一种风洞天平加载装置的制作方法

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种风洞天平加载装置。

背景技术：

随着风洞试验任务越来越紧急、要求越来越精准，对天平加载检查越来越频繁、要求越来越精确。常规吊挂砝码的加载方法只能对升力、侧向力和轴向力进行加载，不能准确定位力的作用点，因而不能实现俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩的准确加载。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种风洞天平加载装置。

本发明的风洞天平加载装置包括倾斜仪、平台和加载体；

所述的平台的上表面设置有基准面ⅱ，倾斜仪放置在基准面ⅱ上，平台的上表面还设置有挡块，用于倾斜仪的滑动限位，避免倾斜仪掉落；平台的下表面设置有基准面ⅲ，平台的下表面还设置有卡块，用于将平台装卡在加载体的加载主体上；加载主体的上表面设置有与基准面ⅲ对应的基准面ⅰ，平台通过卡块装卡在加载主体上方后，基准面ⅲ与基准面ⅰ紧密贴合；

所述的加载体包括加载主体、左加载组件和右加载组件；加载主体为左右对称的三角形结构，左端伸出左加载端，右端伸出右加载端，中心设置有内锥孔，内锥孔内安装有锥套，天平锥体伸入锥套并通过垫片和螺栓拉紧固定，天平的后端固定连接支杆，支杆通过键定位后安装在校准架或风洞支撑系统上，支杆上设置有基准面ⅳ；加载主体上还开有用于减重的对称的异型孔；左加载端上安装有竖直向上的顶尖ⅰ，通过挂载在顶尖ⅰ上的左加载组件对天平进行加载；右加载端上安装有竖直向上的顶尖ⅱ，通过挂载在顶尖ⅱ上的右加载组件对天平进行加载；

所述的基准面ⅰ、基准面ⅱ、基准面ⅲ和基准面ⅳ均为水平的基准面；

所述的顶尖ⅰ的尖点、顶尖ⅱ的尖点、内锥孔的锥轴线和天平的轴线位于同一水平面上；内锥孔的锥轴线、天平的轴线和支杆的轴线同轴；

所述的风洞天平加载装置中的各部件均进行称重，并在部件上标注重量。

进一步地，所述的挡块包括位于平台上表面后方的挡块ⅰ、左侧的挡块ⅲ和右侧的挡块ⅱ；天平的攻角为正时，挡块ⅰ位于平台下表面的后方；天平的攻角为负时，拆除卡块，水平旋转180°后重新装卡，挡块ⅰ位于平台下表面的前方。

进一步地，所述的卡块包括位于平台下表面前方的卡块ⅰ、左侧的卡块ⅲ和右侧的卡块ⅱ；天平的攻角为正时，卡块ⅰ位于平台下表面的前方；天平的攻角为负时，拆除卡块，水平旋转180°后重新装卡，卡块ⅰ位于平台下表面的后方。

进一步地，所述的异型孔包括位于左侧的异型孔ⅰ和位于右侧的异型孔ⅱ。

进一步地，所述的左加载端上开有竖直的圆柱孔ⅰ，顶尖ⅰ下方的圆柱ⅰ与圆柱孔ⅰ通过柱面过盈配合的方式固定连接；右加载端上开有竖直的圆柱孔ⅱ，顶尖ⅱ下方的圆柱ⅱ与圆柱孔ⅱ通过柱面过盈配合的方式固定连接。

进一步地，所述的左加载组件包括吊环ⅰ、拉杆ⅰ和码盘ⅰ；吊环ⅰ的上部开有竖直的圆柱孔ⅲ，顶窝ⅰ的圆柱ⅲ与圆柱孔ⅲ通过柱面过盈配合固定，顶窝ⅰ扣在顶尖ⅰ的上方，吊环ⅰ的下部开有竖直的螺纹孔ⅲ；拉杆ⅰ为竖直的圆杆，拉杆ⅰ上端设置有螺杆ⅲ，拉杆ⅰ下端设置有螺杆ⅰ；码盘ⅰ的中心开有竖直的螺纹孔ⅰ；拉杆ⅰ上端通过螺杆ⅲ与螺纹孔ⅲ的螺纹配合固定安装在吊环ⅰ的下部，拉杆ⅰ下端通过螺杆ⅰ与螺纹孔ⅰ的螺纹配合固定安装码盘ⅰ；

