一种风洞天平弹性角自动校准机构的制作方法

1.本实用新型涉及风洞天平技术领域，尤其涉及一种风洞天平弹性角自动校准机构。


背景技术：

2.风洞天平是风洞测量实验中最重要的测量装置，用于测量作用在模型上的空气动力载荷(力和力矩)的大小、方向与作用点，所以，风洞天平测量的精准度直接影响着风洞试验数据的精准度高低。
3.风洞天平测量的精准度是通过天平校准来标定的，天平校准分为静态校准和动态校准两种，静态校准中传统砝码加载采用单级加载，即将砝码由上至下，逐次增加砝码块数，以达到离散的目标载荷，这种加载方式的加载灵活性较差，不能快速稳定的加载到目标载荷，同时存在校准效率底、校准成本高等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种风洞天平弹性角自动校准机构，其目的是提高风洞内天平及其支撑装置弹性角校准的效率和质量，突破传统模式下利用人工加载砝码进行风洞天平弹性角校准效率低、校准成本高等缺点。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种风洞天平弹性角自动校准机构，包括承力块、过渡接头、支撑平台、倾角水平陀螺仪、ccd位移传感器以及电动缸；
7.所述承力块设置于所述支撑平台上，且所述承力块可于所述支撑平台上旋转，所述承力块的端面外露于所述支撑平台，并与所述过渡接头固定连接；所述电动缸固定设置于所述承力块上，用于改变所述承力块的俯仰角、滚转角以及偏航角；所述倾角水平陀螺仪设置于所述承力块顶部，用于测量所述承力块的俯仰角与滚转角，所述ccd位移传感器设置于所述承力块的顶部，用于获取所述承力块的偏航角。
8.优选地，所述电动缸包括第一翻滚电动缸、第二翻滚电动缸、第一偏航电动缸、第二偏航电动缸以及俯仰电动缸；其中，所述第一翻滚电动缸、所述第二翻滚电动缸以及所述俯仰电动缸均沿竖直方向设置于所述承力块上，所述第一偏航电动缸和所述第二偏航电动缸均沿横向方向设置于所承力块上。
9.优选地，所述支撑平台上设置有凹槽和固定件，当所述承力块设置于所述凹槽时，所述固定件将所述承力块固定在所述支撑平台上，且所述承力块可于所述凹槽内转动。
10.优选地，所述固定件包括翻盖、铰链以及夹钳，所述翻盖和所述夹钳对称设置在所述凹槽的顶部，且所述翻盖通过所述铰链固定在所述支撑平台上；当所述承力块设置于所述凹槽时，所述翻盖通过所述夹钳固定在所述承力块的上表面。
11.优选地，还包括升降平台，所述支撑平台的底部设置于所述升降平台的上表面。
12.优选地，所述升降平台的下表面设置有万向轮。
13.优选地，所述升降平台上还设置有扶手。
14.优选地，所述承力块的竖直切面处还设置有滚转角校准机构，所述滚转角校准机构包括底板、卡板、固定块以及手轮，所述底板的底部固定设置于所述升降平台的上表面，所述底板的顶部设置有滑动槽，所述卡板的底部设置于所述滑动槽内；所述固定块固定安装在所述底板的顶部，且所述固定块上开设有螺孔；所述手轮上固定设置有螺杆，所述螺杆贯穿所述螺孔与所述卡板固定连接；当旋转所述手轮时，所述卡板于所述滑动槽内滑动，当所述卡板与所述承力块接触时，所述卡板靠近所述承力块的表面与所述承力块的水平切面贴合。
15.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
16.1、具备滚转角方向、俯仰角方向以及偏航角方向自由度，不仅提高了加载过程的灵活性，还极大的降低了测试过程的复杂度，提升了工作效率；
17.2、设置有滚转角校准机构，保证测量过程的准确性。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
