一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置的制作方法

本发明涉及风洞试验，具体涉及一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置。

背景技术：

1、风洞测力试验是开展空气动力试验研究的主要手段。风洞模型一般通过模型支撑机构固定在风洞试验段内。风洞模型支撑机构由天平及其支撑机构（支杆、过渡接头和中部支架）等结构组成，通过攻角运动系统、滚转运动系统和偏航运动系统精确模拟风洞模型位姿。

2、风洞试验过程中，风洞模型支撑机构因承受模型的气动载荷而发生弹性变形，风洞模型实际姿态角与名义姿态角(攻角运动系统、滚转运动系统和偏航运动系统控制角度)不一致。为确保试验数据精准可靠，风洞测力试验数据处理必须考虑风洞模型支撑机构变形影响。风洞模型支撑机构变形使得模型姿态角发生变化，主要涉及俯仰角度、滚转角度和偏航角度。

3、风洞模型实际姿态角测量分为直接测量和间接测量两种方法。直接测量主要包括光学测量和倾角传感器测量两种方法。光学测量利用摄影测量技术获取风洞试验过程中模型标记点坐标运动轨迹，通过数学解算获取模型实际姿态角，其优点是不受试验模型及其支撑机构限制，不足之处是需要在试验段合适位置布置相机、数据处理效率低，精度易受模型振动和流场状况影响。倾角传感器测量方式是通过在模型内部布置倾角传感器直接获取模型实际姿态角。其优点是直观可靠，效率高，不足之处是测量精度易受模型振动影响，不能测量偏航角度，易受模型空间限制导致无法安装或增加模型设计困难。

4、风洞模型实际姿态角间接测量主要是指通过加载方式标定风洞模型支撑机构，获取弹性角与天平载荷之间关系。通过弹性角与名义姿态角叠加获取模型实际姿态角。利用弹性角修正获取模型实际姿态角是传统方法，并未因光学测量和倾角传感器测量而退出历史舞台。这主要是因为长期实践表明该方法对于试验数据修正可靠，角度与天平测力数据同步。然而，目前在风洞现场采用手动加载方式，校准效率低、校准能力受限等问题不能适应风洞试验优质高效需求。

5、公开专利（cn 112798216 a）公开了一种风洞天平弹性角自动校准机构，本领域技术人员根据其记载的方案进行技术推导，发现其公开的内容在风洞试验过程中根本就不能实现，根据其记载的内容，其一发现很难加载天平，加因为加载中心远离天平中心导致加载力矩超载；其二，所谓的电缸与承力块固定连接一体，从基本的机械原理而言，是无法通过电缸来改变承力块的六个方向的运动，也就意味着无法改变与承力块连接的加载头的六个方向。因此，（cn 112798216 a）总体的设计原理是行不通的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种能够实现在风洞现场能够自动校正的装置，提高风洞现场模型支撑机构弹性角校准效率和质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，包括托举机构和设置在托举机构上的加载头，

4、所述加载头的两端分别连接有第一电动缸，所述第一电动缸垂直与加载头的轴线且能够绕着加载头的轴线转动，

5、所述加载头上垂直于轴线设置有连接梁，所述连接梁的两端分别连接有第二电动缸，所述第二电动缸垂直与加载头的轴线，两个第二电动缸对称设置在加载头两侧；

6、所述托举结构能够微调加载头的姿态用于与天平连接，所述加载头为中空结构，中空结构内设置有过渡结构，在中空结构内杆式天平的浮动端通过过渡结构与加载头连接，倾角传感器设置在加载头的表面，

7、所述托举机构能够与加载头分离。

8、在上述技术方案中，所述第一电动缸具有两种工作状态，

9、当第一电动缸垂直与水平方向时，第一电动缸对加载头做俯仰加载，

10、当第一电动缸于水平方向平行时，第一电动缸对加载头做偏航加载。

11、在上述技术方案中，当第一电动缸对加载头做偏航加载时，包括承力板和支架，所述支架上设置有两个位移传感器，所述位移传感器水平设置且垂直加载头的轴线用于测量偏航加载时加载头的偏航角，所述承力板与第一电缸的伸出端接触。