所述的右加载组件包括吊环ⅱ、拉杆ⅱ和码盘ⅱ；吊环ⅱ的上部开有竖直的圆柱孔ⅳ，顶窝ⅱ的圆柱ⅳ与圆柱孔ⅳ通过柱面过盈配合固定，顶窝ⅱ扣在顶尖ⅱ的上方，吊环ⅱ的下部开有竖直的螺纹孔ⅳ；拉杆ⅱ为竖直的圆杆，拉杆ⅱ上端设置有螺杆ⅳ，拉杆ⅱ下端设置有螺杆ⅱ；码盘ⅱ的中心开有竖直的螺纹孔ⅱ；拉杆ⅱ上端通过螺杆ⅳ与螺纹孔ⅳ的螺纹配合固定安装在吊环ⅱ的下部，拉杆ⅱ下端通过螺杆ⅱ与螺纹孔ⅱ的螺纹配合固定安装码盘ⅱ；

所述的拉杆ⅰ和ⅱ的长度相同或者不相同。

进一步地，所述的码盘ⅰ和码盘ⅱ均为凹字形码盘，凹字形码盘的上表面为水平面，凹字形码盘的下表面周边设置有支脚。

进一步地，所述的吊环ⅰ、吊环ⅱ进行减重，上部开圆孔和下部开螺纹孔的位置按照开孔需要预留足够的厚度，其余部分在符合强度、刚度要求的前提下，尽量减薄。

本发明的风洞天平加载装置中的顶尖ⅰ的尖在顶窝ⅰ的窝内自由摆动，顶尖ⅱ的尖在顶窝ⅱ的窝内自由摆动。通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度，读取安装在平台上倾斜仪的角度，测量l3、l4，计算俯仰力矩、偏航力矩的力臂l1=l3+l5-l4，滚转力矩的力臂l2/2，在码盘ⅰ、码盘ⅱ施加相同或不同的载荷，就能够实现对天平的升力、轴向力、侧向力和俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩的准确加载。

本发明的风洞天平加载装置具有以下特点：

1.挡块的设置。平台上表面设置有挡块ⅰ、挡块ⅱ、挡块ⅲ，挡块ⅰ可以挡在倾斜仪前端面或后端面，挡块ⅱ、挡块ⅲ可以挡在倾斜倾斜仪左端面或右端面，在校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度以及对天平进行加载时，可以有效防止斜倾斜仪从平台上滑落。

2.卡块的设置。平台下表面设置有卡块ⅰ、卡块ⅱ、卡块ⅲ，卡块ⅰ可以将平台卡在加载主体前端面或后端面，卡块ⅱ、卡块ⅲ可以将平台卡在加载主体左端面或右端面，在校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度以及对天平进行加载时，可以有效防止平台从加载主体上滑落。

3.圆柱孔ⅰ、圆柱孔ⅱ、内锥孔的设置。加载主体内设置有圆柱孔ⅰ、圆柱孔ⅱ，用于安装顶尖ⅰ、顶尖ⅱ；加载主体内设置有内锥孔，用于安装锥套的前锥，锥套的内锥孔用于安装天平自由端的前锥，锥套可以使加载主体和天平自由端的前锥配合更好，通过垫片，用螺栓拉紧，这样就实现了天平和加载主体的可靠连接。

4.异型孔ⅰ、异型孔ⅱ的设置。异型孔ⅰ、异型孔ⅱ的设置，既保证了加载主体的强度和刚度，又减小了加载主体的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响，也便于安装。

5.吊环ⅰ与吊环ⅱ为“不等厚度”结构。“不等厚度”结构的含义是吊环ⅰ、吊环ⅱ进行减重，上部开圆孔和下部开螺纹孔的位置按照开孔需要预留足够的厚度，其余部分在符合强度要求的前提下，尽量减薄。“不等厚度”结构的优点在于：保障了吊环ⅰ与拉杆ⅰ、顶窝ⅰ的可靠连接以及吊环ⅱ与拉杆ⅱ、顶窝ⅱ的可靠连接；保证了吊环ⅰ、吊环ⅱ的强度和刚度；减小了加载体的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响。

6.码盘ⅰ与码盘ⅱ为凹字形码盘。凹字形码盘的优点在于：保障了码盘ⅰ与拉杆ⅰ的可靠连接以及码盘ⅱ与拉杆ⅱ的可靠连接；保证了码盘ⅰ、码盘ⅱ的强度和刚度；减小了加载体的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响；便于保证加载装置的施力状态。

7.拉杆ⅰ、拉杆ⅱ长度可以不一致。拉杆ⅰ、拉杆ⅱ长度不一致，即使在两个拉杆轴线之间距离较小的情况下，也可以同时在码盘ⅰ、码盘ⅱ上施加相对直径比较大的砝码，而两个码盘上的砝码却相不碰触，确保加载装置的施力状态。

