一种五分量压电式“双天平”静态标定装置的制作方法

本发明属于传感、测控领域，特别应用于飞行器模型风洞实验。本装置可对一种五分量压电式“双天平”进行标定，即X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz。

背景技术：

风洞试验是地面模拟航空航天飞行器空气动力特性的主要手段之一，风洞天平是测量风洞试验中作用在模型上气动载荷的主要测量设备。静态标定是依据天平标定原理，利用天平标定装置，按照一定的标定方法，建立天平测量信号与所受气动载荷关系的过程，即获取天平公式和天平其他性能参数的过程。风洞天平静态标定关系到天平应用中模型气动数据测量的精准度，所以，对天平进行静态标定尤为重要。

在标定过程中，为了给天平施加载荷，需要设计静态标定加载装置。传统的单分量人工砝码加载装置需要在天平上安装一种特殊设计的砝码加载机构，尽管其方法准确，但是，将传统的单分量人工砝码加载装置应用到现有天平标定时，考虑到本标定系统标定载荷大，有大质量砝码，其标定过程较繁琐，劳动强度较大，标定周期较长并且可能产生系统误差的环节多。

为了克服单分量人工砝码加载装置的缺点，本静态标定装置采用液压油缸加载。本装置结构较简单，系统误差源较少，具有标定效率较高、标定精度高和易实现大量程输出等优点。此外，针对标定对象：大型天平，设计的标定台结构简单且满足标定装置中固有频率和刚度要求。

随着国防事业的发展和先进的高速飞行器试验的迫切需要,设计一种适用于测试对象几何尺寸大、重量大、气动载荷大且测量精度高、动态性能好的五分量压电式“双天平”，并对其进行静态标定以获得天平的特性参数，对飞行器风洞天平发展具有重要意义。

技术实现要素：

本发明解决了测试对象大、重量大和气动载荷大的多维力测量的大型天平标定的关键与难点问题，设计了一种可实现X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz五分量压电式双天平的标定平台，为获取天平性能指标提供了有效手段。

本发明的技术方案：

一种五分量压电式“双天平”静态标定装置，标定架为梯形结构，其由下连接板2、中间连接板3与上连接板4焊接而成，中间连接板3布置有三角形和矩形加强筋，标定架的四角处均设置移动升降脚轮1；固定凸台7通过六角头螺栓与上连接板4连接，固定凸台7平面上有螺纹孔；天平底座10上开四个矩形长槽，每个矩形长槽安放两个压电式三向力传感器12，共安放八个压电式三向力传感器12；天平底座10开有通孔，与固定凸台7通过沉头内六角圆柱头螺钉连接；两个天平上盖11通过双头螺柱与八个压电式三向力传感器12、天平底座10连接即形成两个独立的测力天平，天平的总高度高于天平底座10，两个天平关于Y轴对称；

X向固定基座Ⅰ5和X向固定基座Ⅱ16关于Y轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，X向固定基座Ⅰ5上装有X向液压油缸Ⅰ6、X向标准力传感器Ⅰ8和X向加载接头Ⅰ9，X向液压油缸Ⅰ6与X向固定基座Ⅰ5通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，X向标准力传感器Ⅰ8与X向液压油缸Ⅰ6通过螺杆连接，X向加载接头Ⅰ9与X向标准力传感器Ⅰ8螺纹连接；X向固定基座Ⅱ16上装有X向液压油缸Ⅱ15、X向标准力传感器Ⅱ14和X向加载接头Ⅱ13，X向液压油缸Ⅱ15与X向固定基座Ⅱ16通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，X向标准力传感器Ⅱ14与X向液压油缸Ⅱ15通过螺杆连接，X向加载接头Ⅱ13与X向标准力传感器Ⅱ14螺纹连接；加载接头分圆锥和螺纹杆两种，X向固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起；

Y向固定基座Ⅰ17和Y向固定基座Ⅱ21关于X轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，Y向固定基座Ⅰ17上装有Y向液压油缸Ⅰ18、Y向标准力传感器Ⅰ19和Y向加载接头Ⅰ20，Y向液压油缸Ⅰ18与Y向固定基座Ⅰ17通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Y向标准力传感器Ⅰ19与Y向液压油缸Ⅰ18通过螺杆连接，Y向加载接头Ⅰ20与Y向标准力传感器Ⅰ19螺纹连接；Y向固定基座Ⅱ21上装有Y向液压油缸Ⅱ22、Y向标准力传感器Ⅱ23和Y向加载接头Ⅱ24，Y向液压油缸Ⅱ22与Y向固定基座Ⅱ21通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Y向标准力传感器Ⅱ23与Y向液压油缸Ⅱ22通过螺杆连接，Y向加载接头Ⅱ24与Y向标准力传感器Ⅱ23螺纹连接，加载接头分圆锥和螺纹杆两种，固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起。

