用于旋翼试验台的双通道六分量天平设计

为满足旋翼试验台主轴上六分量力/力矩的高精度测量需求,设计一种可输出两组载荷的双通道六分量天平,该天平具有8个测力分支共16个拉压力传感器,可同时测量6个力/力矩分量,且各载荷分量具有2个测量通道。在ABAQUS软件中利用有限元仿真技术分析了对天平进行单分量满量程加载时传感器弹性体的应变情况,天平具有较高的测量灵敏度。基于最小二乘法原理对天平标定数据进行线性解耦,解耦后天平的I类误差小于1.32%,Ⅱ类误差小于2.35%,满足旋翼试验台所用六分量天平的使用需求。     

杆式风洞应变天平动态解耦-补偿

采用串行动态解耦-补偿网络实现多维力/力矩传感器的动态解耦-补偿,对已有的设计方法进行了改进。基于单通道加载实验数据,通过系统辨识方法设计网络的各个环节。具体针对六维杆式风洞应变天平,采用负阶跃单元加载法进行动态标定实验。对力矩加载实验数据进行预处理。采用OE模型描述串行动态解耦-补偿网络中的各个环节,通过基于预报误差的系统辨识方法确定其参数。对实验数据处理的结果表明,所设计的杆式风洞应变天平动态解耦-补偿网络能将杆式天平的维间动态耦合误差由高至88.85%降低至6%以内,主通道阶跃响应调节时间缩短至30 ms以内且超调量降低至5%以下,从而大幅度改善了杆式风洞应变天平的动态性能。     

一种用于飞机模型动力模拟风洞试验的空气桥天平的研制

风洞试验是空气动力学研究和飞机设计的必要技术手段,其中测力天平是飞机模型测力试验的核心关键设备之一。在飞机模型动力模拟风洞试验中(如推力矢量,TPS进排气,滑流试验等),需要给飞机模型注入高压气体用以驱动动力模拟实验设备,在测力天平上需要安装高压供气管路用来传输高压气,即组成为空气桥天平。空气桥天平在供气时,由于自身刚度,压力膨胀等原因会对天平测力有干扰影响,需要考虑相关解决措施。研制一台新型六分量内式空气桥天平,用于测量推力矢量风洞试验中飞机的气动载荷。并研制一套校准装置用于空气桥天平的校准,得到天平工作公式,并修正消除安装波纹管所产生的影响。     

应变天平系统动力学分析

针对应变天平系统在风洞实验中测量非定常载荷时存在明显不确定度的现象,采用有限元软件ANSYS对天平系统进行动力学分析。分析结果表明,天平系统在动态测试实验中,天平系统在动态测试实验中,系统自身刚度对测试结果存在影响。当支撑座材料刚度足够大时,载荷满足解耦条件,即可用Y方向载荷作用代替X,Y方向载荷共同作用。且无论支撑座刚度大小如何,X和Y方向的载荷对测试点应变的作用相互不干涉。为设计天平系统时材料的选择与动态实验中应变天平系统载荷的加载提供一定的参考。     

导弹挂飞载荷的校准试验分析

为得到某型导弹的挂飞载荷,采用杆式内置六分量应变天平方法进行测量,详细介绍了该方法的基本原理,为飞行实测导弹挂飞载荷提供了一种思路。该方法的测量结果可用于风洞试验和计算流体力学仿真分析结果的对比。介绍了集成有应变天平的挂飞导弹的载荷校准试验,来验证应变天平的测量误差和测量能力。分析试验数据可知,该方法的测量精度满足飞行实测要求。     

基于应变法的非常规细长拉杆飞行载荷实测技术

操纵舵面铰链力矩测量是飞机飞行载荷实测的重要部分,传力拉杆(连杆)载荷实测是铰链力矩测量关键手段。以某型飞机舵面拉杆载荷测量为例,提出基于应变法的非常规细长拉杆飞行载荷实测技术,并将其用于该机定型试飞中。结果表明,该方法可有效用于非常规细长拉杆飞行载荷实测;如果选择合适的应变改装位置,类似结构可只进行单向载荷校准试验。     

