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。     

腹支天平的研制

为满足某工程高速风洞测力试验的需要，研制了一台腹支(φ44mm)六分量内式应变天平，以测量飞机的气动载荷。试验结果表明：天平设计合理，天平及其支撑系统刚度好，天平各元测量精度高。     

国外风洞应变天平技术发展动态

国外风洞应变天平技术的发展动态，在天平结构方面，大多数天平依然是单块式结构；在天平设计方面先按常规计算方法进行设计，然后用有限元法分析，再作某些尺寸修改；在校准方面，虽然校准设备五花八门，但不外乎地轴系和体轴系校准装置并存。     

卷积神经网络在风洞天平静态校准中的应用

风洞天平是气动试验中用于测量作用在模型上的空气动力载荷（力与力矩）的大小、方向和作用点的装置，测量结果的精准度与天平的静态校准性能直接相关，天平的静态校准是通过校测设备建立天平测量信号与所受气动载荷的映射关系。由于多分量风洞天平的各个分量间存在相互干扰，并且通常二次干扰和组合干扰会出现非线性特性，采用线性拟合方法会产生一定的误差，使得风洞天平静态校准性能因受到数据处理方法（线性拟合）的局限而较难进一步提高。因此，为了进一步提升应变天平静态校准的性能，本文探索深度学习方法在风洞天平静态校准中的应用。利用中国科学院力学研究所风洞天平校准系统AiBCS，对六分量应变天平开展基于卷积神经网络的静态校准研究，采用深度学习训练模型代替传统风洞天平校准公式并获取更高性能指标。同时，对人工智能建模方法在天平静态校准中的适用条件、有效性及可靠性等方面进行了讨论和评估分析。数据结果显示：相较于传统的基于最小二乘多项式的拟合方法，卷积神经网络天平校准方法有效降低了天平各个分量间的载荷干扰，使校准结果的精准度得到了较大幅度的提升。     

基于现代试验设计的风洞天平校准方法

风洞天平的校准精度直接决定了风洞试验的气动载荷测量精度,为了提升天平校准的质量和效率,以BCS-100天平校准系统为研究对象,基于现代试验设计方法（modern design of experiments,MDOE）开展了风洞天平校准研究。针对单因子变量法（one factor at a time,OFAT）天平校准中存在系统误差与响应量耦合的问题,采用MDOE的随机、重复和分块策略控制校准的系统误差,并选定响应面理论的中心复合设计方法生成校准矩阵。校准矩阵共计86个样本点,包括64个分级因子点、12个轴向因子点和10个中心因子点,其中所有样本点的加载顺序做随机化处理,并作为一个样本块在短时间内集中完成加载,中心因子点则用于满足重复原则。最后开展了OFAT和MDOE的对比校准,拟合载荷的残差正态概率分布显示MDOE校准中横侧向分量的样本点独立性更强,样本点残差最高可降低84%;检验载荷显示MDOE和OFAT两种方法中天平所有分量的综合加载重复性持平,MDOE校准中横侧向分量的综合加载误差最高可降低54%。研究表明MDOE能够有效降低校准的系统误差,提升横侧向小量的预测能力。     

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。     

基于光纤应变计的六分量光纤天平

正风洞天平的性能在很大程度上决定着空气动力试验的准确性和可靠性。目前通常采用电阻式应变天平进行测量试验,但电阻式应变计的先天劣势使得电阻式应变天平无法满足复杂工作环境的测量要求,所以在传统的六分量杆式应变天平的基础之上,希望有性能更加优越的天平能够取代之,使其不仅具有较高的精度、准度、灵敏度,还具备面对复杂环境的稳定性。近年来,国内外已出现光纤应变计应用在风洞天平方面的研究。光纤传感器具有非常广阔的应用前景,全球范围内对     

AIAA风洞天平校准标准研究

简述了美国航空航天协会AIAA的《风洞试验内式应变天平校准和使用》推荐标准制订的目的、过程和主要涵盖的内容;分析了该标准所反映出的国外风洞天平校准技术发展的特点;阐述了该天平校准标准对我国天平技术发展的启示,为国内风洞天平技术的创新发展提供参考。     

BFH系列应变计的研制和应用

BFH系列箔式应变计可以不加压固化，从而极大地方便了风洞天平的使用。本文介绍了此系列应变研制过程中的一些技术措施和一些天平应用后的校准以及吹风实验的结果，证明该系列应变计已达到了预期的研制目的。     

基于响应面法的跨声速机翼气动优化设计

响应面法由于其高效、实用的特点,近年来在优化设计领域受到越来越多的重视。本文将响应面法引入到气动数值优化设计中,完成了跨声速机翼单、多目标多约束气动优化设计。该方法采用D优化准则在设计空间内选择一系列样本点,通过求解三维Euler方程进行气动数值试验,来建立二次多项式响应面模型,并在此基础上得到优化的气动外形。以M6机翼为原始机翼的单、多目标多约束优化设计算例表明:采用的响应面法能够较好的捕捉在跨声速流动中目标函数的非线性特征和消除流动中的高频噪声;响应面模型精度满足设计要求,计算误差均小于3%,因而保证了设计方法的实用有效。对于单目标机翼阻力优化设计,阻力系数减少了19%左右。     

