变天平有足够刚度的前提下，确保了各分量的测量灵敏度，整体结构较为简单，便于加工。
30.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
31.图1为本发明提供的用于喷流试验的六分量环式应变天平的正面结构示意图；
32.图2为六分量环式应变天平俯视结构示意图；
33.图3为六分量环式应变天平的轴测图；
34.图4为六分量环式应变天平轴向测力元件的矩形测量区域结构示意图；
35.图5为六分量环式应变天平固定端的端面结构示意图；
36.图6为六分量环式应变天平模型端的端面结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
38.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
39.需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.如图1-6所示：本发明的一种用于喷流试验的六分量环式应变天平，包括：
43.模型端1，其上设置有调平平台2，模型端1长度为28.5mm，调平平台2长度为15mm，调平平台2与六分量环式应变天平上下对称面的平行度小于0.01，距离为16.5mm；
44.轴向测力元件3，其整体加工在所述模型端1的后端，所述轴向测力元件3的后端整体加工有连接段4，所述连接段的后端整体加工有五分量测量元件5，所述五分量测量元件5的后端整体加工有固定端6，固定端6外径为34mm，长度为31.5mm；整个六分量环式应变天平外径为39mm，内径为20mm。
45.工作原理：本发明提供的用于喷流试验的六分量环式应变天平，设置的模型端1用于连接安装加载套筒和加载头，调平平台2用于安装调平块，用于对六分量环式应变天平进行调平；轴向测力元件3用于测量六分量环式应变天平的轴向力，五分量测量元件5用于测量六分量环式应变天平的法向力；固定端6用于将六分量环式应变天平与通气支杆连接固定。本发明采用轴向测力元件与其他五分量测量元件串联的布局方式，在保证六分量环式应变天平有足够刚度的前提下，确保了各分量的测量灵敏度，使得六分量环式应变天平适用于小轴向力、大法向力、大俯仰力矩和大刚度的风洞试验，并且整体结构较为简单，便于加工。为提高六分量环式应变天平的整体刚度，在试验装置整体空间允许和保证其他五分量测量元件具有适当灵敏度的情况下，尽量增大模型端1、连接段4和固定端6的长度，以及
五分量测量元件5的结构尺寸。
46.在上述技术方案中，所述模型端1的前端面均匀布置有六个规格为m4的螺钉孔，螺钉孔深度为15mm，模型端1通过六颗螺钉孔连接固定加载套；所述调平平台2的左右对称面两侧对称布置有两个用于连接调平块的m4螺钉孔，螺钉孔深度为6mm。
47.在上述技术方案中，所述轴向测力元件3包括两个对称设置的矩形测量区域31，矩形测量区域31的底部距离六分量环式应变天平外边缘2.2mm，两个矩形测量区域31的前端之间加工有贯通六分量环式应变天平两侧的隔离槽ⅰ32，两个矩形测量区域31的后端之间加工有贯通六分量环式应变天平两侧的隔离槽ⅱ33，隔离槽ⅰ32和隔离槽ⅱ33的宽度均为1mm；
48.所述矩形测量区域31内加工有两组上下对称的支撑片组件34，每组支撑片组件34包括三个交错设置的支撑片341，相邻两个支撑片341的同侧边缘距离1mm，相邻两个支撑片341的间距为0.5mm；两个支撑片组件34之间整体加工有回形梁35，回形梁35宽度为4mm，高度为.5mm，回形梁35的两侧分别加工有连接梁36，所述连接梁36的外侧设置有消扰槽37，消扰槽37与回形梁35的距离为0.8mm，消扰槽37长度14mm，宽为0.5mm。矩形测量区域31中所有尖角处均采用圆角过渡。交错布置的支撑片341提高了轴向测力元件3的结构刚度，消扰槽37的设置减小了俯仰力矩对轴向力的干扰。
49.在上述技术方案中，所述连接段4靠近轴向测量元件3的左右两侧分别设置有走线槽ⅰ41，走线槽ⅰ41长度均为6mm，所述走线槽ⅰ41的后端设置有外径为34mm的走线环ⅰ42，走线环ⅰ42宽度为5mm；所述走线环ⅰ42的后端设置有四个轴向走向的走线槽ⅱ43，且四个走线槽ⅱ43在走线环ⅰ42周向方向上均匀排布，走线槽ⅱ43宽度为6mm，所述走线槽ⅱ43与五分量测量元件5连通。
50.在上述技术方案中，所述五分量测量元件5为四梁柱结构，四根测量梁51呈环形均匀排布；
51.所述五分量测量元件5的后端依次设置有走线槽ⅲ52和走线环ⅱ53，所述走线槽ⅲ52和走线环ⅱ53的尺寸分别与走线槽ⅱ43和走线环ⅰ42的尺寸对应相等。
52.在上述技术方案中，所述固定端6的左右两侧分别设置有宽度为6mm的走线槽ⅳ61，所述固定端6靠近五分量测量元件5处均匀设置有四个扇形槽62，扇形槽62底部距离六分量环式应变天平的轴线11mm，扇形半角为20
°
，长度为18mm，在扇形槽62靠近固定端的端面一侧均匀设置有四个直径4.5mm的通孔63；
53.所述固定端6上设置有左右对称的键槽64，键槽64宽度为3mm，深度为10mm，高度为2.6mm，所述模型端1的前端面外侧和固定端6的后端面内侧分别设置有2mm倒角。
54.一种用于喷流试验的六分量环式应变天平的使用方法，包括以下步骤：
55.步骤一、将六分量环式应变天平与通气支杆用四颗螺钉连接；
56.步骤二、将调平块安装到六分量环式应变天平的天平平台上，调整校准机构直到调平块上表面达到水平；
57.步骤三、将调平块拆除；
58.步骤四、将加载套筒与六分量环式应变天平用六颗螺钉连接；
59.步骤五、安装加载头，按照标准步骤完成六分量环式应变天平校准，并给出校准系数；
60.步骤六、将加载头拆除；
61.步骤七、将六分量环式应变天平与支杆组合体安装到风洞试验段中；
62.步骤八、按照风洞相关操作规程完成各项准备工作，开展试验，直至试验全部完成。
63.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
64.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。