本发明的风洞天平加载装置实现了对风洞天平力和力矩的准确加载，提高风洞天平加载检查准确性，特别是提高了力矩加载检查的工作效率，进一步提高了风洞试验数据的精准度。

附图说明

图1为本发明的风洞天平加载装置的主视图；

图2为本发明的风洞天平加载装置的俯视图；

图3为本发明的风洞天平加载装置的左视图；

图4为图1中的a的局部放大图；

图5为图4中的e-e的剖视图；

图6为图3中的b的局部放大图；

图7为图3中的c的局部放大图；

图8为本发明的风洞天平加载装置中的平台的主视图；

图9为本发明的风洞天平加载装置中的平台的俯视图；

图10为本发明的风洞天平加载装置中的平台的左视图；

图11为本发明的风洞天平加载装置中的加载主体的主视图；

图12为本发明的风洞天平加载装置中的加载主体的俯视图；

图13为本发明的风洞天平加载装置中的吊环ⅰ的主视图；

图14为本发明的风洞天平加载装置中的吊环ⅰ的俯视图；

图15为本发明的风洞天平加载装置中的吊环ⅱ的主视图；

图16为本发明的风洞天平加载装置中的吊环ⅱ的俯视图；

图17为本发明的风洞天平加载装置中的码盘ⅰ的主视图；

图18为本发明的风洞天平加载装置中的码盘ⅱ的主视图；

图19为本发明的风洞天平加载装置中的顶尖ⅰ的主视图；

图20为本发明的风洞天平加载装置中的顶尖ⅱ的主视图；

图21为本发明的风洞天平加载装置中的顶窝ⅰ的主视图；

图22为本发明的风洞天平加载装置中的顶窝ⅱ的主视图；

图23为本发明的风洞天平加载装置中的拉杆ⅰ的主视图；

图24为本发明的风洞天平加载装置中的拉杆ⅱ的主视图。

图中，1.倾斜仪2.平台3.加载主体4.天平5.支杆6.键7.拉杆ⅱ8.码盘ⅰ9.码盘ⅱ10.吊环ⅰ11.吊环ⅱ12.拉杆ⅰ13.顶尖ⅰ14.顶尖ⅱ15.顶窝ⅰ16.顶窝ⅱ17.垫片18.螺栓19.锥套20.基准面ⅰ21.基准面ⅱ22.基准面ⅲ23.基准面ⅳ24.挡块ⅰ25.挡块ⅱ26.挡块ⅲ27.卡块ⅰ28.卡块ⅱ29.卡块ⅲ30.内锥孔31.圆柱孔ⅰ32.圆柱孔ⅱ33.异型孔ⅰ34.异型孔ⅱ35.螺纹孔ⅰ36.螺纹孔ⅱ37.螺纹孔ⅲ38.螺纹孔ⅳ39.圆柱ⅰ40.圆柱ⅱ41.螺杆ⅰ42.螺杆ⅱ43.螺杆ⅲ44.螺杆ⅳ45.圆柱孔ⅲ46.圆柱孔ⅳ47.圆柱ⅲ48.圆柱ⅳ。

l1为顶尖ⅰ或顶尖ⅱ的轴线至天平校心的轴向距离；

l2为顶尖ⅰ的轴线与顶尖ⅱ的轴线之间的距离；

l3为天平端面至加载主体前端面的轴向距离；

l4为顶尖ⅰ或顶尖ⅱ的轴线至天平端面的轴向距离；

l5为天平端面至天平校心的轴向距离；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明的风洞天平加载装置已经成功用于校准间和风洞内天平的加载。

