应变天平多元校中几种数据处理方法的比较

风洞天平校准常用单元校法及多元校法。为提高天平校准公式的准度，试用复合法进行天平核准的数据处理。复合法就是在多元校数据处理时使用单元校得到的主体项系数或主体项系数和一次干扰项系数来拟合天平的校准公式。本文试比较几种数据处理方法的效果。     

一种单矢量风洞天平校准系统设计

介绍了一种单矢量六自由度风洞天平校准系统的设计。采用砝码匀速运动过程中碰撞卸载的方法,实现对压电天平的瞬时加载;通过控制天平姿态以及砝码在加载头上的挂点位置实现单矢量加载;并采用多元校准方法对天平信号进行处理,满足超高速风洞测力试验对六分量压电天平校准的需求。校准系统主要由天平姿态调整机构、砝码加载机构、碰撞卸载机构以及控制系统、测量系统等部分组成。系统构造简单、系统误差源少,具有校准效率高,校准精度高等优点。     

天平校准不确定度的一种评估方法

建立了一套完整的天平校准不确定度评估流程:单独评估校准系统的不确定度、基于检验载荷的残差,通过偏差极限和精度极限评估其它各误差源引入的不确定度、合并得到校准不确定度结果。以BCS-100天平校准系统为例,选择天平TG624C重复校准7次,实现了该评估方法。评估结果表明:(1)天平安装的滚转角和加载时天平的角位移,二者引入的不确定度为主要分量,应作为技术改造的重点;(2)Q、Z和My 3个小量单元,受Y和Mz 2个大量的干扰,其不确定度值稍大;(3)精度极限相比于偏差极限要小很多。建立的整套评估方法对于其他校准系统也是通用的。     

70kN载荷应变天平校准系统研制进展

研制了70kN量级的应变天平校准系统,以满足2m量级高速风洞测力试验天平的静态校准需求。70kN载荷应变天平校准系统基于传统的单元校准方法,采用四自由度复位式体轴系自动校准方案,加载力源为标准砝码,采用砝码独立控制技术的自动加载装置实现天平校准载荷的自动加载。砝码产生的重力通过双十字铰链施力定位装置和刚性加载头准确地传递到天平上,无间隙复位传动机构可以保证天平的精确复位。建成后的校准系统可满足20～70kN量程范围的杆式天平和环式天平等不同类型天平的校准需求。     

小展弦比飞翼布局高速标模测力天平研制

小展弦比飞翼布局的纵横向气动特性差异大,对天平测量与校准提出了较大挑战。专用天平针对其气动载荷特点和气动力试验需求,通过对常规片梁和柱梁组合的组合测量元件进行改进,提高了横向载荷的测量灵敏度,使得组合元件满足天平除轴向力外的5个分量的灵敏度测量需要。天平选用横Π型梁作为轴向力的测量梁,降低了其他分量对轴向力的干扰。在天平校准时通过施加纵向冲击振动的工程方法完成天平加载头的安全拆卸并应用于模型的拆卸。研制的天平已完成了相关风洞测力试验。     

影响内式天平线性输出的两个因素

本文从理论上分析了天平各分量间三种干扰的应变模式及两类非调零型读出仪表在其阻抗不同和零点调节时,对内式天平电桥线性输出的影响。指出了在组桥和校准时往往忽视而实际上应注意的事项。     

微量天平校准装置及精度分析

装置适用于风洞应变式微量天平六分量精密静态校准。通过高精度复位工件台和电视测量实现了微量天平的五分量体轴校;应用力的精密传递与转换实现了微量载荷在水平方向的准确加载。对三分量天平的综合加载精度以及影响因素进行了分析,同时还给出了该设备对三分量微量天平校准的结果,并与其他设备校准结果进行了比较     

静校方法和数据处理对天平工作公式精准度的影响

本文对天平多元校准和单元校准方法及数据处理方法进行了比较和粗浅的探讨,肯定了单元校准的某些优点并提出了按照天平工作系数权重校准天平的设想。     

基于非复位多元加载系统的天平体轴系静校方法研究

介绍了一种通过测量加载头位移并进行载荷轴系转换的方式获得天平体轴系校准公式的非复位式多元静校系统。基于加载方式建立了载荷地/体轴系转换方法;优化了加载头结构以保证其上所有加载点都位于加载头的纵、横向中心对称线上,从而避免了附加力矩的产生;分析了位移测量方式引入误差的原因并给出了抑制误差的方法。比较采用此静校方法获得的天平公式与采用复位式多元加载静校系统获得的天平公式处理同一次吹风数据的结果表明,本文所述的静校方法所校天平有较为理想的综合加载重复性和综合加载精度。     

应变天平地轴校、体轴校对比的一些问题

为了评价和鉴定新的体轴系加载的校准设备,用五台天平和六个模型进行了两种校准设备、两种校准方法的对比试验,给出了两种天平公式用于处理风洞测力数据结果的差异,分析了其原因,对两种设备和方法进行了评价。     

高超声速风洞多天平测力试验技术研究

在同一次试验中通过安装多台天平测量多个部件气动力,可以更加详细地了解飞行器的气动特性,并可以降低试验成本、提高试验效率。多天平测力技术在亚跨超声速风洞中应用已经非常成熟。但是,在高超声速风洞中,由于模型尺寸小、来流温度高,多天平的布局比较困难,所以目前国内在高超声速风洞中进行的多天平测力试验相对较少。为满足型号研制的需要,在 CARDC 超高速所的Φ1m 高超声速风洞上开展了多天平测力试验技术研究。选取某飞行器的3个控制舵为研究对象。针对试验模型径向尺寸小,而轴向尺寸相对较大的特点,确定采用铰链力矩天平轴线与测量舵转轴互相垂直的“纵轴式”布局方式;采用合理的小型化六分量天平结构形式,升降舵天平测量元件的长、宽、高尺寸为20mm×20mm×25mm;为更加真实地模拟天平的工作状态,设计了专用的加载头,并采用单元加载和组合加载相结合的方法进行校准,校准结果表明,天平主要分量的静校准度均在0.7%以内;在采取温度补偿措施之后,零点漂移明显减小;采用了天平-舵偏角变换装置一体化设计,有效提高了定位和安装精度。在Φ1m 高超声速风洞上开展的 Ma=5条件下的风洞试验结果表明,采用的多天平测力试验技术是可行的,可以应用到高超声速风洞测力试验中。     