FL-2风洞三维舵面铰链力矩实验研究

飞行器舵面铰链力矩测量风洞实验一般都采用应变片天平测量。由于诸多条件所限，比如天平刚度问题，舵面缝隙引起的上下窜流，铰链力矩测量实验技术一直是风洞实验中的难点。特别是现代飞机舵面越来越薄，这样，为了尽可能地真实模拟飞机外形，减少对翼面和舵面外形的破坏，留给天平的空间尺寸就很有限，天平尺寸更有限，必导致天平刚度较弱，在气动载荷作用下，天平弹性变形较大，给实验结果带来误差。所以如何保证铰链力矩实验结果的准确可靠，减少误差，一直是铰链力矩实验的难点。为确保实验结果的可靠性，本次实验采用单分量轴式天平和三分量舌片式天平相结合共同测量。这样，两者实验结果互相比较验证，可分析出实验结果的精准度。     

基于响应面方法的风力机叶片多目标优化设计研究

运用基于响应面方法的优化设计技术,于径向使用NPU-WA-风力机专用翼型族的某1.5MW水平轴风力机叶片的多目标、多约束优化设计研究中。风力机气动性能使用基于叶素-动量理论的风力机性能分析和设计软件PROPID51。设计变量为叶片径向外形参数,包括弦长和扭转角分布,但是相对厚度保持不变;设计目标为年发电量和功率系数的最大化;在多目标优化中,使用"统一目标函数"法将多个设计目标函数通过加权求和统一到一个目标函数中。为减小计算量,响应面模型使用不含二阶交叉项的二阶多项式模型;构建模型中试验点的选择满足D-优化准则。以某1.5MW变速变矩型风力机叶片为例,进行了优化设计研究。叶片径向使用西北工业大学翼型研究中心设计的NPU-WA-风力机专用翼型族,使用CFD计算的气动性能数据作为输入进行了设计,分析了目标函数的权值分配对设计结果的影响;使用风洞测量自由转捩的气动性能数据进行了设计并分析了表面光滑条件对气动性能的影响。     

应变天平信号调理和校正技术的研究与应用

应变天平的输出信号较小，安装和信号连接环节较多，吹风过程中工作环境所致。故障也较频繁，故对其信号进行合适的调理、使用适当的电信号校正技术，即用电的方法模拟天平所受的载荷作用，对解决天平使用过程中的问题，迅速诊断故障，提高天平以及风洞测力试验精度和准度都有其重要意义。     

国外风洞天平校准技术研究进展

在简述风洞天平校准原理的基础上,归纳分析了国外风洞天平校准台的主要类型及特点;阐述了美欧在风洞天平校准技术方面的发展理念和开展的关键技术研究。     

虚拟样机与天平研制

虚拟样机是一种数字产品模型，是一种新型的基于产品计算机仿真模型的数字化设计方法，是将目前的CAD、CAE等CAx技术结合在一起的一种集成技术，贯穿于产品生命周期的全过程。应用虚拟样机技术现已成功地完成了多台天平及其支撑系统的研制，其在风洞应变天平及其相关设备的研制中将发挥越来越重要的作用。     

脉冲风洞天平-模型支撑一体化测力技术研究

机体/推进一体化气动性能评估是超高速技术发展的关键之一，一体化试验模型具有扁平比很高的特点，内部空间十分有限，传统测力天平安装时将占用模型大量空间，导致发动机相关设备难以安装，从而影响风洞试验的开展。针对上述问题，设计了天平-模型支撑一体化测力装置，并对其进行了强度分析和模态分析，验证了测力装置的强度和频响特性；其次，对一体化测力装置进行了静态校准，获得了相应的载荷计算公式；最后针对2.0m试验模型在Φ600mm脉冲燃烧风洞中开展了Ma5.0、Ma5.5、Ma6.0状态下的气动力载荷测量试验，并对该测量结果与成熟的盒式天平测量结果进行了对比，两者一致性较好，最大测量误差为Ma5.5状态下的法向输出结果，最大值为6.45%，能满足脉冲风洞测力要求。本研究提出的一体化测力装置可为脉冲风洞中机体/推进一体化气动力实验提供参考，进一步发展了脉冲风洞测力技术。     

风洞风扇桨叶低噪声优化设计及实验研究

风扇噪声是风洞中最主要的噪声源.高噪声不仅会对风洞中的实验结果不利,影响实验结果的可靠性和精确性,而且还会带来严重的噪声污染.因此,对风洞风扇桨叶进行低噪声设计研究具有十分重要的意义.主要研究了风洞风扇桨叶的低噪声设计,采用工程估算法与试验结合的方法对风洞风扇噪声情况进行分析.以某翼型桨叶为研究对象,通过修改叶型尾缘厚度对风洞风扇进行了低噪声优化设计.     

立式风洞尾旋试验技术

介绍了立式风洞自由飞尾旋试验和旋转天平试验的方法，简述了试验模型的设计。     

激波风洞重模型气动力试验研究

在激波风洞上进行气动力试验时,风洞启动时巨大的冲击载荷使模型-天平受到充分的激励,从而形成惯性干扰力,并与真实气动力混杂在一起,甚至完全覆盖气动力,降低了试验精准度,使得试验模型的质量受到极大的限制。本文介绍了CARDC-dia.2米激波风洞进行大、重模型的压电天平气动力试验研究情况,包括天平设计、天平校准、惯性补偿和风洞试验等几个方面。研究结果表明:气动力试验模型质量可从过去的500g增加到8kg,模型长度可达1m。从而提高了激波风洞测力试验能力,能满足高超声速飞行器试验的需求。     

小滚转力矩测量技术研究

描述了小滚转力矩测量技术的发展，重点介绍了一种于小滚转力矩测量的新型内式六分量应变天平。基于一种“双交叉挠曲弹性枢轴”结构及电子束焊接新工艺，该天平的滚转力矩单元不仅灵敏度高，抗干扰性能好，且纵向承载能力也很强，因此能够满足各种外形的小滚转力矩高精度测量要求。文章包括初样天平的天平描述、静校结果分析及在风洞试验中的性能等。