应变计组合对光纤天平校准和试验的影响分析

三分量光纤天平常采用8支应变计组合求解天平的3个分量,光纤应变计组合仍采用类似于电阻天平的惠斯通电桥组合方式,该组合方式没有利用光纤应变计的输出可直接与天平所受气动载荷建立线性函数关系的特点,应变计数量偏多。为验证采用较少光纤应变计进行光纤天平气动力测量的可行性,本文针对三分量光纤天平,设计了不同应变计数量的8种组合方式,分别进行了光纤天平的静态校准和风洞试验来验证不同应变计组合方式光纤天平的性能。结果表明:3支光纤应变计即可实现三分量天平的精确测量;不同应变计组合方式的光纤天平的性能接近,测量的HB-2模型的气动力系数偏差在2%以内,且天平的校准准度和风洞试验重复性精度都能满足低密度风洞试验要求。     

脉冲风洞天平动态标定加载系统设计

由于脉冲风洞试验时间短,冲击载荷大,试验过程有强烈振动,影响天平的测力精度,因此,需要对天平模型进行动态标定.针对风洞天平的动态标定所需要的高频率、重载荷稳定的动态力,设计了一套动态力加载系统.机械结构运用电动机带动丝杠副的结构设计,控制部分采取嵌入式PC,在系统内虚拟出软PLC.传感器检测模块和电动机驱动模块等通过EtherCAT总线与软PLC通讯,实现硬件的模块化集成.经试验测试,该系统能满足风洞天平的测试要求.     

Y形横梁六维力/力矩传感器的应变分析

设计电阻应变式六维力/力矩传感器的前提是预知其弹性结构的应变分布,而传统的基于几何建模的有限元分析设计方法存在耗时长、效率低等问题。针对Y形横梁六维力/力矩传感器的弹性结构,提出一种高效、精确的解析分析方法。详细考察了该六维力/力矩传感器弹性横梁在各轴力/力矩载荷作用下的变形特征,基于铁木辛柯梁理论建立简化的力学模型,从而解析地得到各轴力/力矩载荷作用下弹性横梁中应变的显式表达式,与有限元模拟进行对比。结果表明:解析模型给出的预测结果与有限元数值解基本吻合,说明了该解析模型的正确性和有效性,从而为Y形横梁六维力/力矩传感器的设计提供了高效、精确的解析手段。     

杆式风洞应变天平动态实验、建模与补偿

杆式应变天平是一种6维力传感器,在风洞实验中测量飞行器模型所受的各个方向的力和力矩.但是,其动态响应的超调量大,调节时间长,即动态性能差,无法满足动态测试的要求.为此,设计了应变天平动态标定装置,进行动态标定实验;基于实验数据建立应变天平的动态数学模型,给出性能指标;研制基于DSP的动态校正系统,实现对应变天平6路输出信号的动态补偿,以加快应变天平的动态响应.所建的模型和所研制的系统得到实验结果的验证.     

有起落架布置的双三角翼载荷测试技术研究

针对起落架布置在机翼上从而很难实现对机翼根部切面载荷测试的问题,结合某型飞机全机载荷测试项目,分析研究了该型机翼的结构特点,并设计机翼根部弯矩、剪力、扭矩测试应变电桥。考虑到外场无承力结构可作为约束载荷点的试验条件,提出全机自平衡多点协调加载标定模型,得到了较准确的载荷标定数据。同时对标定试验数据进行多元回归分析,建立了载荷标定方程,并通过校验工况对载荷标定方程进行了误差分析,大载荷下的误差均不超过5%,可满足一般的工程要求。最后经飞行实测验证,得到了该类机翼根部切面准确的载荷-时间历程。该技术可以运用到有起落架布置的机翼载荷外场测试上,对起落架以内的切面载荷测试可作为通用方法使用。     

组合支撑方式下气动多维力多点测量研究

飞行器的设计通常需以其模型在风洞试验中所获取的气动载荷为依据.对于大尺寸、大长径比的飞行器模型,其测试空间受限,常规支撑装置与测量方法难以满足风洞试验的尺寸与动态特性要求.针对上述问题,以压电传感器为核心测试元件,提出了一种结合张线支撑和尾部支撑的组合支撑方式,开发了一种支撑装置与测试元件一体化的气动多维力测试系统.分...     

