专利名称：一种笼式单分量滚动力矩应变天平的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气动力测量装置，特别是涉及一种应用于脉冲风洞的高灵 敏度滚转力矩应变天平，属于测量设备技术领域。
背景技术：
在风洞试验过程中，测量模型上空气动力载荷最常用的方法是利用天平系统。风 洞启动时作用在模型上的冲击载荷会引起模型、天平及支撑系统振动，由于脉冲风洞运行 时间短，振动信号通过测量元件连同气动力一起被天平测量系统记录下来，对气动力的高 精度测量形成很大干扰。减小振动干扰的一种措施是将模型、天平及支撑系统的自振频率 设计的非常高，用低通滤波器将振动信号滤去。为了提高天平的自振频率，需要将天平的刚 性设计的非常高，这样一来天平元件在气动载荷作用下的变形减小，测量信号的输出随之 减小，给信号的高精度采集带来很大困难。采用粘贴半导体压电片的方式可以提高信号的 输出，但半导体压电片严重的温度效应给静校和使用带来严重困难。对一般的模型来说滚 转力矩是个小量，要想得到足够大的输出信号以精确测量滚转力矩，势必要减小测量元件 的刚度，使测量元件在滚转力矩作用下的变形增大，但减小刚度又不利于排除干扰。因此需 要在滚转力矩天平结构上创新，在保证天平元件整体刚度足够大的情况下尽量增加测量元 件在滚转力矩作用下的变形。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种输出大、抗干扰能 力强，大大减小了脉冲风洞启动时冲击载荷产生的振动信号对滚转力矩分量的干扰，显著 提高滚转力矩的测量精度的单分量笼式滚转力矩应变天平。本实用新型的技术解决方案是一种笼式单分量滚动力矩应变天平，为整体结构， 包括锥头结构、笼式结构和圆柱体结构，笼式结构两端分别与锥头结构和圆柱体结构连接， 锥头结构连接模型，圆柱体结构与风洞支杆连接，其中笼式结构为空心环，空心环中间部分 加工有支撑梁和4个弹性梁，弹性梁在空心环圆周上呈90°均勻分布，将空心环圆周分割 成4段圆弧，在4段圆弧上等数量均勻加工支撑梁。所述的支撑梁和弹性梁沿笼式结构空心环的周向尺寸小于沿径向尺寸。所述的弹性梁沿笼式结构空心环沿径向尺寸小于支撑梁沿笼式结构空心环沿径 向尺寸。所述的弹性梁上下方向上各粘贴有一个应变片。本实用新型与现有技术相比有益效果为(1)本实用新型采用笼式结构，整体刚度大，自振频率高，便于通过滤波消除脉冲 风洞启动时冲击载荷造成的振动信号，大大降低了冲击载荷的干扰；(2)本实用新型笼式结构受滚转力矩作用时的刚度远小于其它气动力分量作用时 的刚度，抵抗其它气动力分量干扰的能力强，同时在结构上保证了弹性梁产生足够大的变形，提高了信号输出；(3)本实用新型弹性梁和支撑梁沿空心环的周向尺寸小于沿径向尺寸，在滚转力 矩作用下变形输出大，在法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩及轴向力作用下变形小，大大 降低了其它分量对滚转力矩的干扰；(4)本实用新型采用在弹性梁上粘贴应变片的方式测量变形，与半导体压电片相 比，输出信号受温度变化影响大大降低；(5)本实用新型提高了整体刚度，在保证滚转力矩分量使天平元件产生足够大的 弹性变形的基础上，显著降低了脉冲风洞启动时振动信号的干扰，大幅度提高了滚转力矩 的测量精度；(6)本实用新型整体刚度大，抵抗振动干扰能力强，特别适用于脉冲风洞气动力试 验滚转力矩的测量。
图1为本实用新型结构示意图；图2为图IA-A方向侧视图；图3为本实用新型笼式结构示意图；图4为本实用新型应变片连接示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型为一整体结构，包括锥头结构1、笼式结构2和圆柱体结 构3，笼式结构2两端分别与锥头结构1和圆柱体结构3连接。带限位槽的锥头结构1连接 模型，圆柱体结构3与风洞支杆连接。天平中部直径最大的实体中切出均勻分布的支撑梁21，水平与垂直的两条直径的 末端是弹性梁22。支撑梁21与弹性梁22均沿径向指向梁所在圆面的中心，梁的分布沿水 平及垂直方向对称。