从“首届应变天平国际会议”看天平技术的发展动向

1996年10月在美国NASA的兰利中心召开了“首届应变天平国际会议”。东西方15个国家的主要空气动力研究机构派代表参加了会议。大会交流了45篇论文，这些论文的内容基本上代表了当代风洞天平、校准装置及模型姿态角测量等技术领域的最新成果。会议商定，“第二次应变天平国际会议”将于1999年在英国举行。会议分成九个专题交流：（1）设备综述；（2）风洞天子设计；（3）风洞天平应用；（4）特种天平；（5）测量、应变计与热效应；（6）自动校准装置及技术；（7）校准及数据处理；（8）天平精度和不确定度分析；（9）天平的有限元法分析与…     

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。     

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。     

国外低温内式应变天平技术研究进展

作为低温风洞测力试验的核心测试设备,低温天平受低温风洞气流温度低、温度变化大的影响,会产生零点温度漂移、灵敏度变化等一系列问题,对试验数据的精准度产生影响。因此,相较常温天平而言,低温天平的研制要求更多,难度也更大。在广泛调研国外低温天平研究进展与关键技术的基础上,系统介绍了低温天平的设计与优化、天平材料的选取及热处理、天平的加工与制造、天平应变片的匹配及粘贴、天平校准方法及校准设备等天平研制的多个关键环节,并对未来低温天平技术的发展进行了展望,为我国低温天平的研制及工程化应用提供参考。     

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。     

航空航天制造机器人高精度作业装备与技术综述

新一代航空航天产品的研制与批产对制造精度与加工质量提出了更高的新要求。以机器人为核心的智能制造技术与装备是解决该难题的有效途径。然而,工业机器人较低的定位精度与弱刚性结构属性严重制约了其在航空航天部件高精度加工作业中的推广应用。本文在阐述国内外机器人装备在航空航天制造业的应用现状的基础上,重点介绍了机器人作业刚度强化策略与定位误差精确补偿方法的研究现状,并分析了现有高精度控制方法存在的问题及技术难点。最后探讨了机器人作业装备在航空航天制造领域的技术发展趋势,为面向航空航天产品的机器人高精度制造技术的研究提供参考与借鉴。     

航空航天复杂曲面构件精密成形技术的研究进展

对于当前航空航天飞行器中广泛存在的金属复杂曲面构件的高性能发展需求,提出研发针对叶片类零件、大口径薄壁弯管以及复杂钣金构件的楔横轧短流程制坯、颗粒填料辅助推弯成形以及高能率冲击液压成形等精密成形技术,分别从工艺原理、设备、模具及典型零部件应用等方面对上述技术的研究进展进行阐述和介绍。     

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。     

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。     

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。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中,冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动,天平输出信号中包含了振动干扰量,可通过动态补偿方法进行改善,但现有方法处理方式单一,精度受限。根据测力系统结构特点,将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型,应用振动理论方法,得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中,考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律,提出了天平"多阶惯性补偿方法",并得到了理论补偿系数;进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法,对该方法进行了仿真验证。结果表明,相比传统方法,该方法有效提高了天平动态性能。     

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。     

涡轮发动机动力模拟器校准箱天平校准技术研究

笔者通过对校准箱中德国涡轮发动机动力模拟器(TPS)天平的研究,提出了外式组合天平校准方法及校准原理.针对TPS德国天平本身的结构特点、载荷大小,建立校准中心.研制一套专用德国天平校准装置,进而对该天平进行最终校准,给出校准公式,得出校准数据.     

铰链力矩天平技术及其在风洞实验中的应用

本文介绍了全机半模型铰链力矩天平技术的研究;介绍了七台铰链力矩天平和四套专用校正装置的设计和研制;天平的静校及其在 FD-09低速风洞进行的波音707模型的铰链力矩实验。通过实验证明:在一个模型上同时应用多台铰链力矩天平进行风洞实验的技术,有效地节省了试验时间和经费,提高了风洞实验效率。实验结果表明了铰链力矩天平组的设计符合风洞实验的要求,静校精度较高,动校结果可靠。     

动态有限元模型修正技术及其在航空航天结构中的应用

本文根据国际最新进展和作者多年研究体会，对动态有限元模型修正中两大环节─—试验／计算相关分析和模型参数修正，分别作了系统介绍和综合评述。文中还给出了有限元模型修正技术在航空航天结构分析、设计中一些成功应用实例。最后讨论了该领域中存在的一些主要问题，以及进一步研究的方向。     

高等职业技术学院简介

<正>南昌航空大学高等职业技术学院是南昌航空大学下属的全日制专科层次的二级学院,创立于1999年     

高超声速风洞舵面测力双天平技术及应用

介绍了舵面的双天平测力技术,以及它在0.5m高超声速风洞铰链力矩试验中的应用.天平为轮毂结构形式,竖置在一种十字型尾翼布局的体尾组合体的后端.在一次吹风中可同时测量左右两片水平全动舵的气动特性,给出Ma=6舵面法向力、铰链力矩、弦向压力中心等系数随迎角的变化特性,定量描述大迎角大舵偏角条件下,舵面气动特性的非线性效应,以及由此引起控制力增量的变化趋势.     

航空航天风洞测试技术的新进展ICIASF14届会议概况介绍

国际航空航天模拟测试技术会议是风洞测试技术专业会议，许多风洞测试新技术、新思想都首先在该会作报导，本文简要介绍了在温度、压力测量方面的一些新动向及一些测试仪器的改进和应用。     

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。