19.图1为本实用新型自动校准机构的结构示意图；
20.图2为本实用新型自动校准机构的结构示意图；
21.图3为本实用新型自动校准机构的俯视图；
22.图4为本实用新型偏航角测量原理图；
23.图5为本实用新型滚转角校准机构的结构示意图。
24.附图中标记及对应的零部件名称：
25.1、升降平台；2、万向轮；3、扶手；4、水平面板；5、承力块；6、过渡接头；7、第一翻滚电动缸；8、第二翻滚电动缸；9、第一偏航电动缸；10、第二偏航电动缸；11、俯仰电动缸；12、翻盖；13、夹钳；14、倾角水平陀螺仪；15、底座；16、卡板；17、固定块；18、手轮；19、竖直面板；20、支撑平台。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
27.实施例1
28.一种风洞天平弹性角自动校准机构，如图1和图2所示，包括承力块5、过渡接头6、支撑平台20、倾角水平陀螺仪14、ccd位移传感器以及电动缸；其中，承力块5设置于支撑平台20上，且承力块5可于支撑平台20上旋转，承力块5的端面外露于支撑平台20，并与过渡接头6固定连接；电动缸固定设置于承力块5上，用于改变承力块5的俯仰角、滚转角以及偏航角；倾角水平陀螺仪14设置于承力块5的顶部，用于测量承力块5的俯仰角与滚转角；ccd位移传感器设置于承力块5的顶部，用于获取承力块5的偏航角。
29.具体地，在本实施例中，如图3所示，支撑平台20包括两个结构相同且对称设置的
左支撑平台和右支撑平台，同时为了对承力块5进行支撑和固定，支撑平台20上设置有用于放置承力块5的圆形凹槽和固定承力块5的固定件，当承力块5设置于支撑平台20上时，固定件对其进行限位和固定。其中，本实施例所说的固定件包括翻盖12、铰链以及夹钳13，翻盖12和夹钳13对称设置在凹槽顶部的两端，且翻盖12通过铰链(图中未画出)固定在支撑平台20上；当承力块5放置于凹槽内时，承力块5的两端面外露于支撑平台20，且翻盖12通过夹钳13固定在承力块5的上表面。
30.值得说明的是，由于在获取承力块5的滚转角时，承力块5会发生转动，为了顺利获取承力块5的滚转角，可以将凹槽的尺寸设置为稍大于位于凹槽内的承力块5尺寸，或增大翻盖12的尺寸，以减小翻盖12作用于承力块5上的作用力。
31.进一步地，在本实施例中，过渡接头6的一端通过螺栓固定在承力块5的一端面，过渡接头6的另一端与风洞天平连接，用于实现自动校准机构与风洞天平的连接。
32.进一步地，为了改变承力块5的俯仰角、滚转角和偏航角，以及为了获取滚转方向力矩、俯仰方向力矩以及偏航方向力矩，本实施例中的电动缸包括第一翻滚电动缸7、第二翻滚电动缸8、第一偏航电动缸9、第二偏航电动缸10以及俯仰电动缸11，如图1和图2所示，其中，第一翻滚电动缸7、第二翻滚电动缸8以及俯仰电动缸11均沿竖直方向设置于承力块5上，第一偏航电动缸9和第二偏航电动缸10均沿横向方向设置于承力块5上。同时为了准确的获取承力块5的俯仰角、滚转角以及偏航角，在承力块5的顶部设置有一与水平面平行的水平面板4，倾角水平陀螺仪14和ccd位移传感器均设置于该水平面板4上。具体地，当第一翻滚电动缸7和第二翻滚电动缸8作用时，第一翻滚电动缸7和第二翻滚电动缸8带动承力块5于凹槽内翻转，从而提供滚转方向力矩，同时倾角水平陀螺仪14获取翻转过程中的滚转角；当第一翻滚电动缸7、第二翻滚电动缸8以及俯仰电动缸11共同作用时，从而提供俯仰方向力矩，同时倾角水平陀螺仪14获取俯仰过程中的俯仰角；当第一偏航电动缸9和第二偏航电动缸10作用时，提供偏航方向力矩，同时ccd位移传感器获取偏航过程中的偏航角。
