一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置的制作方法

1.本发明属于高超声速风洞试验测量技术领域，具体涉及一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置。


背景技术：

2.目前，高超声速技术被视为一种颠覆性技术，高超声速飞行器的研制成为研究热点。跨大气层飞行器、高超声速飞行器等在高速再入阶段，受高温气体效应的影响，迎风面会因气流强烈压缩而形成高温，为防止对飞行器造成严重破坏，必须采取必要的热防护措施，在迎风面上布置防热结构。防热结构烧蚀引起的飞行器气动外形变化将对飞行器的升阻特性、力矩特性和静动态稳定性等产生明显的影响，若飞行器的气动力参数预测不准确，尤其是如果滚转、俯仰力矩特性的预测出现偏差，会对飞行器的操纵性和稳定性产生非常显著的影响，可能导致落点散布大，甚至造成飞行器毁坏。因此，需要精确测量模型的气动力和力矩系数，但是，由于模型外形变化引起的俯仰力矩变化量很小，这就对俯仰力矩的高精度测量提出了更高的要求，而常规的杆式六分量天平无法保证较大法向载荷测量精度前提下，实现小俯仰力矩的高精度测量。
3.当前，发展了一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置。
5.本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特点是，所述的测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平；俯仰力矩测量天平包括活动端和固定端；活动端的前端为锥段，锥段与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端的主体为方形体，方形体的中心设置有若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁；固定端为朝向活动端的u型块，固定端固定在杆式六分量天平的前端；活动端的方形体位于固定端的u型块内，方形体与u型块之间设置有隔离缝隙；活动端的后端面为活动端限位端面，u型块上与活动端限位端面正对的前端面为固定端限位端面，活动端限位端面与固定端限位端面之间的隔离缝隙宽度为l；活动端的方形体与固定端的u型块之间通过转轴固定连接，转轴上安装有低摩擦机械轴承；转轴的中心轴线与若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁的中心轴线重合，转轴的中心点、若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁的中心点均与试验模型的压心重合。
6.进一步地，所述的低摩擦机械轴承为滚珠轴承。
7.进一步地，所述的活动端限位端面与固定端限位端面之间的隔离缝隙宽度l《2mm。
8.本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置中的若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁用于测量试验模型的小俯仰力矩。若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁的中心点
与试验模型的压心重合，能够减小由于不重合造成的附加力矩，在设计上能够尽量减小俯仰力矩测量梁上粘贴的俯仰力矩测量元的量程，精确测量俯仰力矩微小变化。同时，由于轴承不承受俯仰力矩载荷，能够通过轴承将俯仰力矩测量梁感受到的力矩传递给固定端。当俯仰力矩较大时，活动端发生较大偏转，活动端限位端面与固定端限位端面发生碰撞，阻碍活动端偏角继续增大，保护俯仰力矩测量梁不被破坏。
9.高超声速风洞试验时，将固定端及固定端之前的部件视为一个整体，承受气动载荷作用，通过杆式六分量天平测量模型气动力系数和力矩系数。
10.本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置具有以下特点：a.采用低摩擦机械轴承支撑试验模型，实现试验模型的低阻尼支撑；b.俯仰力矩系数的测量精度达10-6
量级，解决了小俯仰力矩高精度测量难题；c.采用前段弹性元件即俯仰力矩测量梁测量俯仰力矩，后段常规的杆式六分量天平测量其余五个分量气动力系数和力矩系数，在保证其余五个分量的测量精度的前提下，提高了小俯仰力矩的测量精度。
11.d.通过轴承将俯仰力矩测量梁感受到的力矩传递给固定端，通过活动端限位端面与固定端限位端面保护俯仰力矩测量梁不被破坏。
12.本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置结构可靠安全，俯仰力矩测量精度高，可推广应用于高超声速风洞高精度俯仰力矩测量试验。
附图说明
13.图1为本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置的立体图；图2为本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置的正视图；图3为本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置的俯视图；图4为本发明的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置的剖视图。
14.图中，1.活动端；2.转轴；3.低摩擦机械轴承；4.固定端；5.杆式六分量天平；6.俯仰力矩测量梁；7.活动端限位端面；8.固定端限位端面。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
16.实施例1如图1~图4所示，本实施例的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平5；俯仰力矩测量天平包括活动端1和固定端4；活动端1的前端为锥段，锥段与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端1的主体为方形体，方形体的中心设置有若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁6；固定端4为朝向活动端1的u型块，固定端4固定在杆式六分量天平5的前端；活动端1的方形体位于固定端4的u型块内，方形体与u型块之间设置有隔离缝隙；活动端1的后端面为活动端限位端面7，u型块上与活动端限位端面7正对的前端面为固定端限位端面8，活动端限位端面7与固定端限位端面8之间的隔离缝隙宽度为l；活动端1的方形体与固定端4的u型块之间通过转轴2固定连接，转轴2上安装有低
摩擦机械轴承3；转轴2的中心轴线与若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁6的中心轴线重合，转轴2的中心点、若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁6的中心点均与试验模型的压心重合。
17.进一步地，所述的低摩擦机械轴承3为滚珠轴承。
18.进一步地，所述的活动端限位端面7与固定端限位端面8之间的隔离缝隙宽度l《2mm。
19.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技术领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，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。


技术特征：
1.一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平（5）；俯仰力矩测量天平包括活动端（1）和固定端（4）；活动端（1）的前端为锥段，锥段与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端（1）的主体为方形体，方形体的中心设置有若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁（6）；固定端（4）为朝向活动端（1）的u型块，固定端（4）固定在杆式六分量天平（5）的前端；活动端（1）的方形体位于固定端（4）的u型块内，方形体与u型块之间设置有隔离缝隙；活动端（1）的后端面为活动端限位端面（7），u型块上与活动端限位端面（7）正对的前端面为固定端限位端面（8），活动端限位端面（7）与固定端限位端面（8）之间的隔离缝隙宽度为l；活动端（1）的方形体与固定端（4）的u型块之间通过转轴（2）固定连接，转轴（2）上安装有低摩擦机械轴承（3）；转轴（2）的中心轴线与若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁（6）的中心轴线重合，转轴（2）的中心点、若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁（6）的中心点均与试验模型的压心重合。2.根据权利要求1所述的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特征在于，所述的低摩擦机械轴承（3）为滚珠轴承。3.根据权利要求1所述的基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置，其特征在于，所述的活动端限位端面（7）与固定端限位端面（8）之间的隔离缝隙宽度l<2mm。

技术总结
本发明公开了一种基于机械轴承的高精度俯仰力矩测量装置。该测量装置包括俯仰力矩测量天平和杆式六分量天平；活动端与试验模型通过锥面配合方式固定连接；活动端的主体为方形体，中心设置有若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁；固定端为朝向活动端的U型块，固定端固定在杆式六分量天平的前端；方形体位于U型块内，两者之间设置有隔离缝隙；方形体与U型块之间通过安装有低摩擦机械轴承的转轴固定连接；转轴的中心点、若干根交叉排布的俯仰力矩测量梁的中心点均与试验模型的压心重合。该测量装置结构可靠安全，俯仰力矩测量精度高，可推广应用于高超声速风洞高精度俯仰力矩测量试验。于高超声速风洞高精度俯仰力矩测量试验。于高超声速风洞高精度俯仰力矩测量试验。


技术研发人员：郭雷涛 谢飞 崔炜栋 高祥天
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/3/8