Apparatus for measurement of pitch and yaw damping derivatives in high Reynolds number blowdown wind tunnel

The pitch/yaw apparatus designed for the measurement of the moment derivative due to an aircraft or missile model angular oscillatory motion in a wind tunnel test section is presented. A model is forced to oscillate with the primary angular oscillation around its transversal axis (pitch or yaw). Damping derivatives are obtained as a difference between total damping measured in the presence of aerodynamic load and mechanical damping measured in the absence of aerodynamic load. The main requirements for a new apparatus were: high load capacity, high structural rigidity, high range of the experimental frequencies and high sensors sensitivity. The choice of the hydraulic drive is made considering these requirements. Amplitude of the excitation moment is measured either by internal wind tunnel balance or by a specially designed excitation moment sensor. The T-38 wind tunnel data for the Modified Basic Finner Model and Basic Finner Model obtained using the pitch/yaw apparatus are shown.     

基于Stewart机构的六维力/力矩传感器

基于Stewart机构的六维力/力矩传感器是一种十分优越的测力传感器,具有测力接触面大、承载能力强、量程大、测力信息丰富等优点,可被广泛应用在航空机器人、航空航天技术及宇宙空间器的对接试验、风洞试验等场合。根据以上特点,阐述Stewart机构的六维力/力矩传感器的测力原理,分析传感器的受力变形,零部件设计尺寸和理论尺寸的制造误差及安装误差对其测力精度的影响,并对其结构参数进行优化设计。提出一种标定方法,研究其标定算法。对自主研制的Stewart六维力/力矩传感器进行标定试验,得出该传感器的标定矩阵。研究结果表明,用标定矩阵代替传感器理论影响系数矩阵参与6个单向力传感器输出信号的耦合,能够有效地提高该传感器的测力精度。     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

梯形钢阻尼器盆式橡胶支座的吸能特性研究

针对在单向力作用下梯形钢阻尼器的变形情况,建立整体结构的水平力-位移表达公式,通过ABAQUS软件进行仿真,得到支座荷载-位移的滞回曲线,分析不同影响因素对支座滞回曲线的影响规律.通过地震荷载响应分析,得到地震荷载下的荷载-位移曲线,同时分析了单向与双向加载下的吸能特性.结果表明:新型支座具有良好耗能特性,可以有效地减...     

过约束平面并联三维力/力矩传感器的研制

针对轴承的故障早期诊断和在线实时监测,提出了一种新型过约束平面并联三维力/力矩传感器。通过采用分支轴线均不过传感器中心的6条对称分布的测力分支,该传感器可同时测量轴承径向载荷和轴向力矩。根据静力学平衡方程,求解了其测量数学模型;基于传感器测量模型与性能指标分析了传感器性能,进而对其各结构参数进行优化设计。研制了传感器样机及其加载标定实验系统,开展了加载标定实验,得到了该传感器的测量精度。标定实验结果显示:传感器径向力测量精度为2.56%,力矩测量精度为0.92%,Ⅰ类误差为2.56%,最大Ⅱ类误差为2.29%。文中所做工作,为将该新型过约束平面并联三维力/力矩传感器应用于在线实时测量轴承径向载荷和轴向摩擦力矩奠定了基础。     

Design optimization of a wind tunnel force balance using stepwise response surface method

A force balance measures the forces being applied to an object in a wind tunnel test. The force balance needs to be optimized to generate an acceptable gauge reading while guaranteeing no structural failure by the wind tunnel loadings. This paper proposes a stepwise response surface method (RSM) for design optimization of a force balance. Three sampling techniques were tried in the RSM study, and finite element simulation was used for functional evaluation. The first trial was based on broad sampling, followed by a second trial based on narrow sampling. The data from these trials was then utilized in a final regression, in which a quadratic model was generated to identify the final optimum point. The final design of the force balance provides satisfactory gauge readings with decreased stress values even though the roll moment is greatly increased.