一种用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平的制作方法

技术领域：

本实用新型属于空气动力学测量技术领域，具体涉及一种用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平。

背景技术：
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民用飞机在飞行过程中受到的阻力是影响运营成本的重要因素，因此在飞机风洞试验中对阻力参数的精确测量显得尤为重要。传统风洞天平设计时主要考虑各气动分量的设计匹配，往往会降低阻力元的灵敏度以实现较好的综合力学性能。但随着民机领域的快速发展，民机风洞试验中对重要参数的测量标准不断提高，特别针对阻力参数，传统天平设计思想已经无法满足高精度测试的需求，所以急需有针对性的研发和设计一种适用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平来应对需求。

技术实现要素：
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本实用新型为克服上述缺陷，提供了一种用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平，该高精度阻力天平通过对阻力应变梁结构，使阻力测量精度提高，结构干扰降低。

本实用新型采用的技术方案在于：一种用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平，包括：一体式结构的圆柱形天平本体，所述天平本体横向对称轴与纵向对称轴的交点为天平本体的中心，在中心处的左右两侧对称设有阻力应变梁，在每个阻力应变梁的上下任意一端设有阻力应变梁开缝，所述阻力应变梁开缝将阻力应变梁的一端与天平本体分离，使阻力应变梁形成t形结构。

优选地，所述阻力应变梁开缝由天平本体外壁向内水平延伸后再竖直向下延伸，所述阻力应变梁开缝纵截面整体呈倒置的l形。

优选地，所述阻力应变梁开缝间隙为1mm。

优选地，在阻力应变梁的一侧加工有阻力元件电桥布线孔，所述阻力元件电桥布线孔开设在天平体开缝与天平本体轴线的交汇处。

优选地，在阻力应变梁两侧由近及远依次分别设有等强度支撑梁、组合应变梁和锥面，且以天平本体中心对称设置，将位于阻力应变梁前端且按照由近及远的位置分布分别定义为前等强度支撑梁、前组合应变梁和前锥面，将位于阻力应变梁后端按照由近及远的位置分布分别定义为后等强度支撑梁、后组合应变梁和后锥面，在前等强度支撑梁和后等强度支撑梁之间倾斜开设有贯通的天平体开缝。

优选地，所述天平体开缝间隙为0.8mm。

优选地，在后锥面上加工有用来将天平本体与试验系统进行连接的天平安装楔键孔。

优选地，所述前组合应变梁与后组合应变梁均采用等强度分布的三柱梁式结构。

优选地，所述前等强度支撑梁和后等强度支撑梁均由五个支撑片组成，且等强度分布。

优选地，所述前锥面锥度为1:5，所述后锥面锥度为1:10。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用一体式结构，天平本体整体刚度好，而且不存在装配误差和装配应力的影响；

2、本实用新型通过阻力应变梁开缝将阻力应变梁一端与天平本体分开，使阻力应变梁形成t形结构，阻力应变梁的t形结构较传统应变梁而言，在保证较高灵敏度的同时具有更好的抗干扰性，而且对支撑梁也进行了优化设计，使结构尺寸达到最优匹配，测量灵敏度提高，应变梁和支撑梁的相互间干扰降低；

3、本实用新型结构空间设计合理，便于实施应变片粘贴和测试线路布置；

4、本实用新型提高了天平使用的稳定性和阻力测试灵敏度，具有结构间相互干扰较小，天平整体刚度较好，与相关试验件配合方式合理等优点。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的三维结构示意图；

图3为图1中a-a的剖视图；

图4为图1中b-b的剖视图；

图5为图1中c-c的剖视图；

其中：1前锥面、2前组合应变梁、3前等强度支撑梁、4阻力应变梁开缝、5后等强度支撑梁、6后组合应变梁、7后锥面、8天平体开缝、9阻力应变梁、10阻力原件电桥布线孔、11天平安装楔键孔、12中心柱梁、13侧柱梁。

具体实施方式：

如图1至图5所示，本实用新型为一种用于民机高速风洞试验的高精度阻力天平，包括：圆柱形的天平本体，该天平本体采用一体式结构，一体式结构不仅提高了天平本体的整体刚度，而且也避免了多零件在装配过程产生的装配误差与装配应力的问题。

所述天平本体横向对称轴与纵向对称轴的交点为天平本体的中心，在中心处左右对称设有阻力应变梁9，阻力应变梁9用于测试天平阻力。

在阻力应变梁9的上下任意一端设有阻力应变梁开缝4，所述阻力应变梁开缝4由天平本体外壁向内水平延伸后再竖直向下延伸，所述阻力应变梁开缝4纵截面整体呈倒置的l形，且两个阻力应变梁开缝4关于天平本体的横向轴线对称设置。本实施例以阻力应变梁开缝4开设在阻力应变梁9上方为例进行介绍，当阻力应变梁开缝4开设在阻力应变梁9下方时，可以取得同样的效果。所述阻力应变梁开缝4的间隙用于使阻力应变梁9的上端与天平本体分离，从而使阻力应变梁9形成t形结构，该间隙不宜过小，避免阻力应变梁9在载荷作用下因变形产生相碰，该间隙也不宜过大，尽可能提高周围结构的刚度，同时还要具备较好的加工特性，所以本实施例将该间隙设定为1mm。由于t型结构的阻力应变梁9为2个，且左右对称设置，较之阻力传统应变梁而言，由于在t型结构交叉处，对应力有个释放作用，在保证较好的灵敏度的同时，阻力应变梁9还应具有更好的抗干扰性能。

