本發(fā)明是一種用于風(fēng)洞中推力矢量試驗(yàn)的天平校準(zhǔn)裝置，屬于航空航天氣動力試驗(yàn)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)洞天平校準(zhǔn)包括靜態(tài)校準(zhǔn)與動態(tài)校準(zhǔn)兩部分，靜校是在天平校準(zhǔn)設(shè)備上進(jìn)行，動校是在風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞天平靜校是在天平校準(zhǔn)設(shè)備上，按已知的坐標(biāo)軸系模擬天平在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)的受力狀態(tài)，對天平精確的施加靜態(tài)載荷，求得天平各分量的輸出信號與校準(zhǔn)載荷的變化關(guān)系，即天平校準(zhǔn)公式，以便在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)天平各分量的輸出信號，求得作用在模型上的空氣動力載荷。

推力矢量天平是用于測量帶噴流飛行器模型上噴管噴流轉(zhuǎn)向后產(chǎn)生的推力與力矩。由于引氣和密封的需要，在矢量噴管測量系統(tǒng)的輸氣管路與推力矢量天平之間安裝了兩個(gè)波紋管，該波紋管的存在給天平帶來了附加力和附加力矩，并且該力和力矩隨波紋管所承受的壓力而變化。這種附加力和力矩的存在使天平測量值與試驗(yàn)真實(shí)值之間有較大的差異。為了得到試驗(yàn)的真實(shí)值，必須對帶波紋管的推力矢量天平進(jìn)行靜校，常規(guī)的風(fēng)洞天平校準(zhǔn)設(shè)備并不能正確模擬推力矢量特種試驗(yàn)用的天平的工作狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低速風(fēng)洞推力矢量天平校準(zhǔn)裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種低速風(fēng)洞推力矢量天平校準(zhǔn)裝置，其特征在于：外加載套筒、連接錐套、通氣外管、閥門、o型圈、推力矢量天平密封管路、連接結(jié)構(gòu)；所述的推力矢量天平密封管路包括通氣直管、波紋管、通氣套管、密封罩、小噴嘴，推力矢量天平密封管路各連接部件之間保證密封；

通氣直管前端通過連接結(jié)構(gòu)與校準(zhǔn)臺架固連，推力矢量天平的引線通過連接結(jié)構(gòu)引出，并通過連接結(jié)構(gòu)對通氣直管前端進(jìn)行密封；通氣直管周向均布通氣孔，通氣直管的后端連接推力矢量天平的固定端，波紋管套在通氣直管的外部，通氣套管套在波紋管的外部，波紋管、通氣套管上周向均布通氣孔，且該通氣孔的位置與通氣直管位置一致，通過小噴嘴將同一位置的通氣孔連通，波紋管、通氣套管的前端與通氣外管固連，波紋管的后端連接推力矢量天平的浮動端且與通氣套管的后端固連，密封罩套接在波紋管的后端，并對推力矢量天平密封管路密封。通氣外管與外加載套筒之間通過連接錐套固連，并通過o型圈將推力矢量天平密封管路密封；通氣外管上安裝閥門，通過控制閥門的開關(guān)保證通氣直管空腔以及通氣套管與通氣外管之間的空腔壓力保持在預(yù)設(shè)的壓力下，進(jìn)而對推力矢量天平進(jìn)行校準(zhǔn)。

還包括引出線管，引出線管的一端設(shè)置在推力矢量天平的固定端，另一端與連接結(jié)構(gòu)固連，兩端保證密封，引出線管空腔內(nèi)不能有壓縮空氣進(jìn)入。

所述的引出線管的外徑在保證走線的基礎(chǔ)上盡可能的小。

還包括過渡段，通過過渡段固定和密封引出線管的出線端，將推力矢量天平的引線引出；并保證通氣直管前端密封，過渡段再與連接結(jié)構(gòu)固連。

所述的連接結(jié)構(gòu)形狀與校準(zhǔn)臺架接口形式一致，保證可靠固連。

還包括退錐螺栓，通氣外管通過外錐與連接錐套配合，退錐螺栓包括螺紋段和光軸段，退錐螺栓螺紋段與連接錐套螺接，退錐螺栓的光軸段穿過連接錐套螺紋孔，保證退錐螺栓的光軸段前端面與所述的外錐端面之間留有縫隙，該縫隙要小于退錐螺栓的旋進(jìn)距離；拉緊螺栓穿過退錐螺栓的中心孔并與所述的外錐螺接。

所述的退錐螺栓中心孔的直徑大于拉緊螺栓的大徑。

所述的退錐螺栓光軸段直徑小于螺紋段直徑并且光軸段直徑不大于所述的外錐小徑；退錐螺栓的螺紋段不能與所述的外錐接觸上，保證向左旋緊退錐螺栓時(shí)，光軸段前端面接觸上所述的外錐端面，繼續(xù)向左旋緊退錐螺栓，將連接錐套松開。