支撑梁21围成的环面的内部空心，以达到减小滚转力矩需要克服的刚 度的目的，称之为笼式结构。笼式结构2如图3所示，为空心环，空心环中间部分加工有支撑梁21和4个弹性 梁22，弹性梁22在空心环圆周上呈90°均勻分布，将空心环圆周分割成4段圆弧，在4段 圆弧上均勻加工数量和尺寸相同的支撑梁21。支撑梁21和弹性梁22沿笼式结构2空心环的周向尺寸小于沿径向尺寸。弹性梁22沿笼式结构2空心环沿径向尺寸小于支撑梁21沿笼式结构2空心环沿 径向尺寸。弹性梁22上下方向上各粘贴有一个应变片23。工作原理支撑梁21的数量与尺寸由强度计算及变形计算决定。弹性梁22受滚转力矩作 用时发生弯曲变形，弹性梁22的抗弯刚度小，变形易发生；受法向力、俯仰力矩、侧向力及 偏航力矩作用时发生拉压变形，弹性梁22的拉压刚度大，变形不易发生。弹性梁22上如 图3中在a h的位置粘贴应变片23，应变片连接方式见图4，II、IV为供桥电压输入，I、 III端为电压信号输出，当天平受到滚转力矩作用时弹性梁22发生弹性变形，应变片23将弹性梁22的变形程度线性转换成电信号；当天平受到法向力、俯仰力矩、侧向力及偏航力 矩作用时，由于支撑梁在这些力作用方向上的刚度远大于弹性梁，支撑梁21分担了大部分 载荷，弹性梁22几乎不发生变形，从而达到减小其它气动力分量对滚转力矩测量干扰的效 果。同时由于天平整体刚度大，自振频率高，脉冲风洞启动时冲击载荷引起的天平元件的振 动信号与模型支撑系统的振动信号得到分离，便于过滤振动干扰。支撑梁与弹性梁的两端 是大刚度的实体，一端是带限位键槽的锥头，连接模型用，一头是连接支杆的圆柱体。这样 就完成了笼式单分量滚转力矩应变天平元件。 本实用新型如图本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求一种笼式单分量滚动力矩应变天平，其特征在于为整体结构，包括锥头结构(1)、笼式结构(2)和圆柱体结构(3)，笼式结构(2)两端分别与锥头结构(1)和圆柱体结构(3)连接，锥头结构(1)连接模型，圆柱体结构(3)与风洞支杆连接，其中笼式结构(2)为空心环，空心环中间部分加工有支撑梁(21)和4个弹性梁(22)，弹性梁(22)在空心环圆周上呈90°均匀分布，将空心环圆周分割成4段圆弧，在4段圆弧上等数量均匀加工支撑梁(21)。
2.根据权利要求1所述的一种笼式单分量滚动力矩应变天平，其特征在于所述的支 撑梁(21)和弹性梁(22)沿笼式结构(2)空心环的周向尺寸小于沿径向尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的一种笼式单分量滚动力矩应变天平，其特征在于所述 的弹性梁(22)沿笼式结构(2)空心环沿径向尺寸小于支撑梁(21)沿笼式结构(2)空心环 沿径向尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种笼式单分量滚动力矩应变天平，其特征在于所述的弹 性梁(22)上下方向上各粘贴有一个应变片(23)。
专利摘要一种笼式单分量滚动力矩应变天平，为整体结构，包括锥头结构、笼式结构和圆柱体结构，笼式结构两端分别与锥头结构和圆柱体结构连接，锥头结构连接模型，圆柱体结构与风洞支杆连接，其中笼式结构为空心环，空心环中间部分加工有支撑梁和4个弹性梁，弹性梁在空心环圆周上呈90°均匀分布，将空心环圆周分割成4段圆弧，在4段圆弧上等数量均匀加工支撑梁。本实用新型采用笼式结构，整体刚度大，自振频率高，便于通过滤波消除脉冲风洞启动时冲击载荷造成的振动信号，大大降低了冲击载荷的干扰；本实用新型笼式结构受滚转力矩作用时的刚度远小于其它气动力分量作用时的刚度，抵抗其它气动力分量干扰的能力强，同时在结构上保证了弹性梁产生足够大的变形，提高了信号输出。
文档编号G01M9/04GK201637562SQ201020141568
公开日2010年11月17日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者刘家骅, 宫建, 曾宪政, 毕志献, 陈星 申请人:中国航天空气动力技术研究院