一種小變形風洞應變天平的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航空航天測力試驗氣動力測量技術領域，尤其是針對暫沖式高速及超高速風洞測力試驗啟動和關車時模型及桿式天平支桿系統劇烈振動問題，利用錐形天平元件結構與測量元件緊湊布局提高天平及支桿整體剛度，增強模型支撐系統抗振動能力，進行更加安全穩定的飛行器模型精確六分量氣動力測量。
【背景技術】
[0002]暫沖式高速風洞測力試驗中，啟動和關車過程氣流脈動和激波掃掠引起的沖擊載荷可能是天平量程的幾倍甚至十幾倍，且分散度很大，難以測量和控制。沖擊載荷引起的振動幅度與天平及支桿的剛度、模型重量、吹風方式有密切關系，并且對試驗安全、測量精度和天平的使用壽命構成嚴重威脅。通過模型減重、降低速壓等方式可以降低一定的沖擊載荷，但受到結構和風洞設備限制，效果并不理想。在有限的設計空間內提高天平及支桿的剛度和承載能力是另一種行之有效的方法。
[0003]常見的桿式天平直徑一般與支桿等直段直徑相等，并且與模型內腔有足夠的間隙，以保證模型受到氣動載荷天平及支桿變形后模型與天平支桿不產生空間干涉。受到模型尾部空間尺寸限制和足夠的間隙要求，天平及支桿直徑較小，支撐系統剛度不足。而模型體中部空間充足，有時為了減重還會去除模型腔體內多余的材料。由于天平與支桿前端等直徑，模型內腔與天平的間隙過大，天平及支桿設計時并沒有充分利用模型腔體內的空間，導致天平剛度和承載能力不足。另外，桿式天平一般采用前中后三段測量元件，長度和材料切削嚴重，進一步損失了天平剛度。

【發明內容】

[0004]本發明為了解決等直徑三段式桿式天平剛度和承載能力不足和天平設計未充分利用模型內腔空間的缺陷，提供一種小變形風洞應變天平及支桿，采用獨特的設計思路和桿式天平及支桿結構增強系統的剛度和承載能力，提高風洞應變天平的安全性和穩定性，延長天平的使用壽命。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種小變形風洞應變天平，包括桿式天平和支桿:
所述桿式天平兩端為錐形結構，桿式天平兩端的中間為天平元件，
所述天平元件為錐形結構，錐形結構上靠近大端部位設置有五分量元件，靠近小端部位設置有阻力元件，
所述支桿包括錐形前端和等直段，所述桿式天平與支桿的錐形前端通過錐面匹配并利用楔子拉緊，所述桿式天平設置于被測模型的內腔內，
所述被測模型內腔的最小直徑大于桿式天平的最大直徑。
[0006]在上述技術方案中，所述支桿的錐形前端的錐度與桿式天平的天平元件的錐度相等。
[0007]在上述技術方案中，所述支桿的錐形前端的最大直徑與天平元件錐形結構的最小直徑相等。
[0008]在上述技術方案中，所述桿式天平的錐形前端的最小直徑與支桿等直段的直徑相等。
[0009]在上述技術方案中，所述五分量元件包括對稱設置的四組多梁結構，位于軸線上的片梁為測量元件，位于各象限的柱梁為承載梁。
[0010]在上述技術方案中，所述桿式天平的阻力元件包括對稱于天平軸線布置的一對Y形測量元件和兩組阻力支撐彈片。
[0011]在上述技術方案中，所述阻力支撐彈片為對稱于天平軸線布置的兩組變截面彈片。
[0012]在上述技術方案中，每組支撐彈片等強度，寬度與天平元件錐度外形相匹配。
[0013]本發明的工作原理是:利用模型天平支桿系統變形特點，充分利用模型內腔充足空間，盡量增大天平直徑，縮短天平長度，減少天平材料切削，達到增強系統剛度和承載能力的目的。具體來講，模型受到氣動載荷后，模型主體本身可看作剛體基本不變形，變形主要由天平及支桿產生。產生變形后，最可能與模型觸碰的是模型尾部內腔與支桿等直段，而模型內腔內部空間比較充足。因此，可以充分利用模型內腔剩余空間，增大天平直徑，以減少天平受載變形。另外，影響天平變形的另外兩個重要因素是天平長度和材料切削程度，因此可以縮短天平元件長度，采用兩段式天平結構布局進一步提高剛度。
[0014]本發明的效果和益處是:一是發展了獨特的模型天平支桿系統設計思想，突破了傳統等直徑天平支桿設計方法和三段式桿式天平結構。二是增大了天平直徑，縮短了天平長度，天平變形小，提高了天平的剛度和承載能力。三是有效抑制系統振動，提高了試驗的安全性和穩定性，延長了天平使用壽命，提高了天平支桿的整體性能。四是擴大了天平設計空間，降低了天平設計難度，有利于天平元件結構和布局優化設計。五是可廣泛應用于沖擊載荷大或振動劇烈的風洞試驗天平研制中，具有良好的實用性和推廣價值。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的一種小變形風洞應變天平裝配示意圖；
圖2是本發明的一種小變形風洞應變天平結構示意圖；
圖3是圖2的A-A剖視圖；
圖4是圖2的B-B剖視圖；
圖中:1.模型，11.內腔，12.尾部內腔，2.桿式天平元件，21.大端，22.五分量元件，221.測量元件，222.承載梁，23.阻力元件，231.彈性支撐片，232.“Y”形測量元件，24.小端，3.支桿，31.錐形前端，32.等直段。
【具體實施方式】
[0016]圖1是本發明的一種小變形風洞應變天平裝配示意圖。本發明所述的一種小變形風洞應變天平主要包括桿式天平和支桿，所述的桿式天平與支桿通過錐面配合楔子拉緊，錐形體位于模型內腔內部。所述的桿式天平元件最大直徑略小于模型尾部內腔最小直徑，在增大桿式天平元件直徑的同時，方便模型的安裝與拆卸。所述的桿式天平元件錐形部分最小直徑大于支桿等直段直徑，數值通過天平及支桿前端等錐度約束條件計算得出。
[0017]圖2是本發明的一種小變形風洞應變天平