铰链力矩天平技术及其在风洞实验中的应用

本文介绍了全机半模型铰链力矩天平技术的研究;介绍了七台铰链力矩天平和四套专用校正装置的设计和研制;天平的静校及其在 FD-09低速风洞进行的波音707模型的铰链力矩实验。通过实验证明:在一个模型上同时应用多台铰链力矩天平进行风洞实验的技术,有效地节省了试验时间和经费,提高了风洞实验效率。实验结果表明了铰链力矩天平组的设计符合风洞实验的要求,静校精度较高,动校结果可靠。     

无人机螺旋桨实验天平的研制

螺旋桨实验是一种非常规实验 ,其特点决定了螺旋桨天平的特殊性。为了探索新的扭矩测量方法 ,准确研究螺旋桨的性能 ,设计了螺旋桨实验专用天平。该天平是同步旋转应变天平 ,实验中天平随螺旋桨高速旋转。天平设计要保证质量分布均匀 ,采用特制滑环引出电信号 ,并且天平后端用支架支撑以减小振动。该天平较一般固定式天平复杂 ,但更合理地解决了扭矩测量问题。实验结果表明 ,天平总体方案正确 ,设计合理 ,测量精度高 ,有效解决了小型螺旋桨实验问题     

再入体动导数试验技术

外形短粗、飞行姿态复杂，其动导数量级很小的再入体模型，安装在新研制的尺寸小、厚度薄的整体结构之天平元件上，天平与层支杯相连，由气动活塞推动拨杆，经过拨螺钉撞击模型上的模块并驱使模型作自由振动，从而测量了大攻角（α=0～180°）俯仰、偏航及滚转动导数。10°钝雄模型动校及再人体动导数试验结果与国外类似的数据吻合。     

跨声速风洞模型主动减振系统试验研究

为解决跨声速风洞测力试验模型的俯仰振动问题,研制了一套主动减振系统。该系统利用了模型/天平/支杆系统的响应特性,采用主动控制方法,以天平信号作为输入,采用速度负反馈,使用安装在支杆后端主动接头内的压电陶瓷作动器来抑制模型振动。地面试验结果表明,主动减振系统使模型/天平/支杆系统的俯仰一、二阶阻尼比分别提高20.8倍和12.8倍。风洞试验结果显示,法向力和俯仰力矩振动幅度分别下降71.0%和57.5%,风洞试验结果还表明主动减振系统对气动系数的影响相对较小。主动减振系统在多个模型的风洞试验中也得到验证,显示出良好的减振性能和模型适应性。     

动态失速风洞实验数据处理中的频谱分析与数字滤波

动态失速风洞实验是一种非定常实验，其测量所得数据属于随机数据范畴。由于强迫振动频率范围较大，要从中获得有效的实验结果，除了做固定截止频率的模拟滤波外，还必须对其进行数字滤波处理。数据的频谱分析结果表明只须对天平测量信号做数字滤波处理；滤波原则是仅需滤掉天平、支架、模型系统的固有振动频率分量，同时尽可能多地保留实验强迫振动的各阶谐振信号。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中，冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动，天平输出信号中包含了振动干扰量，可通过动态补偿方法进行改善，但现有方法处理方式单一，精度受限。根据测力系统结构特点，将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型，应用振动理论方法，得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中，考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律，提出了天平"多阶惯性补偿方法"，并得到了理论补偿系数；进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法，对该方法进行了仿真验证。结果表明，相比传统方法，该方法有效提高了天平动态性能。     

高速风洞拐角六分量天平研制

本文介绍在NH-1三音速风洞中进行测力试验时使用的拐角六分量应变天平的研制情况。着重论述和讨论内式六分量天平和双转轴β机构的结构形式,内式天平各测量元件设计中应用的假设条件、计算公式和应变片的粘贴方法,并对静校和动校结果进行了分析。     

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。     

基于测力和测压试验的气动导纳识别结果比较

气动导纳是大跨度桥梁抖振分析的重要参数,通常通过格栅湍流场测力或测压风洞试验进行识别。然而,测力试验中天平和节段模型系统的固有振动和测压试验中测压管路系统的频响效应都会对气动导纳的识别结果产生影响。本文通过格栅湍流场测力和测压试验、采用抖振力自谱和抖振力脉动风交叉谱综合残量最小二乘法识别了准平板断面的气动导纳,其中,在基于测力试验的气动导纳识别中考虑了模型抖振力跨向不完全相关效应的影响,在基于测压试验的气动导纳识别中考虑了按Bergh-Tij deman理论公式修正或者不修正测压管路系统频响特性影响的2种情况。在此基础上,通过考察气动导纳实验识别结果之间的差别及其与平板断面气动导纳理论解Sears函数之间的差别,研究了天平模型系统固有振动以及测压管路系统频响效应对识别结果的影响。结果表明:天平模型系统的共振会显著放大气动导纳的识别结果;而由于测压管路的固有频率一般要显著高于天平模型系统的固有频率,因此,与基于测力试验得到的气动导纳相比,基于测压试验所得气动导纳总体上更加合理,可用导纳的折算频率范围更广。此外,在一般大跨度桥梁抖振分析所关心的折算频率范围内,考虑测压管路频响特性修正后,气动导纳有一定降低。     

基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究（英文）

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。     

动导数支架干扰的试验研究

采用镜像两步法在FL 8风洞中进行了俯仰振荡动导数支架干扰修正实验,实验结果表明:在强迫振荡动导数实验中,支架干扰对动导数实验数据有明显的影响。通过对实验数据进行支架干扰修正,可以进一步提高实验结果的准确性。     

FL-26风洞条带悬挂支撑内式天平研制

FL-26风洞条带悬挂支撑内式六分量天平采用管状结构的试验方案,有效地解决了天平的静校问题;天平内腔采用扁圆结构,有效地解决了天平轴向力元件处的强度和刚度问题,较好地降低了前后测量梁上下应变不对称的程度,同时增大了侧向力及偏航力矩的输出;用关于天平轴向对称布置的双铰链梁测量滚转力矩,提高了滚转力矩分量的测量精准度.本文主要介绍条带悬挂支撑内式六分量天平研制难点、解决方案及天平动校结果.     

