一体式天平校准装置及校准方法与流程

本发明属于航空航天试验技术领域，具体涉及一种一体式应变天平校准装置及校准方法，该天平校准装置可实现应变天平在体轴系下的六分量加载，根据相应的校准方法可得到准确的天平校准公式。

背景技术：

天平校准过程是应变天平在风洞测力试验前最重要的过程，天平校准的目的是得到应变天平的吹风公式，因此，天平校准是评估应变天平性能的重要过程，天平校准架是测试中的重要装置。

一般而言，风洞测力装置常采用分体式结构，即分为测力天平，支杆等支撑结构件。针对小载荷应变天平或应用在小尺寸的风洞中的应变天平而言，这种分体式结构不再适用，此时，应采用测力天平与支杆的一体化设计方法。在校准过程中，分体式结构的测力天平需与试验用支杆配合安装后，再安装在校准架上，或者将天平与校准用标准支杆连接，再安装在校准架上，这两种常用的安装方式对校准架的尺寸均有一定的要求。而采用一体式设计的测力天平，测力天平与支杆是整体结构，尺寸更加小巧，对校准架的整体尺寸要求低。为实现一体式测力天平的校准，设计一种针对改天平的校准架是非常有意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种针对一体式天平的校准装置及其校准方法，提供了一套一体式测力天平的校准装置，同时给出了基于该校准架的校准方法，解决了一体式天平的校准问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种一体式天平校准装置，包括：

校准基座，其紧固连接在地面上；

多自由度调整台，其可拆卸连接在校准基座上；

天平立支架，其可拆卸连接在多自由度调整台的安装平面上；

一体式天平，其尾部等直段与天平立支架的圆孔配合，同时采用方键进行周向定位，并通过螺母ⅰ拉紧固定在天平立支架上；

加载套，其内具有与一体式天平前端锥部相配合的锥形孔，其通过锥形孔与一体式天平前端锥部匹配连接，并通过螺母ⅱ将一体式天平拉紧固定在加载套内；

三个加载立柱，其可拆卸连接在校准基座上，且分别位于加载套的两侧和一体式天平的轴向方向；

滑轮，其通过带有轻质轴承的滑轮连接杆固定在加载立柱的支撑板上；

轴向/侧向/偏航加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，加载线置于滑轮的走线槽内，且一端连接在加载套上，另一端连接轴向/侧向/偏航加载托盘，可实现轴向力、侧向力和偏航力矩的加载；

法向/俯仰/滚转加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，可实现法向力、俯仰力矩和滚转力矩的加载。

优选的是，所述多自由度调整台为六自由度调整台，其可实现轴向x，法向y，侧向z，偏航my，俯仰力矩mz，滚转力矩mx六个方向的调整。

优选的是，所述一体式天平将天平测量元件与支杆一体化设计，包括：前端螺纹段、前端锥部、轴向测量元件、法向/俯仰/侧向/偏航/滚转五分量测量元件、支杆段、尾部等直段。

优选的是，所述天平立支架的圆孔处有四个方键键槽，所述一体化天平可在周向四个位置，即0°，90°，180°和270°定位。

优选的是，所述滑轮连接杆与加载立柱采用螺纹连接，通过螺纹调节实现滑轮在水平方向的微调。

优选的是，所述天平立支架与多自由度调整台的安装平面的可拆卸连接方式为螺栓连接。

优选的是，所述天平立支架包括垂直连接的竖直支架和水平连接板；所述竖直支架的顶部设置有连接一体式天平尾部等直段的圆孔；所述水平连接板螺栓连接在多自由度调整台的安装平面上。

优选的是，三个所述加载立柱的顶部的支撑板内均设置有两个滑轮。

本发明还提供一种采用上述的一体化天平校准装置进行校准的方法，包括以下步骤：

步骤一、将天平立支架连接在多自由度调整台的安装平面上，将一体式天平连接在天平立支架上，将加载套连接在一体式天平上；同时将加载托盘连接在加载套上；

步骤二、调整多自由度调整台，确保与加载套连接的加载线的方向保持水平或竖直；

步骤三、根据加载要求选择单分量加载、两分量加载或综合加载；

步骤四、单分量加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘或法向/俯仰/滚转加载托盘中单个托盘或两个托盘中加载和卸载砝码，实现单分量加载；两分量加载或综合加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘或法向/俯仰/滚转加载托盘中的多个托盘加载和卸载特定载荷，实现两分量和综合加载；

步骤五、将一体化天平绕校准立支架的安装孔旋转180°，按照步骤四中加载过程重新加载和卸载；

步骤六、根据步骤四和步骤五中的加载表和天平输出结果，计算天平的校准公式。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明所述校准装置能实现一体化天平的校准工作，得到天平校准公式；(2)在校准过程中，将一体化天平绕天平立支架的安装孔旋转180°，可实现正法向方向和负法向方向的加载；(3)通过多自由度调整台和滑轮的调节，可实现不同载荷天平的位置调节和校准。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明一体化天平校准装置的结构示意图；

