有限元分析法在风洞天平中的应用

把有限元法应用到风洞天平结构设计,对其整体结构进行了计算,得出了风洞天平各种载荷作用下的应力场。根据计算结果,可以准确地发现危险截面的应力集中程度和弹性元件所在截面的最大应力部位,最终为确定各个载荷分量之间的相互干扰及弹性元件的测试点提供可靠的依据。本文主要对轴向力元件进行一些探讨     

复合式结构微量滚转力矩六分量天平研究

微量滚转力矩测力试验是一项非常重要的风洞试验。相对于常规测力试验,微量滚转力矩测力试验的滚转力矩载荷小,量值在0.5N·m以下,同时滚转力矩载荷与其它的气动载荷量值相差较大,采用应变天平测量微量滚转力矩,很难实现六分量天平结构设计。针对这一问题我们开展了六分量微量滚转力矩天平的研究工作,通过优化天平结构,在现有技术手段的基础上提出了复合式六分量天平结构设计解决方案,不仅实现了六分量微量滚转力矩天平结构设计,而且其滚转力矩系数mx0的测量误差Δmx0<1.1×10-6。本文主要介绍了复合式六分量微量滚转力矩天平研究的关键技术及主要技术措施,并给出了天平分析计算、静态校准和试验测量结果。     

ANSYS在风洞天平设计中的应用

用传统的材料力学方法设计应变天平时要作较大的简化。笔者应用有限元分析软件ANSYS对风洞天平进行结构计算,得到天平在各种载荷作用下的应变场和位移分布,从而计算得到天平各测量元件的应变值和刚度,最后将ANSYS计算的各载荷作用下的应变值与材料力学计算值作了比较。     

小尺寸应变天平设计方法研究

φ0.3m高超声速低密度风洞测力试验模型尺寸小、天平载荷小、流场总温高,天平防热结构设计难,刚度要求和灵敏度要求矛盾突出,测力天平的研制难度大.采用数值仿真和风洞试验相结合的研究方法,对应用于该情况下的内式天平在温度影响和结构设计方面进行了研究.采用有限元方法对天平温度影响和结构应力分布做了详细分析,并对分析结果进行了风洞试验验证.结果表明:在实现天平结构优化设计及提高天平设计的准确性和可靠性方面,有限元分析设计方法是非常有效的技术途径.     

翼型测力天平的研制

为研究翼型结冰状态下的载荷变化规律,对翼型进行测力实验.研制一台三分量翼型测力天平.天平设计的突出难点为设计载荷极不匹配,阻力测量载荷很小.设计时,针对翼型载荷的特点,采用片梁组合方式测量阻力,四柱梁测量法向力及俯仰力矩,并采用有限元方法对结构进行了验证计算.主要介绍天平的设计、校准及应用情况.     

法国航空航天院莫当天平部天平技术简介

本文简述法国航空航天院莫当实验中心天平部在天平技术工作各个环节上的一些特点,如用“有限元方法”进行天平的强度、刚度和温度场计算;运用“载荷菱形图”控制天平的设计载荷;对天平电桥进行温度零飘和灵敏度系数温度补偿及天平准备、维护和使用中的各种技术问题。     

基于减小轴向力测量干扰的高精度测力天平研制

针对目前风洞试验技术的发展对风洞天平测量精度的更高需求，研制一台六分量杆式高精度轴向力测量天平，应用新型轴向力测量元件结构形式，并采用有限元方法对其进行了优化和改进。轴向力结构设计采用将测量元件置于天平轴线上的"设计中心位置"的方式，并通过在测量梁上设置铰链以及轴向力测量梁的非对称设计，最终使各气动载荷分量对轴向力的干扰应变输出近乎为零，彻底解决了杆式应变天平轴向力的测量干扰问题。同时，该设计还改善了天平各分量载荷作用在轴向力测量梁上交错复杂的应力分布状态，提高了天平的长期稳定性。天平校准和标模试验结果表明，该天平轴向分量具有较高的测量精、准度，可满足现代风洞试验的高精度轴向力测量需求。     

天平与波纹管系统结构设计与有限元分析

为满足某飞机后机身风洞试验需求,研制了一种用金属波纹管密封测力天平的新型测力装置.利用密封原理,该装置的波纹管结构能有效地隔断风洞流场压力波动,使其内腔压力平衡,确保天平精确测量作用在飞机后机身上的气动载荷.通过对天平与波纹管系统进行合理的结构设计,以及应用有限元方法进行详尽的静态和动态力学分析,该装置得到了较为理想的设计结果.天平地面校准和风洞试验结果表明,波纹管密封效果好,对天平测力干扰小,达到了预期的试验要求.     

压敏漆测量三角翼模型气动载荷的超声速风洞实验

采用压敏漆在超声速风洞中测量三角翼模型气动载荷,得到了应用压敏漆测压与天平测力相结合获取的三角翼模型气动载荷对比实验结果.简述了压敏漆原理、标定、试验设置和数字图像数据处理方法.由于尺寸限制,模型没有开设测压孔.对三角翼模型进行了数值计算,对试验和计算得到的结果进行了比较分析.     

