一种适用于薄机翼高精度抱轴式铰链力矩天平的制作方法

1.本发明属于航空气动力风洞试验技术领域，尤其涉及一种适用于薄机翼高精度抱轴式铰链力矩天平。


背景技术：

2.铰链力矩天平主要用于测量作用在飞行器操纵面(副翼、方向舵、升降舵)或全动翼面(平尾，鸭翼)模型上的铰链力矩。铰链力矩天平具有因模型空间狭小，天平尺寸小；作用在操纵面上的空气动力载荷小，要求天平的灵敏度高；操纵面之间的连接要可靠，定位要准确等特点。现有铰链力矩天平结构形式有轴式多分量铰链力矩天平、三分量片式铰链力矩天平、抱轴式单分量铰链力矩天平。现有铰链力矩天平结构存在各自的弊端，片式天平需要机翼具备足够的刚度、否则机翼的变形会影响天平的输出，传统抱轴式天平对机翼空间要求较大，并且对舵面转轴的空间限制较多、其转轴不得凸出机翼表面等，并且存在试验件铰链力矩过大、天平抱紧力不足的风险等，因此这几种铰链力矩天平结构形式均不适用于薄机翼舵面铰链力矩的测量。


技术实现要素：

3.发明目的
4.为解决上述问题，本发明提供了一种适用于薄机翼高精度抱轴式铰链力矩天平，结合了片式天平、抱轴天平的优点、摒弃二者的技术缺陷，通过改进结构形式，既保留了抱轴式铰链力矩天平自身的优势，又避免了抱轴天平抱紧力不足的弊端，并且对空间要求更小，对转轴空间位置不再限制，适用范围更广。
5.发明技术解决方案
6.一种适用于薄机翼高精度抱轴式铰链力矩天平，包括一体式单分量抱轴式天平，一体式单分量抱轴式天平包括依次固定连接的天平固定端、弓形弹性梁、应变测量区域，应变测量区域与飞机待测舵面固定连接，飞机待测舵面与一体式单分量抱轴式天平连接一端转动连接在机翼上，天平固定端固定在机翼上。
7.优选的，飞机待测舵面与机翼通过球轴承转动连接。
8.优选的，天平固定端、弓形弹性梁、应变测量区域、飞机待测舵面为一体式结构。
9.优选的，弓形弹性梁厚度为0.7～1.5mm。
10.优选的，飞机待测舵面上设置有若干校准加载点，校准加载点为直径φ1mm的通孔，校准加载点的位置度误差需控制在0.02mm以内。
11.优选的，天平固定端的刚度大于应变测量区域的刚度。
12.优选的，天平固定端通过销与机翼固定连接。
13.优选的，应变测量区域的应变输出大于300με。
14.优选的，天平固定端、弓形弹性梁、应变测量区域、飞机待测舵面连接处圆滑过渡。
15.优选的，球轴承径向游隙小于10μm。
16.本发明的优点：
17.(1)一体抱轴式铰链力矩天平与飞机待测舵面整体加工，克服了传统抱轴式天平存在抱紧力不足的弊端及连接处安装应力的干扰，并且传统抱轴铰链力矩天平使用角度尺测量舵片角，存在人工误差，无法保证试验重复性。
18.(2)适用范围更广，对转轴空间位置不再限制。
19.(3)更换条件方便简单，不易损坏。
20.(4)天平所需尺寸空间小。
21.(5)抗干扰能力强，抑制机翼等安装面受载变形对天平的干扰输出。
附图说明
22.图1为传统抱轴式铰链力矩天平结构示意图。
23.图2为一体抱轴式铰链力矩天平安装示意图。
24.图3为一体抱轴式铰链力矩天平结构示意图。
25.图中：1抱轴式铰链力矩天平，2天平固定座，3机翼，4飞机待测舵面，5角度尺，6一体抱轴式铰链力矩天平，7球轴承，8轴承安装座，6-1天平固定端，6-2弓形弹性梁，6-3应变测量区域，9校准加载点，10轴承连接轴。
具体实施方式
26.本发明是通过如下技术方案予以实现的。
