4米×3米风洞机械天平研究

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1、空气动力测控技术五届四次测控学术交流会论文集4米×3米风洞机械天平研究温渝昌车兵辉付华(中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳62100)摘要本文论述了4米x3米风洞机械天平的测量及调校方法，并给出了研究的结果．关键词机械天平．测量、调校StudvofthemechanicalbalanceiIlthe4m×3mWindTunnelWenYu—chang，CheBing-hui，FuHua(ChinaAertxtyaamicsResearch&DevelopmentCeatetN_iaayaag62100，China)Abst

2、ract：Thispaperp聆s∞tsthemethodsofmeasurementandadjustmentofthemechanicalbalancein4mx3mlowspeedwindtunnel，andgivestheresultofcalibration。Keywords：mechanicalbalance，measuI弓mcnt，calibration1．引言4米×3米风洞塔式六分量机械应变式天平以其测量范围大、精准度高、稳定性强等优点广泛应用于该风洞的腹撑测力试验。近年来，该天平完成ARJ选型等为代表的许多

3、重点型号试验。在该天平的调整校准及试验中，发现测量方式存在不足、塔心调整的方法准确性差、进而影响调整的质量和效率。为进一步提高该机械天平的性能指标，对此进行了研究。2．研究的主要内容2．1测量系统该天平各分量的测力元件选用应变式测量传感器，原有的测量传感器采用悬臂梁式的力传感器，因而传感器与力传递系统之间采用“刀口．刀架”悬挂的方式连接。在测量时发现该连接方式主要存在以下问题：·“刀口．刀架”间的接触水平度决定了力传递特性，进而影响了天平测量的线性特性。·“刀口．刀架”悬挂连接的方式只对单方向力传递，在脉动力作用时，另一方向

4、力的测量将被衰减而使测量的脉动信号出现“半波失真”，在测量常用的平均值处理后将会产生测量误差。为了提高天平的测量性能，需对此测量方式进行研究，改进现有的测量方式。2．2天平塔心调整方法在塔式天平的测量原理中，力矩台三根吊线的虚交点称为塔心。塔心与参考中心的重合程度决定了力与力矩的解耦，即力对力矩的干扰程度。为了减小力对力矩的干扰，需要对塔心位置调整，使塔式天平力矩台斜吊线的延长线汇交于塔心。常用的调整塔心位置的方法是矩阵法，其基本原理是：对于一个简化的天平数学模型，天平状态与天平干扰之间的关系，可写成矩阵的形式331空气动力

5、测控技术五届四次测控学术交流会论文集[G】EAqj]=[叱](i=1,2，⋯，册；J=l，2⋯，刀)⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)其中：f为第f个干扰项，掰为干扰项数；_『为第j『个广义坐标，刀为广义坐标个数；G—在给定载荷作用下，第_，个广义坐标的单位变化引起的第f个干扰力矩，称为天平的干扰系数，G由天平结构形式、几何尺寸和给定在和确定，[q]为常数矩阵(，行X刀)：△田一为选取的调整广义坐标，EzXqj]为待定的矢量矩阵(刀×1)；△7％一为干扰力矩，[刖呸]为已知的矢量矩阵(mxl)。式(1)也可写成下列形式EAqj]=[Cl，]

6、1[出]⋯⋯⋯⋯⋯．．(2)调整时，通过对天平施加给定载荷，获取干扰力矩姒，，根据式(2)即可求出广义坐标量△乃，其反号即为调整量。对于4米×3米风洞塔式六分量机械天平，塔式机构简化如图1所示。通过对该天平力对力矩的干扰分析，天平力矩台三根吊线的伍、0的变化量A叭A0与干扰之间存在唯一对应关系。根据天平的结构形式和公式(1)，可将对应关系表示为公式(3)。×△儡A色△岛△嵋△a2A％撇工AMy工AM2z撇zAMyz抛zAM,dAMyr脚泡r⋯．．(3)在调整时，通过对天平施加给定载荷，获得干扰量，根据公式(3)即可求出三根吊

7、线对应的Aa、△0，其反号即为调整量。332印彩砌砌砌％筋印名5卯勿咖办勿靠办玩岛41tO0O嶂4O气乞刚∞nn白气n吒啪％％仰飞嘞帅％2O2岔O晓2O哩％咖％％叩％％帅％D”DDc!虮)、JP)、J、J)、J口空气动力测挣技术^届旧次测控学术交流会论文集削1塔式机构简埘对公式f3)分析可知：九个方程中．只有?、个位置解，属丁超稳方程组，如仪采用数学求解，九个方程的解会⋯现矛历喊不可能的情况。其解将无法』三确麻州J’塔心的调整。拒实际的I科应_Li】中，需对该方程进行研究，以便求f⋯商定的真实解．以准确调整塔心。3改进方案3

8、1测量方式经技术调研，对Ⅲf量的传搏器及其连接方式进行九垃进。和测量元件方面，果州s型的力传媾器，具体技术指标见表1，在连接方j】：上，将传感器用球型铰链连接在传力杆的中删，井在传力杆与无平连接端，采加十宁形弹簧片连接。具体结构如图2所示。擎I图2传感器安装示意陶及实物嗍空气动力测控技术五