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。     

地轴校正转换成体轴天平公式的处理方法

在天平地轴系校正中,支架系统改变,就需要重新校正,以得出相应的公式。本文采用地轴系加载量转化为体轴系加载量的方法,并扣除了弹性变形角和自重的影响,得出了体轴系的天平静校公式,达到了扣除支架影响的目的。这种方法得出的天平体轴公式,在实际吹风试验中得出的结果和原来一套处理方法得出的结果是一致的。     

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。     

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。     

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     

提高风洞天平阻力测量精确度的研究

本文从三个方面研究提高天平测量精确度，包括：设计一种小干扰的元件结构；精心选优，精心粘贴，高质量的温度自补偿箔式应变计，尽可能实行体轴校正，无法实行体轴校时，应对载荷进行轴系修正。Φ１８六分量天平作为课题研究的实例，标模动校测量精度达到国家标准标规定的先进指标。地轴校载荷修正后的标模动校结果与体轴校的标模动校结果吻合。     

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%。     

尾支式天平交叉干扰系数分析

用单元校准法校准尾支式天平时,处理校准结果最麻烦的事,是决定干扰系数。天平杆变形和加载装置的结构不同所引起的干扰系数,在计算综合加载准度的相对均方根差时;应投入运算;但在给出该天平的静校公式时,应予以除去。     

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。     

影响天平测量精准度的主要因素及解决措施

天平是影响风洞中气动力测量精准度的关键因素之一,气动力实验误差的30～60%来源于天平。影响天平测量精准度的主要因素有静校误差、温度效应、位置误差和天平系统动力特性误差。本文阐明这些因素影响的程度及产生的原因并提出了一些切实可行的解决措施。     

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。     

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。     

吸气式空空导弹FADS系统标定研究

针对自主研发的吸气式空空导弹FADS系统,利用FD-12风洞对其进行了标定研究。分析了风洞标定试验的技术特点,提出一种采用变支杆长度方法避开风洞试验台阶波的标定方案,包括支杆设计、模型加工、安装以及测压管路气密性检测等,在风洞中完成标定试验。试验结果表明:在Ma2.0~3.5范围内,FADS系统的测量误差精度全部达到设计目标,其中静压误差≤490Pa（≤3%）、马赫数误差≤0.1、迎角和侧滑角误差≤0.5°;与首次标定相比,各来流参数测量误差均减小,特别是Ma2状态下,静压最大相对误差由11.5%降低到3.0 %,马赫数最大误差由0.15下降到0.10,迎角最大误差由2.5°降低到0.5°,侧滑角最大误差由1.2°降低到0.5°。研究结果可为FADS系统设计提供技术参考。     

基于抗差估计的工业机器人运动学参数标定

为了提高工业机器人标定过程中参数辨识的鲁棒性,提出了一种基于抗差估计的运动学参数标定方法。首先基于D-H模型建立了末端位姿误差模型,同时分析了等价权函数,然后利用激光跟踪仪测量机器人基坐标系和末端位姿,最后结合IGG3权因子函数利用抗差最小二乘法辨识了运动学参数。实验表明,机器人绝对定位的RMS误差由补偿前的0.87mm降低到补偿后的0.21mm,相较于传统的最小二乘辨识算法,此标定方法拟合精度更高且鲁棒性更强。     

压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究

压力敏感涂料PSP是一种先进的光学测试技术。涂料的标定误差是该技术的主要误差来源之一。压敏漆的测量范围正逐步从常规压力区间向超低压和超高压拓展,因此需要开发压力调节范围大、精度高的标定系统。本文将现有的变压力法和变浓度法相结合,提出了一种新型的PSP宽域压力标定方法及系统。通过理论计算的方式,分析了该系统与ISSI公司的商用PSP标定系统的性能差异。结果表明:PSP宽域压力标定系统在低压区（1~20 kPa）标定误差能够控制在0.5 kPa范围内,性能优于ISSI标定系统;中压区（20~200 kPa）与ISSI标定系统性能趋同,误差在4%以内,且随着压力增大,误差降低;高压区（200~600 kPa）可以弥补ISSI无法标定400 kPa以上范围的不足,能实现超高压环境中的PSP标定。本文还对最常用的两种快响应PSP进行了标定实验,结果表明:本文提出的系统标定精度高,能实现PSP宽域标定。     

脉冲燃烧风洞测力系统动态标定方法

针对脉冲燃烧风洞中的测力系统，提出了一种动态标定方法。利用力锤在模型表面上不同位置，沿不同方向施加一系列集中载荷，由输入载荷和天平输出辨识出该表面对应的单位脉冲响应函数（UIRF），再将各表面对应的UIRF加权得到系统的UIRF，加权系数由试验状态下各表面的压力分布确定。辨识某表面对应的UIRF时，通过将其参数化使反卷积问题转化为参数优化问题以回避问题的病态特性。求解参数优化问题时，先用遗传算法搜索到参数全局最优解的近似值，再以此作为单纯形方法的初值继续优化得到参数最优值。在ANSYS中模拟了动态标定过程，考虑了实际试验中输出应变含有较大噪声的情况，验证了这种动态标定方法的准确性。     

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.     

飞机双垂尾载荷自平衡校准

利用研制的能够远距离、大跨度双向加载、可移动的专用液压加载设备,对飞机双垂尾加自平衡载荷进行校准研究。通过对结构受载的分析,简化了结构受载情况,论证了飞机双垂尾的左右两部分加平衡载荷同时进行校准的可行性。使用该技术,不用搭建承力架和复杂地固定飞机,而只需通过地面人工操作即可对双垂尾的左右两部分同时进行校准,能够大大降低飞机垂尾载荷校准试验的难度、风险和成本,对其它飞机此类结构的载荷校准具有一定借鉴作用。     

一种应用于手术导航的双目立体视觉系统的标定方法

本文采用基于平面标志物进行标定的方法，对手术导航定位系统中的CCD进行了标定．获得了正确的摄像机参数。实验结果表明，尽管源图像存在严重的非线形畸变，使用本文中的畸变校正的方法，仍然可以获得无畸变的理想图像。