从图1～图5中可以看出：本发明的风洞天平加载装置是一个组合结构，上端是倾斜仪1，下面依次是平台2、加载体及锥套19。从图1～图7中可以看出：加载体由依次连接的码盘ⅰ8、拉杆ⅰ12、吊环ⅰ10、顶窝ⅰ15、顶尖ⅰ13、加载主体3、顶尖ⅱ14、顶窝ⅱ16、吊环ⅱ11、拉杆ⅱ7及码盘ⅱ9组成；天平4的自由端通过前锥和内锥孔30与加载主体3连接，通过垫片17，用螺栓18拉紧；天平4的固定端与支杆5的前端固定连接，支杆5的后端与校准架或风洞支撑系统固定连接；顶尖ⅰ13与顶尖ⅱ14、顶窝ⅰ15与顶窝ⅱ16、吊环ⅰ10与吊环ⅱ11、拉杆ⅰ12与拉杆ⅱ7、码盘ⅰ8与码盘ⅱ9对称布置在加载主体3的锥轴线两边；码盘ⅰ8通过螺纹孔ⅰ35、螺杆ⅰ41与拉杆ⅰ12固定连接；吊环ⅰ10通过螺纹孔ⅲ37、螺杆ⅲ43与拉杆ⅰ12固定连接；吊环ⅰ10通过圆柱孔ⅲ45、圆柱ⅲ47与顶窝ⅰ15固定连接；顶尖ⅰ13的尖在顶窝ⅰ15的窝内可以自由摆动；顶尖ⅰ13通过圆柱ⅰ39、圆柱孔ⅰ31与加载主体3固定连接；码盘ⅱ9通过螺纹孔ⅱ36、螺杆ⅱ42与拉杆ⅱ7固定连接；吊环ⅱ11通过螺纹孔ⅳ38、螺杆ⅳ44与拉杆ⅱ7固定连接；吊环ⅱ11通过圆柱孔ⅳ46、圆柱ⅳ48与顶窝ⅱ16固定连接；顶尖ⅱ14的尖在顶窝ⅱ16的窝内可以自由摆动；顶尖ⅱ14通过圆柱ⅱ40、圆柱孔ⅱ32与加载主体3固定连接；顶尖ⅰ13的尖点、顶尖ⅱ14的尖点、加载主体3的锥轴线、天平4的轴线在同一水平面上；加载主体3的锥、天平4的自由端锥、支杆5的后锥同轴；加载主体3的锥轴线、基准面ⅰ20、基准面ⅱ21、基准面ⅲ22、基准面ⅳ23平行；键6安装在支杆5后锥上，用于定位并防止支杆5与校准架或风洞支撑系统发生滚转；通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度，读取安装在平台2上倾斜仪1的角度，在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9施加相同或不同的载荷，就实现了对风洞天平的力和力矩的准确加载。

从图1、图2、图3、图4、图8、图9、图10中可以看出：平台2上面设置有挡块ⅰ24、挡块ⅱ25、挡块ⅲ26，挡块ⅰ24可以挡在倾斜仪1的前端面或后端面，挡块ⅱ25、挡块ⅲ26可以挡在倾斜倾斜仪1的左端面或右端面，在校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度以及对天平进行加载时，可以有效防止斜倾斜仪1从平台2上滑落。平台2下表面设置有卡块ⅰ27、卡块ⅱ28、卡块ⅲ29，卡块ⅰ27可以将平台2卡在加载主体3的前端面或后端面，卡块ⅱ28、卡块ⅲ29可以将平台2卡在加载主体3的左端面或右端面，在校准架或风洞支撑系统调整加载装置的角度以及对天平进行加载时，可以有效防止平台2从加载主体3上滑落。

从图11、图12中可以看出：加载主体3内设置有圆柱孔ⅰ31、圆柱孔ⅱ32，用于安装如图19、图20所示的顶尖ⅰ13、顶尖ⅱ14；加载主体3内设置有内锥孔30，用于安装锥套19的锥，锥套19的内锥孔30用于安装天平4自由端的前锥，锥套19可以使加载主体3和天平4自由端的前锥配合更好，通过垫片17，用螺栓18拉紧，这样就实现了天平4和加载主体3的可靠连接。

从图3、图5、图11、图12中可以看出：加载主体3内设置有异型孔ⅰ33、异型孔ⅱ34，这样的结构保证了加载主体3的强度和刚度，又减小了加载主体3的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响，也便于安装。

从图2、图3、图6、图7、图13、图14、图15、图16中可以看出：吊环ⅰ10与吊环ⅱ11为“不等厚度”结构，该结构的优点在于：吊环ⅰ10与吊环ⅱ11在与拉杆ⅰ12、顶窝ⅰ15及拉杆ⅱ7、顶窝ⅱ16的连接部位比较厚，保障了吊环ⅰ10与拉杆ⅰ12、顶窝ⅰ15的可靠连接以及吊环ⅱ11与拉杆ⅱ7、顶窝ⅱ16的可靠连接；从图13、图15中可以看出，吊环ⅰ10、吊环ⅱ11的上下、左右的梁宽度和高度不一致，这样的结构保证了吊环ⅰ10、吊环ⅱ11的强度和刚度；从图14、图15中可以看出，除了与如图23、图24所示的拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7，如图21、图22所示的顶窝ⅰ15、顶窝ⅱ16连接部位，其余部分比较薄，这样既保证了连接，又减小了加载体的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响。