27.一种适用于薄机翼高精度抱轴式铰链力矩天平，包括一体式单分量抱轴式天平6，一体式单分量抱轴式天平6包括依次固定连接的天平固定端6-1、弓形弹性梁6-2、应变测量区域6-3，应变测量区域6-3与飞机待测舵面4固定连接，飞机待测舵面4与一体式单分量抱轴式天平6连接一端通过球轴承转动连接在机翼3上，飞机待测舵面4与一体式单分量抱轴式天平6连接一端设置有轴承连接轴10，轴承连接轴10起到与球轴承7连接的作用，与球轴承7过盈配合，机翼3上设置有轴承安装座8，球轴承安装在轴承安装座8上，球轴承7与轴承安装座8的组合可以将非测量力过滤，只将待测铰链力矩传递给天平，减少其他分量力与力矩的干扰输出。天平固定端6-1通过销固定在机翼3上并与机翼3精确定位，为了保证重复安装的精准度，天平固定端6-1与机翼3之间的配合面不得钳工修配。
28.天平固定端6-1、弓形弹性梁6-2、应变测量区域6-3、飞机待测舵面4为一体式结构且连接处圆滑过渡，防止应力集中对一体式单分量抱轴式天平6产生干扰输出。
29.弓形弹性梁6-2既能保证应变输出，又能减少机翼3变形对一体式单分量抱轴式天平6的干扰输出，弓形弹性梁6-2厚度为0.7～1.5mm，刚度必须足够的弱，这样，既能起消饶作用，防止薄机翼受载变形对天平的干扰输出，又能保证天平具备足够的有效输出。
30.飞机待测舵面4上设置有若干校准加载点9，校准加载点9为直径φ1mm的通孔，校准加载点9的位置度误差需控制在0.02mm以内。通过校准加载点9施加精确地载荷，可以求得一体式单分量抱轴式天平6载荷与电信号的关系式。
31.天平固定端6-1的刚度大于应变测量区域6-3的刚度。
32.应变测量区域6-3的平面度、粗糙度与常规应变天平要求一样，应变测量区域6-3的应变输出大于300με。
33.球轴承7起到过滤力的作用，为了防止其他分量对测量力矩的干扰，球轴承7应选用径向游隙小于10μm规格。
34.轴承安装座8起到固定球轴承7的作用，外形可以根据模型的外形尺寸设计，其刚度需大于一体式单分量抱轴式天平6刚度，防止受载变形对天平产生干扰输出，轴承安装座8与机翼3的安装配合面需机加完成，不得钳工修配，以便保证重复精度。
35.该铰链力矩天平的工作过程及原理：
36.该铰链力矩天平用于测量作用在飞行器操纵面(副翼、方向舵、升降舵)或全动翼面(平尾、鸭翼)模型上的铰链力矩。
37.工作过程：球轴承7、轴承安装座8安装到飞行器安装面(机翼3)上，然后将不同角度的一体抱轴式铰链力矩天平6(应变测量区域6-3与飞机待测舵面4之间成不同角度)安装到飞行器安装面(机翼3)上，安装后需检测整套结构是否存在间隙及摩擦力是否过大，检查间隙的方式有两个步骤：首先检测一体抱轴式铰链力矩天平6是否存在径向晃动，其次在球轴承7轴线处施加力，检测一体抱轴式铰链力矩天平是否有应变输出，其输出应小于一体抱轴式铰链力矩天平6满量程输出的1％；检查摩擦力的方法是松掉一体抱轴式铰链力矩天平6的天平固定端6-1的螺钉，测量一体抱轴式铰链力矩天平6是否可以绕着轴线自由转动。最后，通过更换不同舵片角的一体抱轴式铰链力矩天平6，实现不同角度的舵面测量。
38.原理：具有一定流速的空气作用在机翼3上，产生三个方向的力与力矩，传递给一体抱轴式铰链力矩天平6，因球轴承的约束，仅能在铰矩方向具有自由度，仅会测量出试验需要测量的铰链力矩。
39.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。