所述波紋管包括三個(gè)剛性段和兩個(gè)柔性段；其中一個(gè)剛性段位于波紋管的前端，用于與通氣套管連接，中間剛性段上設(shè)置通氣孔，后端的剛性段用于連接推力矢量天平的浮動端且與通氣套管的后端，相鄰剛性段之間通過柔性段連接，波紋管與通氣套管之間設(shè)置縫隙，所述的縫隙從第一個(gè)柔性段開始至第二個(gè)柔性段之后結(jié)束；第一個(gè)剛性段、第一個(gè)柔性段與通氣直管之間設(shè)置縫隙；第二柔性段、第三剛性段與通氣直管之間設(shè)置縫隙。

小噴嘴與波紋管上的通氣孔之間固連，且小噴嘴的外徑小于通氣套管通氣孔的直徑。所述的校準(zhǔn)通過在外加載套筒上布置八個(gè)加載點(diǎn)，模擬噴流作用到推力矢量天平上的三個(gè)力和三個(gè)力矩；在外加載套筒上以加載坐標(biāo)系原點(diǎn)O為對稱中心的四個(gè)位置施加力，分別用于模擬升力Y、俯仰力矩Mz和滾轉(zhuǎn)力矩Mx；在外加載套筒上+Z方向且相對YOZ平面對稱分布的兩個(gè)加載點(diǎn)上施加力用于模擬側(cè)向力+Z和偏航力矩My；在外加載套筒的原點(diǎn)且指向-Z方向設(shè)置加載點(diǎn)用于模擬負(fù)側(cè)向力；在外加載套筒的原點(diǎn)且指向+X方向設(shè)置加載點(diǎn)用于模擬軸向力X；所述的加載坐標(biāo)系的原點(diǎn)O為推力矢量天平設(shè)計(jì)中心，Y向豎直向下為正，X向水平指向連接錐套一側(cè)為正，Z向符合右手定則。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)將推力矢量天平直接安裝在噴流管路內(nèi)部測量噴流反作用力，減小了數(shù)據(jù)處理時(shí)大量減大量的測量誤差，但通氣壓力會對天平產(chǎn)生一定影響，如果使用單獨(dú)天平校準(zhǔn)公式，由于沒有正確模擬天平的工作狀態(tài)，使得測量數(shù)據(jù)失真。本裝置通過將天平帶壓力校準(zhǔn)，模擬天平的實(shí)際工作狀態(tài)，求得天平在設(shè)定壓力狀態(tài)下的天平公式，提高數(shù)據(jù)測量精度；

(2)可以實(shí)現(xiàn)充氣校準(zhǔn)，模擬天平的實(shí)際工作狀態(tài)，修正波紋管的存在對推力矢量天平的影響，使天平測量精度提高。

(3)通過8個(gè)加載點(diǎn)的不同組合可以實(shí)現(xiàn)六分量多元校準(zhǔn)，得到天平各分量之間的干擾，提高天平測量精度。

(4)裝置上安裝閥門可以保證校準(zhǔn)時(shí)的需要的不同的壓力值，實(shí)現(xiàn)各壓力值下的充氣校準(zhǔn)，得到不同壓力狀態(tài)下天平的工作公式，提高天平測量精度。

(5)推力矢量天平信號線通過中心通氣支桿內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)線導(dǎo)管引到模型外，這種引線方式將有效降低信號線對測力系統(tǒng)的干擾。

(6)在中心通氣支桿后端兩個(gè)布置通氣孔徑向截面的兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)波紋管具有良好的密封作用，使從通氣支桿過來的高壓氣體不進(jìn)入模型內(nèi)腔，同時(shí)將供氣管路與測量管路斷開，使推力矢量天平準(zhǔn)確測得噴流的反作用力。

附圖說明

圖1為校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為校準(zhǔn)裝置加載點(diǎn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如附圖1所示該裝置包含外加載套筒3、連接錐套4、退錐螺栓2、通氣外管11、標(biāo)準(zhǔn)閥門6、推力矢量天平密封管路30、拉緊螺栓1、過渡段19、連接結(jié)構(gòu)23等。

推力矢量天平密封管路30包括通氣直管12、波紋管8、通氣套管10、推力矢量天平9、密封罩7、引線管16、小噴嘴13等。在推力矢量天平密封管路30與過渡段19之間用鍵18定位。推力矢量天平密封管路30是風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)安裝在模型內(nèi)部通氣管路上的一部分，推力矢量天平用于測量噴流時(shí)，噴管偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力和力矩。