Z向固定基座Ⅰ28和Z向固定基座Ⅱ32关于Y轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，Z向固定基座Ⅰ28上装有Z向液压油缸Ⅰ25、Z向标准力传感器Ⅰ26和Z向加载接头Ⅰ27，Z向液压油缸Ⅰ25与Z向固定基座Ⅰ28通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Z向标准力传感器Ⅰ26与Z向液压油缸Ⅰ25通过螺杆连接，Z向加载接头Ⅰ27与Z向标准力传感器Ⅰ26螺纹连接；Z向固定基座Ⅱ32上装有Z向液压油缸Ⅱ31、Z向标准力传感器Ⅱ30和Z向加载接头Ⅱ29，Z向液压油缸Ⅱ31与Z向固定基座Ⅱ32通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Z向标准力传感器Ⅱ30与Z向液压油缸Ⅱ31通过螺杆连接，Z向加载接头Ⅱ29与Z向标准力传感器Ⅱ30螺纹连接，加载接头分圆锥和螺纹杆两种，固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起。在上连接板4的中间位置布置有键和普通平键形通孔，其中，每个键都通过沉头内六角圆柱头螺钉与上连接板4固定连接。

天平的X、Y和Z方向力加载通过X、Y和Z向液压油缸Ⅰ和液压油缸Ⅱ实现，X、Y和Z向加载接头Ⅰ和加载接头Ⅱ选用螺纹杆(圆锥形)时即进行拉力(压力)阶梯加载；天平的俯仰力矩My加载通过Z向液压油缸Ⅰ25和Z向液压油缸Ⅱ31实现，一个加载接头为圆锥接头，另一个为螺纹杆接头，使加载的力大小相等、方向相反，实现俯仰力矩阶梯加载；天平的偏航力矩Mz加载通过Y向液压油缸Ⅰ18和Y向液压油缸Ⅱ22实现，Y向加载接头Ⅰ20和Y向加载接头Ⅱ24同时对天平施加拉力(或压力)，使所加载的力大小相等、方向相反，实现偏航力矩阶梯加载。

本发明的有益效果：实现了对“双天平”的X方向力Fx(阻力)、Y方向力Fy(偏航力)、Z方向力Fz(升力)、俯仰力矩My和偏航力矩Mz的标定，精确获得了评价天平性能的静态性能指标。

附图说明

图1为五分量压电式“双天平”标定台结构示意图。

图2为X向力加载结构示意图。

图中：1移动升降脚轮；2下连接板；3中间连接板；4上连接板；5X向固定基座Ⅰ；6X向液压油缸Ⅰ；7固定凸台；8X向标准力传感器Ⅰ；9X向加载接头Ⅰ；10天平底座；11天平上盖；12压电式三向力传感器；13X向加载接头Ⅱ；14X向标准力传感器Ⅱ；15X向液压油缸Ⅱ；16X向固定基座Ⅱ；17Y向固定基座Ⅰ；18Y液压油缸Ⅰ；19Y向标准力传感器Ⅰ；20Y向加载接头Ⅰ；21Y向固定基座Ⅱ；22Y向液压油缸Ⅱ；23Y向标准力传感器Ⅱ；24Y向加载接头Ⅱ；25Z向液压油缸Ⅰ；26Z向标准力传感器Ⅰ；27Z向加载接头Ⅰ；28Z向固定基座Ⅰ；29Z向加载接头Ⅱ；30Z向标准力传感器Ⅱ；31Z向液压油缸Ⅱ；32Z向固定基座Ⅱ。

具体实施方式

结合技术方案和附图，具体说明其实施方式：一种五分量压电式“双天平”静态标定装置，标定架为梯形结构，其由下连接板2、中间连接板3与上连接板4焊接而成，中间连接板3布置有三角形和矩形加强筋；标定底座的四角处均设置移动升降脚轮1；固定凸台7通过六角头螺栓与上连接板4连接，固定凸台7平面上有螺纹孔；天平底座10上开四个矩形长槽，每个矩形长槽安放两个压电式三向力传感器12，共安放八个压电式三向力传感器12；天平底座10开有通孔，与固定凸台7通过沉头内六角圆柱头螺钉连接；两个天平上盖11通过双头螺柱与八个压电式三向力传感器12、天平底座10连接即形成两个独立的测力天平，天平的总高度高于天平底座10，目的是将载荷全部作用在两个天平上，防止分载，两个天平关于Y轴对称。

