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。     

磁悬挂天平导航控制系统的应用与研究

介绍了利用美国国家仪器有限公司(简称NI:National Instruments)的软件LabVIEW和硬件高速定时器/计数器,以及含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架来实现的磁悬挂天平MSBS(Magnetic Suspension and Balance System)导航控制系统,其中主要包括它的俯仰、左右和平动方向的导航控制.磁悬挂天平是进行风洞实验的理想装置,其基本核心技术之一就是进行导航控制.该系统基于LabVIEW7.0平台进行编程,具有操作界面友好直观、导航控制精度高、便于扩展等特点.磁悬挂天平导航控制系统是"30cm×30cm磁悬挂天平装置"及"30cm×30cm低速高品质气流风洞装置"的重要组成部分.     

磁悬挂天平的电磁铁与控制器设计——磁悬挂天平技术研究之二

本文介绍30mm×30mm 五分力磁悬挂天平的电磁铁结构,讨论电磁铁设计中的几个问题,采用各通道局部补偿的控制方法实现了小气动力作用下飞行器模型的不同姿态悬挂。     

五自由度位置传感器——磁悬挂天平技术研究之一

30mm×30mm 五分量磁悬挂天平主要由位置传感器、电磁铁组、磁悬挂控制器、力测量与校准系统等部分构成。本文对五自由度位置传感器进行研究,重点推导了传感器数学模型,简要介绍了实用的信号处理方法。     

五维光电位置传感器的研究初探

为克服研制磁悬挂天平电感式位置传感器的不足，继而又研制了五维光电位置传感器。它除了改善信号采集的方式外，还可以在控制绕组中使用ＰＷＭ供电方式，降低装置的功耗。本文介绍了这种传感器的工作原理，同时给出了用ＣＣＤ线阵列做传感器的方法。     

磁悬挂天平的数字控制技术(磁悬挂天平技术研究之三)

本文研究磁悬挂天平的数字控制技术。在 φ60mm 单分力天平装置上,配置了以8031单片计算机为核心的控制系统,不仅实现了飞行器模型的稳定悬挂,而且在外力作用下模型悬挂点保持不变。反馈控制律的设计分三步进行:首先对电磁铁特性进行补偿,使其阶次降低,简化后续的设计工作;然后采用比例微分控制达到系统的稳定最后在系统稳定的基础上,设计了位置积分环节,使系统在常值外力作用吋,能实现模型的悬挂点不发生偏离。这种三段设计法在实验调试时具有实用意义。文中具体介绍了控制系统的实现技术,包括 PWM 功率放大器,单片机硬件和软件。     

风洞磁悬挂天平系统的数字控制

本文阐述了风洞磁悬挂天平系统数字控制器的工作原理、软硬件补偿及其配套的测量系统,并分析了数字控制器的特性及其与模拟控制器的本质区别。     

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.     

磁悬挂天平的轴向力测量(磁悬挂天平技术研究之四)

本文在研究30mm×30mm 磁悬挂天平的轴向力测量问题时,采用了间接测量方法,即对线圈电流和模型位置进行测量,再根据电磁力与两者之间的函数关系来确定轴向外力的大小。文章介绍了电磁铁磁场分布的改进结果,测定了传感器的时间漂移和温度漂移特性,确定了天平的最佳使用时间;采用理论方法和实验方法建立了电磁力与线圈电流之间的函数关系。文章详细介绍了这一实验方法,亦即实验校准过程。对天平系统的测量误差作了分析,结果表明传感器时漂产生0.2%的误差,温漂产生0.15△T%的误差,电流取样电阻的温漂产生0.39△T%的误差。文章讨论了进一步提高天平精度的措施。     

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。     

应用于磁悬挂系统的200V─6OA晶体管斩波器

在大功率磁悬挂系统中，电磁铁电流必须采用开关频率较高的大功率斩波器来调节。本文介绍一个用于磁悬挂系统的大功率晶体管斩波器，它的工作电源电压为２００Ｖ，输出电流为６０Ａ，斩波频率为２ｋＨｚ，试验负载从阻性到感性，电感量达２．５Ｈ。该斩波器在一个单自由度大功率磁悬浮试验装置中完成了磁悬挂控制试验。该斩波器由不对称半桥、开关辅助网络、最优基极驱动电路ＵＡＡ４００２、一次脉冲源ＭＣ３４０６０及电流反馈环等部分构成，具有多种保护功能和良好的传输特性线性度。     

磁悬挂天平主激磁绕组的恒流控制系统

国防科技大学研制的６０ｍｍ×６０ｍｍ磁悬挂天平的主激磁绕组，采用了保持激磁电流不变的恒流控制系统，克服了由于温度变化而引起的系统参数变化，提高了测试系统的准确性和稳定性。对实验过程中所出现的误差源，也逐一加以分析，从而找到了减少误差的方法。在恒流系统斩波器电路中，由于使用了集成电路加晶体振荡器的斩波信号源，大大提高了开关频率的稳定精度，改善了闭环系统的滤波效果，提高了系统的稳定特性。本文还介绍了值流系统的设计方法和主要系统电路。     

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     

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。     

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。     

弹射救生系统大迎角大侧滑角天平设计研究

要实现弹射救生系统大迎角大侧滑角试验技术，其中极为关键的是要研制出满足试验研究总体方案要求的天平。为了提高风洞试验的精度和天平抗冲击的能力，要求天平的总长小于90mm，同时具有较高的灵敏度和刚度。作者采用有限元分析技术，优化天平结构的几何外形尺寸，成功地完成了该台天平的研制。     

气动天平用箔式应变计几个问题的讨论

本文简要叙述气动天平用箔式应变计温度自补偿问题,讨论了应变计性能对气动天平精确度的影响,对施工工艺等诸因素影响气动天平的精准度、稳定性等问题作了较详细的分析,作者认为对气动天平进行温度补偿和弹性模量补偿对高精度气动天平是必要的。     

发射井内导弹悬挂系统减振性能研究

为研究井下导弹不同悬挂方式的工作特性及其性能差异,实现悬挂系统的优化设计,以俄罗斯SS-18导弹及发射平台为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS对四种典型井下导弹悬挂系统建立了动力学仿真分析模型,研究爆炸地冲击载荷来袭时导弹和发射筒的动态响应,并对比四种典型悬挂方式的减振效果。研究结果表明,四种悬挂方式对地冲击有不同的减振效果,差别明显,其中下支承式悬挂方式有最好的减振性能,斜吊式会使加速度峰值上升,笼式悬挂方式的晃动控制效果较差,摆式悬挂方式的减振效果相对最差,且无法完全复位。该研究可为井下导弹悬挂系统的选型和优化设计提供参考。     

二滩工程钢引桥风振试验研究

二滩水电站木材过坝机械系统中，斜坡段钢引桥节段模型风洞试验分别在光滑流和大湍流度条件下进行，包括涡激振和抖振试验，以及颤振临界风速和颤振导数测定。试验求得的结果可作为该钢引桥结构动力计算风振稳定性分析的依据。试验中提出的颤振导数提取的方法，是在风洞弹簧悬挂系统中附加动力天平条件下求得的，这是一种新的尝试。