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。     

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。     

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。     

风洞天平校准设备研制的回顾与建议

本文简要地总结了近二十多年来我国风洞天平静校准设备研制的发展概况,简述了目前国外风洞天平校准设备技术的现状;对今后我国风洞天平校准设备的研制,提出了粗浅的看法。     

高超声速风洞铰链力矩试验技术研究进展

针对高超声速风洞铰链力矩试验比低速和高速风洞铰链力矩试验模型尺寸更小、温度效应和缝隙窜流影响更大,试验难度更大的特点,“十一五”以来,在中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所的Ф1 m高超声速风洞上开展了高超声速铰链力矩试验技术研究工作。先后发展了基于纵轴式、横轴式以及其他布局方式的天平及其试验装置设计技术,探索了适用于高超声速风洞试验条件的减小天平温度效应的措施、舵偏角变换方式和天平校准方法,并开展了多轮验证试验。试验结果表明:发展的铰链力矩试验方法、试验装置、天平结构、舵偏角变换方式和天平校准方法等能够满足不同高超声速飞行器控制舵面气动力测量的需求;采取的天平两端加装隔热套和电桥桥路补偿等措施能够有效减小天平温度效应和缝隙窜流的影响。目前,本项试验技术已成功应用于Ф1 m高超声速风洞马赫数4～8（来流总温273～740 K）的舵面气动特性测量,铰链力矩重复性精度优于1.50%。     

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。     

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。     

应力波天平在国内激波风洞上的应用

介绍了应力波天平的特点、原理,通过应力波天平设计、制作、校准、试验、数据处理等方面在中国空气动力研究与发展中心φ0.6m激波风洞上的应用情况,指出有必要在国内激波风洞上更进一步地开展应力波天平测力技术.     

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。     

0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计

低温风洞运行过程中,洞体回路承受的温度低且温度变化范围大,使结构产生较大的热变形和热应力,将影响风洞的气动性能和安全性。在进行0.3 m低温风洞结构设计时,通过合理选取风洞结构材料、采取驻室夹层内腔的气流换热和结构热变形释放等措施对结构热变形进行有效控制,并针对洞体回路的热变形和热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,降温7200 s后,拐角导流片的温度降至约110 K,稳定段的法兰温度约为250 K,洞体回路的最大热应力出现在换热器驻室壳体上,约为110 MPa,安全系数大于1.8;洞体回路温度降至90 K时,长轴方向收缩约为29 mm,短轴方向收缩约为12 mm。通过低温风洞试验发现,仿真计算结果接近于实际的测量结果,调试试验结果验证了该风洞结构设计的可靠性。     

大型低温风洞结构设计关键技术分析

高雷诺数的模拟对飞行器的研制至关重要,是衡量风洞模拟能力的主要参数,低温风洞是工程上实现高雷诺数模拟的有效途径.作为低温风洞主体的洞体机械系统是其核心承载和功能设备,具有结构复杂、功能集成度高、可承受交变载荷等特点.通过分析国外低温风洞设计建设历程,结合国内低温风洞工程技术现状,对大型低温风洞洞体机械系统结构设计的关键...     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中,温度变化范围大,容易在结构内部引发较大热应力,影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象,基于流固热耦合方法,采用多物理场数据交换接口MpCCI,联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent,建立扩散段的流固热耦合仿真模型,分析低温内流场的换热特性,计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现,流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果,能够准确反映低温风洞结构的热力学特性,可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

大型低温风洞模型进出系统关键技术分析

模型进出系统是大型低温风洞的重要组成部分,是实现低温模型更换的核心系统.大型低温风洞模型进出系统具有结构复杂、规模大、功能集成度高、对环境条件要求高等特点.通过对国外低温风洞模型进出系统设计建设历程的回顾,结合国内相关技术现状,分析讨论了大型低温风洞模型进出系统设计的关键技术,阐述了模型进出系统大空间低露点干燥系统、宽...     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

产生风洞低温试验气流的新途径

降低风洞气流总温是提高亚、跨声速风洞雷诺数的有效方法。现有采用液氮致冷的生产型低温风洞能满足设计各种新型飞机进行气动试验所需的雷诺数要求，但由于需耗用大量液氮，导致运行费用高昂，此外，排出大量低温缺氧气体还严重影响生态和环境，为此本文提出一种新颖的致冷途径。首先在风洞排气口添置双向式热交换器。利用排气携带的冷量将流入风洞的压缩气体预冷。既回收利用了排气的能量，同时还将排气温度提高。预冷过的压缩气体再通过热分离器进一步将温度降至近冷凝点或使其凝结，分别用作直通型或回流型低温风洞的气源。原理性实验结果及其推算表明：常规风洞使用的中压气源就能满足常压、低温风洞运行要求。     

CHN-T1标模大型低速风洞试验结果相关性分析

为满足型号研制的试验数据质量需求,进一步开展CFD验证与确认工作,中国空气动力研究与发展中心建立了大展弦比运输机高低速统一标模体系。为获得可靠风洞试验数据,使用设计加工的第一个运输机标模CHN-T1（1:6.4,翼展4.667m）在FL-13风洞和DNW-LLF风洞进行了试验。同一构型下,前者试验雷诺数为1.4×106~2.5×106,后者试验雷诺数为1.4×106~3.2×106。模型在FL-13风洞中通过TG1801A内式六分量天平与大迎角支撑机构相连,在DNW-LLF风洞中则通过W616天平与尾撑机构相连。两风洞均测量了模型力和力矩。风洞试验数据差异评估包括重复性、气动特性和雷诺数影响。结果对比表明:标模在不同风洞试验中的升力线斜率相差很小;设计升力点附近（Ma=0.78,C_L=0.5）阻力系数相差0.0004,试验数据一致性较好;雷诺数对标模气动特性影响符合预期。     

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。     

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     

应变天平信号调理和模拟校正的研究与应用

应变天平的输出信号较小,安装和信号连接环节较多,吹风试验过程中故障较频繁。故对其信号进行合适的调理,使用适当的电信号校正技术,即用电的方法模拟天平所受的载荷,对解决天平使用过程中的问题,迅速诊断故障,提高天平以及风洞测力试验精度和准确度都有重要的意义。