基于减小轴向力测量干扰的高精度测力天平研制

闫万方, 蒋 坤, 张 江

(中国航天空气动力技术研究院, 北京 100074)

0 引 言

应变天平依然是目前风洞试验中的核心测量设备之一，随着风洞试验技术的发展以及飞机、箭弹等精细化设计程度的提高，风洞天平的测量精度要求也越来越高。近年来，针对不同试验测量需求，国内外设计人员开展了相应的天平研制工作，并着重针对提高轴向力的测量精度进行了研究，研制了如大载荷容量/刚度[1-2]、大升阻比[3]、高精度轴向力测量[4]等天平，取得了不错的效果。对杆式应变天平而言，轴向力是最难测量的载荷分量，其原因一是轴向力元件设计需严格协调天平刚度、强度和灵敏度之间的矛盾，二是各载荷分量对轴向力有不同程度的干扰且多非线性，加剧了轴向力的测量难度[5-6]。国内外风洞机构在降低轴向力干扰、提高测量精度方面一直在进行着研究和探索，其中，熊琳等[7]针对小直径杆式天平较弱刚性导致轴向力干扰较大的问题进行了深入分析，并提出改进设计措施。史玉杰等[8]对“横Π型”轴向力结构的干扰特性进行了研究，提出了通过改进结构设计和贴片位置从而改善轴向力干扰的方法。另外，文献[9-10]对“I型”梁、“T型”梁等进行了结构优化设计，使得常规结构天平的轴向力干扰显著减小。上述研究通过结构优化设计一定程度上减小了轴向力的干扰，但效果有限。同时，对常规天平而言，力矩(包括My、Mz及Mx)对轴向力元件的干扰应变较大，只能通过惠斯通电桥部分消除，受轴向力应变片的敷贴位置影响较大；……