基于符号处理的天平载荷计算方法研究

风洞试验需要使用大量的天平,而经常编写天平公式处理程序给试验处理软件的维护带来了较大的工作量,影响了数据处理的效率和准度。随着试验软件通用性的不断提高,需要研究一种通用的天平公式处理方法。基于符号处理的天平载荷计算方法是一种解决天平公式的自动化处理方法,它运用系统软件的编译原理,通过对公式符号的解释和执行来实现对公式的处理。该方法已运用在风洞试验的数据处理中,可以在风洞试验的数据处理中推广应用。     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

基于3D打印的风洞应变天平防护装置设计与应用

应变天平是风洞测力试验中的主要测量设备，对试验数据质量和运行效率具有重要影响。为了提高天平自身的防护性能，减少试验运行过程中的天平故障概率，提出了基于3D打印风洞应变天平防护装置的快速开发方法。分析了天平防护装置的需求，研究了3D打印天平防护装置的关键技术、设计因素与研制流程。开展了3D打印技术在设计优化验证和风洞试验天平防护装置研制2方面研究。分别设计了整体式水冷罩和组合式杆式天平防护装置。对于具有复杂内部结构的天平水冷罩，3D打印技术可以对设计优化结果进行验证评估。通过3D打印技术完成杆式天平防护装置研制，在风洞试验中对所使用的天平进行了防护应用。实际应用表明，防护装置可有效避免应变计及线路在校准、运输、模型装配和试验过程中损坏。相比传统机械加工，3D打印天平防护装置不仅能实现设计优化验证，而且可大幅降低加工周期和成本，促进了天平综合性能的提升。     

一种高灵敏度滚转力矩天平元件的综合设计法

本文针对半自由飞动导数实验对天平元件提出的升力、侧向力、俯仰力矩和偏航力矩大,而滚转力矩要很小,并要有较高灵敏度的特殊要求,应用目前出现的一些新的设计思想和设计方法,提出了一种高灵敏度天平元件综合设计新方法。该方法能够全面地分析和综合各因素对天平性能的影响,有效地提高天平元件设计质量并缩短设计周期,还能够有针对性地提高单向设计指标,以满足特殊实验要求。文中同时给出了矩形截面扭转系数拟合算法和滚转力矩天平元件优化设计算法。     

ANSYS在压电天平设计中的应用

利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法，对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析，静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系，评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数；模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型，用于评估天平的频率响应特性；瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性，评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高，具有较好的分量间抗干扰能力，设计的天平频响较高，加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿，能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。     

XX型火箭助飞鱼雷雷箭分离高速风洞试验测力天平研制

XX型火箭助飞鱼雷雷箭分离试验测力天平的设计载荷极不匹配,且模型空间限制严.设计时,采用了正六边形、正八边形结构,尽量减小两台天平的径向尺寸,同时分离舱盖天平的阻力元件只使用了4片支撑梁,最大限度地缩短了天平的轴向长度,分离舱天平则采用了内式天平外置加整流罩的方式,满足模型空间要求;分离舱天平用法兰盘+锥与分离舱实现可靠连接.     

2.4m×2.4m跨声速风洞虚拟飞行试验天平研制

要解决先进飞行器的气动/运动非线性耦合问题,就需要建立气动/飞行力学一体化的虚拟飞行试验平台,用于获取飞行器机动飞行过程中的非定常气动力特性,弄清气动/运动非线性耦合机理。2.4m×2.4m 跨声速风洞(以下简称2.4m风洞)虚拟飞行试验天平研制技术是虚拟飞行试验机理性研究的关键技术之一。由于试验模型为两段的细长结构,天平设计空间受到限制,并且载荷极不匹配。风洞试验研究要求天平不仅要实现分段模型气动力的测量,还要实现两段模型的同步小摩擦滚转运动,传统天平无法满足试验要求。新设计的天平采用一种带有轴承和心轴的环式“双天平”新结构,较好解决了载荷匹配问题以及测量与运动之间的矛盾。天平设计利用有限元软件ANSYS进行应变和应力分析与优化,并设计了耦合式电桥。天平静校和风洞试验数据表明,该天平满足风洞虚拟飞行试验机理性研究的要求。     

应力波天平在国内激波风洞上的应用

介绍了应力波天平的特点、原理,通过应力波天平设计、制作、校准、试验、数据处理等方面在中国空气动力研究与发展中心φ0.6m激波风洞上的应用情况,指出有必要在国内激波风洞上更进一步地开展应力波天平测力技术.     

并联风洞天平应用研究

研究了一种新型的并联风洞天平,首先依据并联天平的空间力变换关系推导出六维感测力雅可比矩阵,然后以该雅可比矩阵条件数最小原则即各向同性准则,将其条件数为目标函数对天平进行结构优化设计,应用数值算法优化出8种满足精度要求的并联天平结构,据此设计并制造出并联天平的物理样机。最后在南京航空航天大学低速风洞中以建筑标模为试验模型检验并联天平的设计性能,结果证明本天平的研制是成功的。     

风洞实验应变天平元件优化设计

应用最优化理论对风洞实验应变天平元件结构尺寸优化设计的基本思想作了论述,提出了天平元件多变量优化设计新方法。该设计方法能够保证天平元件的灵敏度与刚度的匹配取得理想值,同时,克服了传统设计方法计算量大的缺点。对于初次从事天平元件设计的人员来说,只要对天平的工作原理和元件变形形式有所掌握,运用该设计方法即可用较快的速度获得最佳结构尺寸。一个实用的天平元件优化设计算法及实例对人们将有所带助。