12、在上述技术方案中，托举机构设置在移动机构上，所述支架能够连接到移动机构上。

13、在上述技术方案中，第一电动缸通过滑套结构连接在加载头上。

14、在上述技术方案中，第一电动缸与第二电动缸的固定端分别通过铰接结构与加载头连接，第一电动缸与第二电动缸的自由端设置有万向铰接支座。

15、在上述技术方案中，通过更换不同接口尺寸的过渡结构，调整天平校准中心位于两个第二电动缸之间的位置。

16、在上述技术方案中，其自动校正过程包括以下步骤：

17、步骤一：控制第二电动缸不工作使其与风洞壁板不接触，控制两个第一电动缸伸长至与风洞下壁板接触，通过两个第一电动缸对加载头进行俯仰方向加载，利用倾角传感器测量俯仰角度，通过计算得到法向力产生的天平弹性俯仰角修正系数和俯仰力矩产生的天平弹性俯仰角修正系数；

18、步骤二：控制第一电动缸缸缩回至脱离风洞下壁板，控制第二电动缸伸长至与下壁板接触，通过两个第二电动缸对加载头进行滚转方向加载，测量滚转角，对滚转方向的弹性角校准，通过计算得到滚转力矩产生的天平弹性滚转角修正系数；

19、步骤三：控制第二电动缸缸缩回至脱离风洞下壁板，将第一电动缸沿着天平轴线转动90度，通过两个第二电动缸对加载头进行偏航方向加载，利用位移传感器测量位移，计算偏航角度，对偏航方向的弹性角校准，通过计算得到侧向力产生的天平弹性侧滑角修正系数和偏航力矩产生的天平弹性侧滑角修正系数。

20、在上述技术方案中，测试过程中的测试的数据不少于三组，通过最小二乘法计算系数，具体为：

21、

22、其中：为法向力y产生的天平弹性俯仰角修正系数，

23、为俯仰力矩mz产生的天平弹性俯仰角修正系数，

24、为侧向力z产生的天平弹性侧滑角修正系数，

25、为偏航力矩my产生的天平弹性侧滑角修正系数，

26、为滚转力矩mx产生的天平弹性滚转角修正系数，

27、为静态标定下天平的弹性角 。

28、综上所述，由于采用了上述技术方案，相对于现有技术本发明的有益效果是：本发明的风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置集成度高、运输方便、操作简便，具有校准能力强、效率高等特点。

技术特征：

1.一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，包括托举机构和设置在托举机构上的加载头，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：所述第一电动缸具有两种工作状态，

3.根据权利要求2所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：当第一电动缸对加载头做偏航加载时，包括承力板和支架，所述支架上设置有两个位移传感器，所述位移传感器水平设置且垂直加载头的轴线用于测量偏航加载时加载头的偏航角，所述承力板与第一电缸的伸出端接触。

4.根据权利要求3所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：托举机构设置在移动机构上，所述支架能够连接到移动机构上。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：第一电动缸通过滑套结构连接在加载头上。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：第一电动缸与第二电动缸的固定端分别通过铰接结构与加载头连接，第一电动缸与第二电动缸的自由端设置有万向铰接支座。

7.根据权利要求1所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：通过更换不同接口尺寸的过渡结构，调整天平校准中心位于两个第二电动缸之间的位置。

8.根据权利要求1所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于其自动校准过程包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置，包括托举机构和设置在托举机构上的加载头，加载头的两端分别连接有第一电动缸，第一电动缸垂直与加载头的轴线且能够绕着加载头的轴线转动，加载头设置有连接梁，连接梁的两端连接有第二电动缸，加载头为中空结构，在中空结构内杆式天平的浮动端通过过渡结构与加载头连接，倾角传感器设置在加载头的表面，所述托举机构能够与加载头分离，分离后的加载头由第一电动缸和第二电动缸支撑；本发明根据实际风洞运行情况，本发明的风洞模型支撑机构弹性角自动校准装置集成度高、运输方便、操作简便，具有校准能力强、效率高等特点。

技术研发人员：王超,向光伟,谢斌,张璜炜,姚丹,向凡
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15