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。     

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。     

基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶位移变形测量方法

为实现直升机旋翼桨叶位移变形的非接触测量，提出了基于双目立体视觉的三维测量方法。采用编码标记方式，在旋翼桨叶表面粘贴具有唯一编码信息的标记点，以高频激光器提供纳秒级瞬态照明，同步触发高速CCD相机采集桨叶瞬态图像，基于双目立体视觉原理计算标记点的三维坐标，进而计算得到旋翼桨叶的位移变形参数。试验结果表明:该测量方法的测量精度小于0.1 mm，测量准度小于0.3 mm，可满足直升机旋翼桨叶位移变形的高精度测量需求。     

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。     

高精度六分量应变天平研究

风洞天平测量精度是改善模型风洞试验测量精度的主要因素 ,我国进行了大量研究。本文做了三个方面的工作 :( 1 )设计低干扰的天平阻力元 ;( 2 )选择带温度补偿的高质量的应变计 ;( 3 )选择优质应变片并仔细粘贴。将这些科研成果应用于一台 1 8六分量应变天平上 ,并利用该天平在超音速风洞中对 GB-0 4标模进行气动力测量 ,其测量精度达到国际标准     

串置双五分量天平的研制

本文介绍风洞应变天平中首次研制成功的一台串置双五分量天平。串置双天平由一块钢材制成。O_1天平固定在 O_2天平的受力端。O_2天平既能测量左平尾载荷,又能传递由 O_1天平测量的右平尾载荷。正确分析两台天平的受力传力路线和弹性变形的综合位移量,用严谨的数学公式描述两台天平测量的力和传递的力。对这两种力进行数学分解,形成数学模型,写出天平静校公式的数学表达式,并据此研制天平静校设备,分析天平在各分力作用下的弹性位移,写出弹性角公式。上述各点是串置双天平的核心问题。最后经风洞引导性实验证明,串置双天平的原理、方案、受力分析、静校公式等都是正确的。在国内外,串置双天平第一次用于风洞实验,获得了初步成功。     

低温静力试验热应变/热应力修正方法研究

在低温静力试验中,温度梯度作为一种特殊的"外载荷"作用于参试产品上,因此由其导致的热应变/热应力不能忽略;应变计材料的温度效应引起的应变计热输出异常明显,直接影响试验测量结果;同时由于试件存在温度梯度,采用传统的温度补偿方法对热输出进行剔除不太现实。因此必须通过后处理的方法对测量结果进行修正,热应变/热应力修正方法成为当前低温静力试验中研究的一大热点和难点。     

微型飞行器测量天平设计与风洞试验

用三梁式、四梁式结构分别设计了用于测量微型飞行器气动性能的单分量、二分量和三分量应变天平4台.通过天平的地面静态校准给出了每台天平的使用公式,在专门设计建造的微型飞行器实验装置中,用软模型、硬模型、翼型进行了模型静态气动性能试验,用微型扑翼飞行器进行了单分量和二分量天平动态吹风试验,结果表明,所设计的天平具有较高的精准度和灵敏度,试验曲线光滑连续,实验数据可靠,为微型飞行器的研究提供了非常有效的测量手段.     

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。     

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。     

基于柱梁的片式应变天平研制技术

在飞行器铰链力矩测力和部件测力风洞试验中，常采用片式应变天平测量。受模型结构限制，传统片式天平连接端刚度相对天平元件不足，测量精准度偏低。将片式天平元件分解为多个柱梁元件，通过多个柱梁元件组成一台新型结构的片式天平，可以有效提高片式天平的测量精准度。传统力学分析和有限元软件仿真分析结果均表明该方法具有可行性。基于该技术研制了验证天平，校准结果表明该技术具有很高的应用价值。目前该片式天平研制技术已在中国空气动力研究与发展中心高速所成功应用于多个试验项目。     

南航2m直径旋翼模型试验装置的测量系统

本文简单介绍了南航２ｍ直径旋翼模型试验装置测量系统的５个测量分系统，及其设备配置、使用功能和测量精度。该装置的两个关键测量分系统是天平测量系统及旋翼桨叶应变测量系统。本文重点介绍了为提高这两个分系统的测量精度及减小测量误差，在天平设计、桨叶应变片粘贴、集流环性能、信号传输等方面所采取的方法及措施。     

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。     

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，重点介绍了一种专用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。     

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。