在阻力应变梁9两侧由近及远依次分别设有等强度支撑梁、组合应变梁和锥面，将位于阻力应变梁9前端按照由近及远的位置分布分别定义为前等强度支撑梁3、前组合应变梁2和前锥面1，将位于阻力应变梁9后端按照由近及远的位置分布分别定义为后等强度支撑梁5、后组合应变梁6和后锥面7。

所述前锥面1锥度为1:5，用于将试验模型与天平本体进行连接，通过螺钉将前锥面1进行锁紧。

所述后锥面7锥度为1:10，在后锥面7上加工有天平安装楔键孔11，所述天平安装楔键孔11的楔键孔锥度为1:6。通过天平安装楔键孔11将试验系统与天平本体实现锁紧。

所述前等强度支撑梁3和后等强度支撑梁5关于天平本体中心对称，在前等强度支撑梁3和后等强度支撑梁5之间倾斜开设有天平体开缝8，所述天平体开缝8被阻力应变梁9平分成两部分，天平体开缝8的前端开缝至前等强度支撑梁3处，天平体开缝8的后端开缝至后等强度支撑梁5处，天平体开缝8的作用是将天平分为承力端(天平本体的前端)和支撑端(天平本体的后端)两部分，使开缝间隙在载荷状态不相碰的前提下，尽量提高两部分自身的刚度，同时还要具备较好的加工特性，因此本实施例将天平体开缝8的开缝间隙设定为0.8mm。

所述前组合应变梁2和后组合应变梁6均采用等强度分布的三柱梁式结构，且结构相同，前组合应变梁2和后组合应变梁6关于天平本体中心对称。所述三主梁式结构包括位于天平主轴上的中心柱梁12和位于中心柱梁12两侧的对称设置的侧柱梁13，中心柱梁12和两个侧柱梁13的截面均为长方形，该结构用于试验模型的升力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩五个气动载荷的测量。

所述前等强度支撑梁3和后等强度支撑梁5均由五个支撑片组成，等强度分布，其结构关于天平本体中心对称，该结构为阻力的支撑梁，用于分担部分阻力载荷，降低阻力应变梁9的承受载荷，同时便于优化结构尺寸，其结构为等强度形式，好处在于当横向与纵向的干扰载荷施加到天平本体后，距离作用中心越远，承受的力矩越大，等强度梁同样距作用中心越远，承力截面积也越大，其结果是不同位置的支撑梁有着相同的结构应力，实现了应力的等强度分布，使结构在施加载荷后应力分布均匀，降低突变应力对测试灵敏度的影响。

在阻力应变梁9的一侧加工有阻力元件电桥布线孔10。

所述阻力元件电桥布线孔10开设在天平体开缝8与天平本体轴线的交汇处，用于将两个阻力元件测试电桥连接线的布置，阻力元件电桥布线孔10增加了布线空间，便于工作人员布线操作。

工作原理：

风洞应变天平是一种在风洞试验中将气动载荷转化为电信号，从而可以被直接测量的传感器设备，根据各气动载荷作用在结构体上产生结构应变的规律，来设计天平的应变敏感原件结构，使之在气动载荷作用下满足应变灵敏度的测量要求。本实施例主要分为两个应变结构部分，第一部分是t型结构的阻力应变梁9，其与前等强度支撑梁3、后等强度支撑梁5共同承受阻力，并根据刚度匹配原理，精确设计t型结构的阻力应变梁9的尺寸，使之满足实验测试灵敏度需求；第二部分是根据天平中心对称的前组合应变梁2和后组合应变梁6结构，根据材料力学原理，采用一个中心柱梁12和两个侧梁13，三个矩形截面形成的三柱梁结构，用于测量除阻力之外的其余五个气动分量。使用时，在成组对称分布的阻力应变梁9表面上按照一定规则粘贴应变片，再根据相应的测试要求，所述应变片组成相应的电桥，应变片电桥将天平承受载荷后产生的结构应变转化为电压信号，被信号采集系统直接采集；最后使用规定的计算方法，将采集到的电压信号转化为天平计算公式用以风洞试验。由于采用了t型结构的阻力应变梁9，使应变梁和支撑梁在轴向力检测时降低了相互间的干扰，进而提高了天平测量的灵敏度和使用的稳定性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。