一种应力波天平悬挂装置及其安装方法

摘要

本发明涉及一种应力波天平悬挂装置及其安装方法，包括支撑体、保护罩、天平和支撑环，保护罩一端铰接在支撑体上，若干个支撑环间隔固连在保护罩上，支撑环上固连有若干个上吊耳，天平上固连有下吊耳，上吊耳与下吊耳之间绕有悬线，以使天平通过悬线吊装在支撑环上，本发明具有解决应力波天平悬挂安装方式中的姿态调节、姿态精确检测和碰撞保护问题的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及风洞天平测力试验技术领域，尤其涉及一种应力波天平悬挂装置及其安装方法。

背景技术

应力波天平属于一种特种风洞天平，主要用于有效试验时间较短(0.1ms-30ms)的脉冲型风洞模型测力试验；应力波天平在试验时一端与模型连接，感受流场冲击模型造成的应力波信号，另一端一般采用刚性连接的方式安装在试验段中的支撑机构上。

应力波天平的刚性连接安装方式具有安装方便、结构简单等优势，但劣势在于保护罩需要将支撑机构包围，否则流场冲击支撑机构产生的应力波会前向传播到天平处造成信号干扰，这就导致保护罩面积很大、刚度差。与此同时，由于脉冲风洞试验时，试验段会在流场作用下发生移动和振动，如果支撑机构与试验段本体之间的隔振效果差，那么试验段发生的移动和振动将影响支撑机构，从而影响测力试验系统，对有效的测力信号造成干扰。

因此，针对以上不足，需要提供一种应力波天平悬挂装置及其安装方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决姿态调节、姿态精确检测和碰撞保护的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应力波天平悬挂装置，包括支撑体、保护罩、天平和支撑环，保护罩一端铰接在支撑体上，若干个支撑环间隔固连在保护罩上，支撑环上固连有若干个上吊耳，天平上固连有下吊耳，上吊耳与下吊耳之间绕有悬线，以使天平通过悬线吊装在支撑环上。

通过采用上述技术方案，将应力波天平安装方式改为悬挂的方式，使应力波天平与支撑体、试验段隔离，在脉冲风洞中，有利于规避试验过程中的大部分振动干扰，得出的应力波天平试验结果优于刚性连接方式的应力波天平试验结果，还可使应力波天平保护罩体积面积显著减小，操作方便；且不需要进行任何试验段或支撑机构改造，不影响其他风洞试验的开展。

作为对本发明的进一步说明，优选地，支撑环一侧转动连接有旋盘，悬线一端缠绕在旋盘上，悬线另一端固连在上吊耳上。

通过采用上述技术方案，设置旋盘可调节天平高度和倾角，使天平在多组支撑环之间能保持水平。

作为对本发明的进一步说明，优选地，旋盘两端固连有挡板，所述挡板外径大于旋盘外径，旋盘一端的挡板上固连有旋钮，旋钮上螺纹连接有螺母，所述螺母与支撑环外侧壁抵接。

通过采用上述技术方案，可稳定固定住旋盘，避免在调节完天平位置后旋盘自主转动。

作为对本发明的进一步说明，优选地，下吊耳上方的上吊耳数量为两个，两个上吊耳位于下吊耳两侧，两个上吊耳距下吊耳的法向距离相等，悬线一端固连在一个上吊耳上，悬线另一端穿过下吊耳再穿过另一个上吊耳后缠绕在旋盘上。

通过采用上述技术方案，使悬线对天平的支撑形成径向倒三角形，使得天平在横向方向上自动对准保护罩腔体纵对称面，且采用径向倒三角的悬线结构形式利用悬线张力和与吊耳的摩擦增加天平的横向运动阻尼，使悬挂的天平更快停稳。