33.进一步地，为了提高风洞内天平及其支撑装置弹性角校准的效率和质量，本实施例中还设置有升降平台1和万向轮2；当实现校准机构与风洞天平安装时，用万向轮2进行水平面内位置调整，用升降平台1进行竖直方向调整，直到将过渡接头6轴线与风洞天平轴线基本对齐，相对于通过人工手动搬运调整，极大的降低了工作人员的工作强度，提高了校准效率。
34.具体的，在本实施例中，支撑平台20的底部固定设置于升降平台1的上表面，万向轮2固定设置于升降平台1的下表面。
35.在本实施例中，测滚转角时，由于承力块5可在圆形槽内滚动，因此该校准机构具备滚转角方向自由度；测俯仰角时，将翻盖12打开，由于承力块5可向上移动(俯角与仰角对称，因此本技术仅测仰角)，因此该校准机构具备俯仰角方向自由度；测偏航角时，由于升降平台1底部设置为万向轮2，因此加载头可带动校准整体摆动，使得校准机构具备偏航角方向自由度。相对于传统的利用人工加载砝码进行风洞天平弹性角校准，本实施例中的校准机构在使用时，仅需要在安装过程中将弹性杆的轴线与承力块5的轴线调节至重合，以及在测俯仰角时，将翻盖12打开。极大的降低了测试过程的复杂度，提升了工作效率。
36.实施例2
37.为了保证测试过程的准确性，本实施例在实施例1的基础上还设置有滚转角校准
机构，其中，滚转角校准机构包括底板、卡板16、固定块17以及手轮18，底板的底部固定设置于升降平台1的上表面，且底板的顶部设置有滑动槽，卡板16的底部设置于滑动槽内；固定块17固定安装在底板的顶部，且固定块17上开设有螺孔；手轮18上固定设置有螺杆，螺杆贯穿螺孔与卡板16固定连接；当旋转手轮18时，卡板16于滑动槽内滑动，当卡板16与承力块5接触时，卡板16靠近承力块5的表面与承力块5的竖直切面贴合。本实施例所说的竖直切面为：设置于承力块5上的竖直面板19，且该竖直面板19的法线与水平面的法线垂直，如图5所示。
38.由于第一翻滚电动缸7和第二翻滚电动缸8的作用，承力块5于凹槽内转动，从而导致倾角水平陀螺仪14和ccd位移传感器与水平面的角度发生改变，进而使得倾角水平陀螺仪14在初始位置的存在一定的示数，不便于后续的测量。基于此，在本方案中设置有滚转角校准机构，通过该滚转角校准机构来对承力块5的初始位置进行校准。具体校准步骤为：旋转手轮18从而推动卡板16于滑动槽内向靠近承力块5的一侧运动，直至卡板16与承力块5的竖直切面贴合，然后通过螺栓将卡板16与底座15锁定，使开始工作前滚转角为零。
39.以下对本技术的自动校准机构与天平的安装方式进行说明：
40.(1)旋转手轮18，根据倾角水平陀螺仪14的数值调整校准机构的滚转角，直到滚转角基本为0；
41.(2)调整升降平台1的高度，使自动校准机构的轴线与天平的轴线基本齐平；
42.(3)操作人员推动自动校准机构沿x和y方向靠近天平，并用锥形孔定位后锁紧螺栓，将校准机构与过渡接头6固定；
43.(4)微调升降平台1的高度，使天平测得z向受力基本为0。
44.以下对本技术提供的自动校准机构的测量步骤进行说明：
45.(1)首先进行偏航方向加载并根据图4所示的原理测量偏航角β；
46.(2)将万向轮2固定，进行俯仰方向加载，测量俯仰角α；
47.(3)旋转手轮18，松开侧面调节板，进行滚转方向加载，测量滚转角γ；
48.以下对本技术提供的自动校准机构的数据处理进行说明：
49.记录多组数据后，代入以下公式：
50.α＝kyy+k
mz
mz
51.β＝kzz+k
my
my
52.γ＝k
mx
mx
53.利用最小二乘法得到系数：ky,kz,k
mx
,k
my
,k
mz
；
54.测量记录完成后，将自动校准机构推出风洞空间。
55.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。