X向固定基座Ⅰ5和X向固定基座Ⅱ16关于Y轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，X向固定基座Ⅰ5上装有X向液压油缸Ⅰ6、X向标准力传感器Ⅰ8和X向加载接头Ⅰ9，X向液压油缸Ⅰ6与X向固定基座Ⅰ5通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，X向标准力传感器Ⅰ8与X向液压油缸Ⅰ6通过螺杆连接，X向加载接头Ⅰ9与X向标准力传感器Ⅰ8螺纹连接；X向固定基座Ⅱ16上装有X向液压油缸Ⅱ15、X向标准力传感器Ⅱ14和X向加载接头Ⅱ13，X向液压油缸Ⅱ15与X向固定基座Ⅱ16通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，X向标准力传感器Ⅱ14与X向液压油缸Ⅱ15通过螺杆连接，X向加载接头Ⅱ13与X向标准力传感器Ⅱ14螺纹连接，加载接头分圆锥和螺纹杆两种，X向固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起。

Y向固定基座Ⅰ17和Y向固定基座Ⅱ21关于X轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，Y向固定基座Ⅰ17上装有Y向液压油缸Ⅰ18、Y向标准力传感器Ⅰ19和Y向加载接头Ⅰ20，Y向液压油缸Ⅰ18与Y向固定基座Ⅰ17通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Y向标准力传感器Ⅰ19与Y向液压油缸Ⅰ18通过螺杆连接，Y向加载接头Ⅰ20与Y向标准力传感器Ⅰ19螺纹连接；Y向固定基座Ⅱ21上装有Y向液压油缸Ⅱ22、Y向标准力传感器Ⅱ23和Y向加载接头Ⅱ24，Y向液压油缸Ⅱ22与Y向固定基座Ⅱ21通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Y向标准力传感器Ⅱ23与Y向液压油缸Ⅱ22通过螺杆连接，Y向加载接头Ⅱ24与Y向标准力传感器Ⅱ23螺纹连接，加载接头分圆锥和螺纹杆两种，固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起。

Z向固定基座Ⅰ28和Z向固定基座Ⅱ32关于Y轴对称，通过六角头螺栓固定于上连接板4，Z向固定基座Ⅰ28上装有Z向液压油缸Ⅰ25、Z向标准力传感器Ⅰ26和Z向加载接头Ⅰ27，Z向液压油缸Ⅰ25与Z向固定基座Ⅰ28通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Z向标准力传感器Ⅰ26与Z向液压油缸Ⅰ25通过螺杆连接，Z向加载接头Ⅰ27与Z向标准力传感器Ⅰ26螺纹连接；Z向固定基座Ⅱ32上装有Z向液压油缸Ⅱ31、Z向标准力传感器Ⅱ30和Z向加载接头Ⅱ29，Z向液压油缸Ⅱ31与Z向固定基座Ⅱ32通过沉头内六角圆柱头螺钉连接，Z向标准力传感器Ⅱ30与Z向液压油缸Ⅱ31通过螺杆连接，Z向加载接头Ⅱ29与Z向标准力传感器Ⅱ30螺纹连接，加载接头分圆锥和螺纹杆两种，固定基座与其下方的键过盈配合，其中键与上连接板4通过沉头内六角圆柱头螺钉固定在一起。在上连接板4的中间位置布置有键和普通平键形通孔，其中，每个键都通过沉头内六角圆柱头螺钉与上连接板4固定连接，此目的是能将“双天平”与单天平互换，实现标定装置的多功能作用。

天平的X、Y和Z方向力加载通过X、Y和Z向液压油缸Ⅰ和液压油缸Ⅱ实现，X、Y和Z向加载接头Ⅰ和加载接头Ⅱ选用螺纹杆(圆锥形)时即进行拉力(压力)阶梯加载；天平的俯仰力矩My加载通过Z向液压油缸Ⅰ25和Z向液压油缸Ⅱ31实现，一个加载接头为圆锥接头，另一个为螺纹杆接头，使加载的力大小相等、方向相反，实现俯仰力矩阶梯加载；天平的偏航力矩Mz加载通过Y向液压油缸Ⅰ18和Y向液压油缸Ⅱ22实现，Y向加载接头Ⅰ20和Y向加载接头Ⅱ24同时对天平施加拉力(或压力)，使所加载的力大小相等、方向相反，实现偏航力矩阶梯加载。

虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明所给出的技术特征和范围的情况下，对技术所作的增加及本领域一些同样内容的替换，均应属于本发明的保护范围。