8米×6米风洞全机模型外式天平研制

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1、370空气动力测控技术六届一次测控学术交流会论文集8米×6米风洞全机模型外式天平研制薛伟李发尧戴华南(中国空气动力研究与发展中心低速所，绵阳622662)摘要全机风洞测力试验是为了测定全机气动参数，为气动布局，总体参数选择提供依据。全机模型外式天平是为满足该测力试验要求而研制。本文阐述了该外式天平研制过程中，分析以往该类型天平研制过程中存在的问题。运用有限元分析和结构优化方法，采用新的元件型式，通过有限元分析结果和天平校准结果对比表明：新采用的元件结构形式、布局方式和连接界面选择等是合理可行的，方法和手段可以在外式天平研制过程中借鉴。关键词8米×6米风洞全机

2、模型外式天平有限元计算结构优化O引言全机模型风洞测力试验是为了测定全机气动参数，为气动布局、总体参数选择提供依据。某型飞机全机测力试验是在8米×6米风洞开展的风洞测力试验，由于模型外形特殊，天平设计安装空间受到极大限制，且模型重心与天平中心偏心距离大，致使天平设计附加载荷大，给天平设计带来很大的困难。根据该模型的特点，试验采用外式天平带叉型支撑系统试验方案，若选用现有汽车、半模试验用的外式天平，天平载荷量程偏大，难以获得较为准确的试验数据。因此根据型号单位对试验方案的要求和低速所未来一段时间应对同类风洞试验的需求，由总体室以8米×6米风洞全机模型气动载荷、同

3、类模型试验气动载荷等为依据，提出此次外式天平设计载荷，满足该型全机模型风洞试验需求。1前期外式天平分析1．1外式天平结构分析由于该外式天平为在8米×6米风洞开展汽车、半模测力试验所用，因此天平设计载荷需满足该类型号试验需求，天平设计载荷见表1。天平由上框体、下框体、四台呈长方形布置的固定在上下框体之间的多元测力传感器和保护罩等组成。天平通过上框体将作用在模型上的载荷传递到四个测力传感器上，每个测力传感器可测出三维正交力，通过以下关系求解，可得到作用在试验模型上的六个分量载荷。天平结构和元件如图1所示。表1分量Y(N)X(N)MzCN·m)Z(N)My(N’m

4、)Mx(N·m)设计载荷5000010000200004000013000400001．2外式天平校准结果分析校准条件：单元地轴系偏心校准，带叉形支撑3145nun处，偏离天平元件中心距离约3395mm·机构校准，校准中心位于天平上表面中心正上方&综合加载精准度结果薛伟荨：8米x6米风嗣夸机模Ⅲ补式^平研制习。．。匡刿。口度专p¨+¨忡¨◆{争圈目l^早和测力i件结构筒目裹2#量校准戴荷女3*itl绝对*差(N、N·m)l相≈4差o／FS(％)l相对*差。／Cal(％)表2、表3综合加载精准度结果表明：带义形支撑机构加载校准时，天平综台加载耩准度指标在满量程

5、范围内考核时，均达到或超过了相关标准先进指标；在校准载荷内考核综台加载精准度指标时，多数升量指标不能满足相关标准指标要求。分析认为．箍于有分量综合加载精度指标不能满足要求．因此存在加载系统机械连接间隙或天平各分量之间相互干扰过大的问题。b天平校准结果干扰分析通过天平使用公式计算，备分量受其余五个分量的干扰见表4(加载中心为天平上表面中心)。^41分量hUxD55105l干扰246％39*％X372$气勒JJ目控技术^月一次铡控{术盘《会沧女集受其黧果淼搿篡澡M～x-F鼙2天平优化设计受其余分母扰过太问题，干扰量达到了2鼎～’’。⋯一’。50!l。分析原因为升

6、力元件设计所致。2l设计技术条件a设计载荷^5

7、Y(N)MyfNm)l30000注：提供的设计载荷考虑了模型位于风洞中心试验时的附加偏心载荷b结构尺寸天平尺寸为1200m(长)×1∞嘶玳宽)×290ram(高)。c试验方案试验方案采用外式天平连接叉型支捧系统方式，叉型支撑系统重新设计加工，外式天平上框体与叉型支撑系统连接，保持原有的连接方式不变。d天平拉准天平枚准采用单元地轴系校准方法。外式天平下框体与现有基座连接，上框体通过设计的校准连接件与现有加载头(^加载头)连接，实现外式天平校准。2．2天平结构简介此次外式天平设计也采井{四个多元力传感器作为敏感元件

8、组合电桥方式实现六分量载荷测量。天平由上框体、r框体、四台暑长方形布置的同定在上下框体之间的多元剥力传感器、盖板和保护罩等组成，见图2。天平材料选用为：七下框体选用不锈钢ICrl3；测力元件选用CONil8CogM03TiAI．其弹性模量E=18725xIOIIN／m2．剪切弹性横量c=6664x1010N／m2屈服极限口s=l754×109N／m2，目2*i^}＆”镕∞月目23多元力传寤器优化设计现了校准加载x、z和IIy时，对Y、№、№产生原有多元力传感器有限元计算结果见图3，该较大的干扰。图提供了对单个多元力传感器施加升力和施加侧多元力传感器设计为四拄

9、粱与两端固定粱组力载荷时的应变云图，由应变云图可以看