风洞天平校准的因子法、正交法及单元校

本文证明瑞典航空研究院天平校准用的因子法与我国多元校用的正交法同属正交法。这不仅有助于正确认识这两种方法,而且对多元校实现自动加载会带来方便。从天平静校与风洞实验结果看,用单元校、因子法与正交法对天平校准将具有相同的准确度。本文提出载荷状态变化量并以其为标准来计算三种校准方法的加载量时发现,单元校的载荷状态变化量最少,因而其加载劳动量也最小。但是,单元校时必须重视对静校装置寄生分量的分析,而因子法与正交法则具有对静校装置寄生分量的平均效应。显然,本文的主要论点与国内一般看法不同且有新意,这将有助于对校准方法的研究,同时对静校装置的应用和设计都将会是有益的。     

加载头不确定度评定方法研究

在风洞天平校准系统中,加载头的主要功能是保证力的三要素中“作用点”位置的准确。然而,由于加工制造误差和尺寸测量误差的存在,加载头施力点的实际位置总是会偏离其相应的理论正确位置,从而导致施力点位置坐标产生误差。这些误差会经由加载头传导到天平校准公式中,从而影响天平载荷测量的准确性。因此,有必要对加载头不确定度的评定方法进行研究。首先采用GUM(guide to the expression of uncertainty in the meas-urement,ISO/IEC GUIDE 98-3:2008)方法建立了加载头不确定度的评定方法和步骤,接着给出了加载头不确定度的表示方法及指标要求,最后以某加载头为例,给出了不确定度评定的详细过程及结果。结果表明,该型加载头各施力点位置坐标的扩展不确定度平均值为0.044mm;力矩力臂的相对扩展不确定度平均值为0.0072%。     

高精度大升阻比民机测力天平研制

用新的设计原则及“Ｖ”型槽截面系数应是三片梁截面系数的３～５ 倍而研制出的民机测力天平升阻比达３０，是常规天平的２～３ 倍；而法向力对轴向力的干扰量还不到常规天平的十分之一。     

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。     

六分量烧蚀/滚转天平静校装置研制

在开展烧蚀/滚转测力试验技术研究时,为校准六分量天平,设计了六分量烧蚀/滚转天平静校装置.作者就这套天平静校装置主要技术指标、总体布局、主要设计特点、天平静校结果等进行了介绍.由于轴向校准载荷特别大,轴向采用无级自动液压加载和测力传感器标定的方式,作者重点对轴向校准进行了分析.     

翼尖支撑双天平校准技术研究

翼尖支撑测力试验技术采用两台天平同时对同一风洞模型进行测力,开展双天平校准技术研究是实现该项试验技术成功应用的关键。基于双天平测量机理,研究并建立了双天平校准技术:利用两台单天平的校准公式,根据空间力系合成原理和天平载荷分量干扰修正技术构建了双天平同时工作的公式。通过对某专用双天平的单独校准、组合校准及风洞试验,对提出的双天平校准技术进行了验证。结果表明:双天平校准技术合理、可靠,可操作性强,能够为翼尖支撑测力试验技术提供必要的理论基础和试验依据。     

应用于激波风洞的半导体应变天平技术研究

对于有效试验时间仅有十至几十毫秒的激波风洞，常规应变天平和压电天平无法满足高精度气动力测量要求。半导体应变计的应变灵敏度远大于常用的金属电阻应变计，但其温度系数比金属电阻应变计高出2个数量级。针对此问题，设计了温度自补偿的半导体应变计并应用于等强度梁试验，结果表明:温度自补偿能够有效改善半导体应变计的温度效应，可将温度漂移降低至0.2% FS。在此基础上，设计了一杆高频响六分量半导体应变天平，通过天平、支杆一体化等设计，将测力试验系统的一阶固有频率提升至100 Hz以上。天平静态校准结果表明:该天平的综合加载误差达到国军标合格指标，综合加载重复性达到国军标先进指标。激波风洞B-2标模测力验证试验结果表明:在有效试验时间内，该天平可获得一个周期以上的输出信号，风洞试验结果与气动手册参考值、CFD计算值吻合较好。     

应变式天平多元静校

本文将最小二乘法原理应用于应变式天平的静校。这种方法定名为多元静校法。计算结果表明用此法能给出准度较高的天平公式。本文的主要目的是用多元加载法来确定天平的一次和二次干扰项。对于四分量天平来说,加载30组就已能得出较好的结果。应用正交设计法编排载荷可以缩短准备时间,提高天平公式的准度。     

横Π型梁在风洞应变天平阻力结构上的应用

主要通过对比传统T型梁和横Π型梁,对风洞应变天平的阻力测量梁进行了分析,根据分析结果提出了传统的横Π型阻力测量梁的改进方式,并通过有限元分析软件进行了优化分析,改进后的横Π型阻力测量梁降低了升力对阻力的干扰,并有利于提高天平阻力分量的稳定性。该测量梁结构应用到了某型飞机高速风洞试验测力天平上,天平静态校准结果与理论分析结果吻合,风洞试验时天平状态良好、性能稳定。