图2为本发明一体化天平的结构示意图；

图3为本发明天平立支架的结构示意图；

图4为本发明多自由度调整台与天平立支架的结构示意图；

图5为本发明加载立柱与加载套、滑轮、托盘的结构示意图；

图6为本发明加载套的结构示意图；

图7为本发明加载套的截面结构示意图；

图8为本发明加载托盘示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1～8示出了本发明提供了一种一体式天平校准装置，包括：

校准基座1，其紧固连接在地面上；

多自由度调整台2，其安装板21可拆卸连接在校准基座1上且与校准基座垂直；

天平立支架7，其可拆卸连接在多自由度调整台2的安装平面27上；

一体式天平6，其尾部等直段68与天平立支架7的圆孔74配合，同时采用方键67进行周向定位，并通过螺母ⅰ9拉紧固定在天平立支架7上；

加载套5，其内具有与一体式天平前端锥部62相配合的锥形孔55，其通过锥形孔与一体式天平前端锥部62匹配连接，并通过螺母ⅱ10将一体式天平拉紧固定在加载套5内；其中，加载套的加载臂上有直径0.4mm的走线槽51～54，用于加载线81的定位；

三个加载立柱3，其可拆卸连接在校准基座1上且与校准基座1垂直，且分别位于加载套5的两侧和一体式天平6的轴向方向；

滑轮4，其通过带有轻质轴承的滑轮连接杆42固定在加载立柱3的两个支撑板31之间；

轴向/侧向/偏航加载托盘801～806，其通过加载线81连接在加载套的走线槽52和53上，加载线置于滑轮的走线槽内，且一端连接在加载套上，另一端连接轴向/侧向/偏航加载托盘，可实现轴向力、侧向力和偏航力矩的加载；

法向/俯仰/滚转加载托盘807～810，其通过加载线81连接在加载套5的走线槽51和54上，可实现法向力、俯仰力矩和滚转力矩的加载。

在上述技术方案中，所述多自由度调整台2为六自由度调整台，其可实现轴向x，法向y，侧向z，偏航my，俯仰力矩mz，滚转力矩mx六个方向的调整，该六自由度调整台市售产品的任意一种。

在上述技术方案中，所述一体式天平6将天平测量元件与支杆一体化设计，包括：前端螺纹段61、前端锥部62、轴向测量元件64、法向/俯仰/侧向/偏航/滚转五分量测量元件63和65、支杆段66、尾部等直段68。

在上述技术方案中，所述天平立支架7的圆孔74处有四个方键键槽73，所述一体化天平可在周向四个位置，即0°，90°，180°和270°定位。

在上述技术方案中，所述滑轮连接杆42与加载立柱3的支撑板31采用螺纹连接，通过螺纹调节实现滑轮在水平方向的微调。

在上述技术方案中，所述天平立支架7与多自由度调整台2的安装平面27的可拆卸连接方式为螺栓连接，采用该连接方式，可以方便天平立支架在安装平面上的调整。

在上述技术方案中，所述天平立支架7包括垂直连接的竖直支架72和水平连接板71；所述竖直支架72的顶部设置有连接一体式天平尾部等直段68的圆孔74；所述水平连接板71螺栓连接在多自由度调整台2的安装平面27上。

在上述技术方案中，三个所述加载立柱的顶部的支撑板内均设置有两个滑轮，可同时施加力和力矩，且滑轮间距离可调整。

在上述技术方案中，所述加载套5上有加载线81的走线槽51～54，且走线槽的距离可根据加载载荷调整；所述加载套5的走线槽51～54分别与10个加载托盘801～810的加载线81连接。

本发明还提供一种采用上述的一体化天平校准装置进行校准的方法，包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，将天平立支架7连接在多自由度调整台2的安装平面上27，将一体式天平6连接在天平立支架7上，将加载套5连接在一体式天平6上；同时将加载托盘8连接在加载套上；

步骤二、调整多自由度调整台2，确保与加载套5连接的加载线81的方向保持水平或竖直；

步骤三、根据加载要求选择单分量加载、两分量加载或综合加载；

步骤四、单分量加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘801～806或法向/俯仰/滚转加载托盘807～810中单个托盘或两个托盘中加载和卸载砝码，实现单分量加载；两分量加载或综合加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘801～806或法向/俯仰/滚转加载托盘807～810中的多个托盘加载和卸载特定载荷，实现两分量和综合加载；

步骤五、将一体化天平6绕校准立支架的安装圆孔74旋转180°，按照步骤四中加载过程重新加载和卸载；

步骤六、根据步骤四和步骤五中的加载表和天平输出结果，计算天平的校准公式。

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领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，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。