风洞天平体轴系校准系统的研制与开发

摘要

风洞是进行空气动力学研究与飞行器研制的最基本的实验设备。测力实验是风洞实验中最基本的实验项目。风洞天平是测力实验中最重要的测量装置，用于测量作用在模型上的空气动力载荷(力与力矩)的大小、方向与作用点。而应变天平在用于风洞试验前，必须进行静态校准，天平校准系统的性能指标将直接影响天平校准系数的准确性。国内外各大空气动力研究机构都非常重视应变天平校准系统研制。本文论述我院0.6m三声速风洞配套的六分量应变天平地轴系(ECS)校准系统的研制和初步应用研究工作。
　　 天平校准系统是复杂的自动化系统，涉及机电、测量与控制、力学等多个学科门类，不但在功能上要能够满足实际应用的需要，还需要达到较高的精度、较小的系统误差，同时考虑系统综合性能指标与系统造价的合理平衡。合理确定系统研制的总体要求和技术指标，是系统研制的关键内容之一。本文根据0.6m三声速风洞气动力试验的总体要求，提出了采用天平校准载荷地轴系全自动加载的六分量天平校准系统总体研制方案，并确定了详细的技术指标。
　　 如何实现天平校准载荷六分量自动加载，是六分量天平校准系统研制的关键技术问题之一。本文选用了气压式力发生器和气压控制回路的加载方案实现六分量天平校准载荷的加载，保证各加载分量的精度指标相互协调。同时，在具有全自动加载功能的校准系统研制中，自动加载方式选取和加载机构的设计也是其中的关键技术难点之一。本文采用了力发生器、高精度力传感器闭环控制加载的方法实现天平校准载荷的自动加载，同时设计和优选了高精度施力传递机构，保证了校准载荷的加载精度。
　　 本套天平校准系统已经投入实际应用。系统初步应用表明，系统的各项技术指标达到了设计指标要求，系统性能可靠，天平校准结果准确可信、精度满足要求，同时也证明本文提出的系统总体方案合理、性价比高，天平空间位置测量和天平体轴系载荷算法正确，具有工程实用价值。