从图17、图18中可以看出：码盘ⅰ8与码盘ⅱ9为凹字形结构，该结构的优点在于：码盘ⅰ8与码盘ⅱ9在与拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7连接部位比较厚，既保障了码盘ⅰ8与拉杆ⅰ12的可靠连接以及码盘ⅱ9与拉杆ⅱ7的可靠连接，又保障了码盘ⅰ8与码盘ⅱ9强度和刚度；码盘ⅰ8、码盘ⅱ9的放置砝码部分比较厚，中间部分被掏空，既保证了码盘ⅰ8、码盘ⅱ9的强度和刚度又减小了加载体的重量，降低了加载装置重量对加载结果的影响；与拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7连接部位在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9的最中间位置，加载时不便于观察该部位是否触碰地面或洞体。但是只要该部位的下表面高于码盘ⅰ8、码盘ⅱ9的最下表面，在螺纹孔ⅰ35、螺纹孔ⅱ36内安装好拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7后，只要拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7不突出连接部位的下表面，就能够确保加载装置不会触碰地面或洞体，更利于保证加载装置的施力状态。

从图1、图3中可以看出：拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7长度可以不一致。拉杆ⅰ12、拉杆ⅱ7长度不一致，即使在两个拉杆轴线之间距离较小的情况下，也可以同时在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上施加相对直径比较大的砝码，而两个码盘上的砝码却相不碰触，确保加载装置的施力状态。

本发明的风洞天平加载装置的加载过程如下：

a.进行升力、轴向力加载：

a1.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的滚转角度为0°；

a2.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的俯仰角度，读取安装在平台2上倾斜仪1的角度α1；

a3.在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上加载相同或不同载荷gⅰ、gⅱ；

a4.计算天平升力和轴向力的理论结果，升力为（gⅰ+gⅱ）×cosα1，轴向力为（gⅰ+gⅱ）×sinα1；

a5.通过包括载荷公式和弹性角公式在内的天平公式进行计算，并修正加载装置的影响量，得出天平升力和轴向力的测量结果；

a6.对比理论结果和测量结果，评估测量结果是否满足试验要求；

b.进行俯仰力矩加载：

b1.拆下螺栓18、垫片17；

b2.测量尺寸l3、l4；

b3.计算俯仰力矩的力臂l1，即l1=l3+l5-l4；

b4.安装垫片17、螺栓18；

b5.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的滚转角度为0°；

b6.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的俯仰角度，保持安装在平台2上倾斜仪1的角度为0°；

b7.在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上加载相同或不同载荷gⅲ、gⅳ；

b8.计算天平俯仰力矩的理论结果，俯仰力矩为（gⅲ+gⅳ）×l1；

b9.通过包括载荷公式和弹性角公式在内的天平公式进行计算，并修正加载装置的影响量，得出俯仰力矩的测量结果；

b10.对比理论结果和测量结果，评估测量结果是否满足试验要求；

c.进行滚转力矩加载：

c1.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的滚转角度为0°；

c2.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的俯仰角度，保持安装在平台2上倾斜仪1的角度为0°；

c3.在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上加载不同载荷gⅴ、gⅵ；

c4.计算滚转力矩的理论结果，滚转力矩为（gⅴ-gⅵ）×l2/2；

c5.通过包括载荷公式和弹性角公式在内的天平公式进行计算，并修正加载装置的影响量，得出滚转力矩的测量结果；

c6.对比理论结果和测量结果，评估天平测量结果是否满足试验要求；

d.进行侧向力加载

d1.拆除加载装置；

d2.通过校准架或风洞支撑系统调整，使基准面ⅳ23旋转90°；

d3.安装加载装置，保持基准面ⅰ20呈水平状态；

d4.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的滚转角度为0°；

d5.通过校准架或风洞支撑系统调整加载装置的俯仰角度，读取安装在平台2上倾斜仪1的角度α2；

d6.在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上加载相同或不同载荷gⅶ、gⅷ；

d7.计算侧向力的理论结果，侧向力为（gⅶ+gⅷ）×cosα2；

d8.通过包括载荷公式和弹性角公式在内的天平公式进行计算，并修正加载装置的影响量，得出天平侧向力的测量结果；

d9.对比理论结果和测量结果，评估测量结果是否满足试验要求；

e.进行偏航力矩加载：

e1.重复b5、b6；

e2.在码盘ⅰ8、码盘ⅱ9上加载相同或不同载荷gⅸ、gⅹ；

e3.计算偏航力矩的理论结果，偏航力矩为（gⅸ+gⅹ）×l1；

e4.通过包括载荷公式和弹性角公式在内的天平公式进行计算，并修正加载装置的影响量，得出天平偏航力矩的测量结果；

e5.对比理论结果和测量结果，评估天平测量结果是否满足试验要求，加载完成。

尽管本发明的实施方案已公开如上，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。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。