水洞动态测力和流动显示一体化实验技术

研制能够用于低速水流中的三分量内式测力天平,结合氢气泡(或染色液)方法,在水洞(槽)中实现测力和流动显示实验同步进行的动态实验系统,克服了通常测力和流动显示分别在风洞和水洞中进行,实验条件不同给结果分析带来的困难。天平采用高精度位移传感器,避开传统的应变片技术应用于水中所遇到的技术困难。简易飞行器模型的静态和等速俯仰实验结果表明了测量系统的可靠性。     

1.2m×1.2m跨超声速风洞条带悬挂支撑天平研制

条带悬挂支撑天平是1.2m×1.2m 风洞条带悬挂支撑测试系统中的重要组成部分,为确保天平研制成功,通过有限元分析仿真提出了一种“E”型天平新结构。天平有限元仿真、静态校准、动校和风洞试验结果表明天平结构合理,性能优良。     

低速闭口风洞模型张线支撑及内天平测量系统的研制

“张线支撑及内天平测量系统”已在ＦＬ－８ 闭口风洞中调试、使用。该系统使用了套管天平，套管内杆是天平与模型相连，与天平相连的套管是支撑体，张线的一端与套管的前后吊点相连，张线的另一端与风洞上转盘齿圈上的张紧机构和风洞下转盘下的配重相连。该系统的角度变化范围，模型侧吊时， α＝ ±３６０°，β＝ ±６５°，模型正吊时，α＝ ±６５°，β＝ ±３６０°实验表明：张线支撑与尾撑和腹撑相比，消除了由于支杆引起的模型振动，其支架干扰变小，试验数据质量有了进一步的提高     

一种新颖的侧滑振动导数实验技术

北京大学低速风洞中采用一种新的测量侧滑振动导数的原理和技术，它利用同一强迫振动装置，更换少许运动转换件和支杆，实现五种单自由度强迫振动，由六分量天平和相关滤波仪器测量出全部组合导数和下洗时差导数，而侧滑振动导数是通过对应的侧滑－滚转振动与演转振动测出的组合导数之差得到的。本文给出了某教练机大攻角侧洗时差导数的典型结果。     

基于旋转激励作动器的工程振动控制

介绍了振动主动控制中旋转激励作动器的概念,分析了旋转激励作动器的特点。旋转激励作动器具有易集成、低功耗等优点,适用于工程应用,且随着旋转运动的引入能够解决传统直线作动器存在的行程受限问题。对基于旋转激励作动器的振动控制技术在航天、交通运输以及土木工程等不同领域的实验研究及工程应用进行了阐述。最后展望了关于旋转激励作动器的主要研究趋势,以及潜在的应用领域。     

在高超声速脉冲风洞中使用的六分量天平测力系统和10°尖锥模型的气动力测量

在中国科学院力学研究所的 JF-4B 高超声速脉冲风洞中,对于半锥角为10°的尖锥模型进行了来流马赫数为7.8和9.9的吹风实验,在不同的α角和β角下使用六分量的压电天平进行了气动力测量。用以鉴定六分量测力系统的可靠性,并检验了新的试验段和α角与β角分别单独可变的模型支架对模型测力实验是否有干扰。实验结果与文献给的结果进行比较表明:六分量压电天平测力系统给出的实验数据是比较可靠的。     

磁悬挂天平系统的磁场分析与计算(60mm×60mm 磁悬挂天平技术研究之一)

磁悬挂天平系统的磁场设计好坏是磁悬挂天平系统结构设计成败的关键。而磁悬挂天平系统的磁场结构比较复杂,用简单的磁路设计方法已经不能满足更高的设计要求。本文介绍了一种求解电磁场的方法——二维电磁场有限元法,建立了相应的磁悬挂天平系统的数学模型,并应用此法,对磁悬挂天平的均匀磁场和梯度磁场分布进行了分析计算;提出了一种用于求解磁场开域问题的方法。文章中还介绍了根据磁场的计算结果来确定线圈间间距和铁芯厚度的方法。在此基础上,提出了一个60mm×60mm 的磁悬挂天平系统的设计方案,并给出了此设计方案的理论计算与实验结果的对比表。     

激波风洞超燃冲压发动机推力测量技术研究

为满足高马赫数超燃冲压发动机研制的需求,在激波风洞中开展了超燃冲压发动机推力测量技术研究工作,采用压电式推力测量天平测量了超燃冲压发动机模型上的推力。根据试验模型的受力特性进行了天平设计与校准研究,并在激波风洞中开展了验证性试验。在天平设计中,采用有限元力电耦合分析方法对天平性能进行了预估。分析结果表明:天平主分量的灵敏度可达到17.447 mV/N,一阶振动模态可达到1022.40 Hz。在验证试验中,分别测量了超燃冲压发动机模型在喷注和不喷注燃料条件下的推力。试验结果表明:在2种试验状态下,发动机阻力差值最大约220 N,说明设计的压电式推力测量天平可分辨出不同试验条件下作用在发动机上的推力大小。