推力矢量天平密封管路30的一端通氣套管10與通氣外管11通過螺栓固定連接，為了保證連接處的密封，在通氣外管11與通氣套管10之間加裝o型密封圈14，推力矢量天平密封管路30另一端的通氣直管12先與過渡段19用螺栓17固定連接。過渡段19中心開孔，以便將引線管16從推力矢量天平管路內(nèi)引出，引線管10上用膠固定一個(gè)連接塊28，通過四個(gè)螺釘26將引線管16固定在過渡段上19。連接塊28與過渡段19之間有密封墊片27保證密封。連接結(jié)構(gòu)23與過渡段19通過孔軸配合，用螺栓21連接，并在連接處用o型圈25密封。連接結(jié)構(gòu)23沿徑向開孔，將天平線從引線管16引出。這樣既引出了天平線，又保證了管路的密封。

推力矢量天平密封管路30與通氣外管11及連接結(jié)構(gòu)23固定連接為一整體部件后，一端通過連接結(jié)構(gòu)23外錐面與試驗(yàn)室校準(zhǔn)臺架24內(nèi)錐面通過楔鍵22拉緊固定，另一端通過連接錐套4連接，并通過拉緊螺栓1拉緊。外加載套筒3與連接錐套4通過徑向四個(gè)錐銷29固定。連接錐套4上預(yù)先安裝一個(gè)退錐螺栓2，用以拆卸外加載套筒3。

外加載套筒3安裝后，將閥門6一端與外加載套筒3上的通氣孔柱5通過螺紋連接，閥門6另一端連接壓縮空氣管路，閥門6開啟時(shí)，將壓縮空氣引入推力矢量天平密封管路，達(dá)到要求的壓力值后閥門6關(guān)閉，保持管路內(nèi)的壓力加載。

如附圖2所示外加載套筒3上布置了八個(gè)加載點(diǎn)，加載力矩中心為推力矢量天平設(shè)計(jì)中心。加載坐標(biāo)系如圖1所示，Y向豎直向下為正，X向水平指向連接錐套一側(cè)為正，Z向符合右手定則。1、2、3、4加載點(diǎn)對稱分布在外加載套筒四個(gè)邊角上，1(3)、2(4)加載點(diǎn)間距為Lmx，1(2)、3(4)加載點(diǎn)間距為Lmz。由1、2、3、4加載點(diǎn)可得到升力Fy、俯仰力矩Mz和滾轉(zhuǎn)力矩Mx。5、6加載點(diǎn)對稱分布在外加載套筒上+Z方向，5、6加載點(diǎn)間距為Lmy。由5、6加載點(diǎn)可得到側(cè)向力+Fz和偏航力矩My。7加載點(diǎn)分布在外加載套筒的力矩中心位置，指向-Z方向，加載負(fù)側(cè)向力-Fz。8加載點(diǎn)沿軸向布置，與推力矢量天平X軸重合，由8加載點(diǎn)得到軸向力Fx。三個(gè)方向的力和力矩加載載荷分別用公式表示如下：

Fx＝Load8；(Load8表示8加載點(diǎn)的砝碼質(zhì)量，單位是kg，以下類同)

Fy＝Load1+Load2+Load3+Load4；(加載點(diǎn)1和2和3和4砝碼質(zhì)量之和得到升力Fy，單位kg)

+Fz＝Load5+Load6；

-Fz＝Load7；

Mx＝[(Load1+Load3)-(Load2+Load4)]×0.5Lmx；(1和3加載點(diǎn)砝碼質(zhì)量之和減掉2和4砝碼質(zhì)量之和乘以1和3加載點(diǎn)力臂的一半得到滾轉(zhuǎn)力矩Mx，單位是kg·m，以下類同)

My＝(Load5-Load6)×0.5Lmy；

Mz＝[(Load1+Load2)-(Load3+Load4)]×0.5Lmz；

不同壓力狀態(tài)通氣校準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)編制的正交載荷表對推力矢量天平加載，得到天平各分量的輸出，將這些輸出信號采集并數(shù)據(jù)處理得到天平的使用公式。一臺六分量天平，其各分量的輸出信號是六個(gè)欲測載荷分量的函數(shù)。天平的輸出公式形式為：

式中：F_i─天平第i個(gè)分量的載荷測值(i＝1～6)，N(或N·m)；

a_i─第i個(gè)分量的主系數(shù)；N(或N·m)/mv；

△u_i─第i個(gè)分量的輸出信號增量值；mv；

─其它分量載荷對第i分量的一階干擾修正系數(shù)，N(或N·m)/mv；

△u_j、△u_k─第j、k個(gè)分量信號輸出增量值，mv；

-各分量載荷對第i個(gè)分量的二階平方項(xiàng)干擾修正系數(shù)(j＝k時(shí))和交叉干擾修正系數(shù)(j≠k時(shí))；N(Nm)/mv²；

由于校準(zhǔn)時(shí)模擬了帶波紋管管路的通氣狀態(tài)，天平的使用公式更真實(shí)反映試驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)，使得試驗(yàn)結(jié)果更接近真實(shí)值，提高測量精度。

本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。