用于小横侧向气动力试验的半导体天平及应变计贴片方法与流程

本发明属于高超声速风洞试验，具体涉及一种用于小横侧向气动力试验的半导体天平及应变计贴片方法。

背景技术：

1、飞行器外形复杂，各分量气动载荷量值差别大。例如，升力体高超声速飞行器由于其高升阻比气动布局外形的特点，会导致飞行器纵向和横向通道的强耦合效应、增大操控的难度，尤其是在再入和机动飞行过程中姿态角的较大变化，若气动力参数的预测不准确（尤其是横侧向气动参数的预测偏差），会对操纵性和稳定性产生非常显著的影响，甚至造成升力体高超声速飞行器的失控。

2、此外，高机动性和高敏捷性已经成为现代先进飞行器的一个重要特征，高性能战斗机和先进战术导弹在进行大迎角超机动飞行时，状态参数变化迅速，在此过程中边界层的分离会导致不对称涡的产生，即使在零侧滑角情况下，在机身前体的背风区也会形成非常复杂的不对称涡系，并诱导产生侧向力和偏航力矩，且方向捉摸不定。为完成在大迎角过失速区域内的机动飞行，也需要在地面风洞试验时模拟该类气动现象，并对诱导侧向力和偏航力矩的大小、方向和频率进行准确测量。

3、目前，在常规高超声速风洞天平上广泛应用的是箔式电阻应变计，但在小横侧向气动力测量试验中，侧向力和偏航力矩分量相比于其余分量（如法向力、俯仰力矩、轴向力、滚转力矩）小1~2个数量级，因此采用箔式电阻应变计的天平测量信号太弱甚至无法获取有效信号。由于温度自补偿半导体应变计的应变灵敏度是箔式电阻应变计的70倍左右，有必要发展一种用于小横侧向气动力试验的半导体天平及应变计贴片方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于小横侧向气动力试验的半导体天平，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于小横侧向气动力试验的半导体天平的应变计贴片方法，用以克服现有技术的缺陷。

2、本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平，其特点是，所述的半导体天平为杆式六分量天平，用于测量轴向力fx、法向力fn、侧向力fz、滚转力矩mx、偏航力矩my和俯仰力矩mz；轴向力fx、法向力fn、滚转力矩mx和俯仰力矩mz采用电阻应变计组桥测量，侧向力fz和偏航力矩my采用温度自补偿半导体应变计组桥测量；

3、电阻应变计r1~电阻应变计r20组成轴向力fx、法向力fn、滚转力矩mx和俯仰力矩mz的6个电阻应变计组桥，vout1~ vout6为标号1~6的电阻应变计组桥的输出值，轴向力fx、法向力fn、滚转力矩mx和俯仰力矩mz的气动载荷计算公式如下：

4、mz = vout1 + vout2；

5、fn = vout1 - vout2；

6、fx = vout3 + vout4；

7、mx = vout5 + vout6；

8、4个温度自补偿半导体应变计组成侧向力fz和偏航力矩my组桥，vs1~vs4为标号1~4的温度自补偿半导体应变计的输出值，侧向力fz和偏航力矩my的气动载荷计算公式如下：

9、fz = (vs1 –vs2) - (vs3 –vs4)；

10、my = (vs1 –vs2) + (vs3 –vs4)。

11、进一步地，所述的温度自补偿半导体应变计在应变计基底上布置四个相互正交、性能相同的半导体敏感栅s1~半导体敏感栅s4。

12、本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平的应变计贴片方法，包括以下步骤：

13、s10.天平；

14、加工半导体天平构件；

15、s20.第一次清洗；

16、采用丙酮、酒精清洗半导体天平构件；

17、s30.喷砂

18、采用喷砂的模式，对半导体天平构件的应变计粘贴位置进行160目金刚砂表面喷砂，在不改变应变计粘贴位置平面度的前提下，增大粘结剂的吸附面积；

19、s40.第二次清洗；

20、采用丙酮、酒精清洗喷砂后的半导体天平构件；

21、s50.贴片；

22、采用贴片胶或者聚四氟乙烯薄膜进行应变计粘贴，得到半导体天平；

23、s60.烘烤；

24、采用烘箱，进行半导体天平烘烤，完成应变计固定；

25、s70.第三次清洗；

26、采用丙酮、酒精清洗半导体天平；

27、s80.检测；

28、采用万用表检测各应变计，如果全部符合要求，则贴片完成，否则返回步骤s40，直至贴片完成；

29、上述各步骤的工艺标准符合gjb2244a-2011要求。

30、本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平为高精度六分量杆式半导体天平，侧向力和偏航力矩分量使用温度自补偿半导体应变计，其余分量使用传统电阻应变计，通过应变计灵敏度的差异弥补天平各分量载荷不匹配的难题，降低了天平设计、加工难度，并提高了天平刚度和响应频率。

31、本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平的应变计贴片方法适用于电阻应变计和温度自补偿半导体应变计，粘贴牢靠，质量可靠。

技术特征：

1.用于小横侧向气动力试验的半导体天平，其特征在于，所述的半导体天平（1）为杆式六分量天平，用于测量轴向力fx、法向力fn、侧向力fz、滚转力矩mx、偏航力矩my和俯仰力矩mz；轴向力fx、法向力fn、滚转力矩mx和俯仰力矩mz采用电阻应变计组桥测量，侧向力fz和偏航力矩my采用温度自补偿半导体应变计组桥测量；

2.根据权利要求1所述的用于小横侧向气动力试验的半导体天平，其特征在于，所述的温度自补偿半导体应变计在应变计基底上布置四个相互正交、性能相同的半导体敏感栅s1~半导体敏感栅s4。

3.用于小横侧向气动力试验的半导体天平的应变计贴片方法，适用于权利要求1~2的任意一项所述的用于小横侧向气动力试验的半导体天平，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于高超声速风洞试验技术领域，公开了一种用于小横侧向气动力试验的半导体天平及应变计贴片方法。本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平为杆式六分量天平，偏航力矩My和俯仰力矩Mz，轴向力Fx、法向力Fn、滚转力矩Mx和俯仰力矩Mz采用电阻应变计组桥测量，侧向力Fz和偏航力矩My采用温度自补偿半导体应变计组桥测量。本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平通过应变计灵敏度的差异弥补天平各分量载荷不匹配的难题，降低了天平设计、加工难度，并提高了天平刚度和响应频率。本发明的用于小横侧向气动力试验的半导体天平的应变计贴片方法适用于电阻应变计和温度自补偿半导体应变计，粘贴牢靠，质量可靠。

技术研发人员：郭雷涛,邱华诚,巢根明,孙鹏,吴友生,许晓斌,向立光,蒋万秋
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15