作为对本发明的进一步说明，优选地，下吊耳两侧的悬线夹角介于80°～130°。

通过采用上述技术方案，使下吊耳和悬线之间存在较大摩擦，在天平在横向方向摆动时，两边的悬线存在最大程度的拉压效果，使得天平在横向方向上具有较大的运动阻尼，保证天平能够最快的在横向方向上静止。

作为对本发明的进一步说明，优选地，支撑环下半部的半圆环所处平面与保护罩轴线垂直，支撑环上半部的半圆环所处平面与水平面垂直。

通过采用上述技术方案，既能保证支撑环可稳定安装在保护罩上，又能保证悬线能正常保持竖直状态，进而使支撑环、悬线、天平组成一个平行四边形结构，完成保护罩俯仰姿态向天平俯仰姿态的精确传递，并通过精巧的支撑环设计，解决应力波天平从水平到俯仰姿态时，在保护罩腔体内轴向位置发生改变的问题，避免因轴向位置的改变可而造成装置对天平的碰撞保护失效。

作为对本发明的进一步说明，优选地，天平靠近支撑体一侧顶部固连有气泡水平仪，天平靠近支撑体一端固连有防撞套，防撞套与保护罩之间具有间隙。

通过采用上述技术方案，设置气泡水平仪能直观地测量天平是否水平，设置防撞套解决应力波天平在试验过程中的碰撞保护问题。

作为对本发明的进一步说明，优选地，天平另一端搭载有模型，天平靠近模型的一端外固连有敏感元件，敏感元件两侧的天平上固连有高温密封圈，高温密封圈外套接有内衬套。

通过采用上述技术方案，在天平的敏感元件外部增加密封内衬套和高温密封圈可解决流场静压干扰有效天平输出的问题。

本发明还提供一种应力波天平悬挂装置的安装方法，包括以下步骤：

Ⅰ.在天平上安装模型和气泡水平仪，再在天平和支撑环上分别安装下吊耳和上吊耳，随后在上吊耳、下吊耳和旋盘上牵拉悬线以使天平与支撑环相连；

Ⅱ.将支撑环安装在保护罩上，再将保护罩连接在支撑体上；

Ⅲ.旋动各个支撑环上的螺母，使螺母远离支撑环，随后旋动各个支撑环上的旋钮，使旋盘大幅度转动，使法向投影方向上，天平、悬线和保护罩形成平行四边形结构，之后旋动螺母使螺母与支撑环接触；

Ⅳ.观察气泡水平仪，待天平位置稳定后，观察气泡水平仪中气泡位置，夹住螺母，再旋动旋钮微调天平悬挂高度，使气泡水平仪内气泡居中；

Ⅴ.通过推动保护罩，使保护罩在支撑体上转动，因天平、悬线和保护罩形成平行四边形，则天平的俯仰角度和保护罩的俯仰角度精确的保持一致，实现将天平控制在目标俯仰角度上的目的。

通过采用上述技术方案，使悬挂装置将保护罩的功能从单纯的保护拓展到保护、承重、变换姿态，操作方便；且不需要进行任何试验段或支撑机构改造，不影响其他风洞试验开展。

作为对本发明的进一步说明，优选地，在将天平和支撑环安装在保护罩上后，在天平和支撑环上方安装透明的保护盖，保护盖与保护罩固连且使天平和支撑环四周密闭，旋钮伸出保护盖外。

通过采用上述技术方案，设置保护罩降低天平的外界干扰，保证天平输出尽量只含模型气动力引起的有效应力波信号。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1、本发明通过设置径向倒三角的悬线结构形式利用悬线张力和与吊耳的摩擦增加应力波天平横向运动阻尼，使悬挂结构更加可控；

2、采用轴向平行四边形的悬挂结构，完成保护罩俯仰姿态向应力波天平俯仰姿态的精确传递，并通过精巧的支撑环设计，解决应力波天平从水平到俯仰姿态时，在保护罩腔体内轴向位置发生改变的问题；

3、将敏感元件设计在中空模型腔体内部，并密封敏感元件，解决静压干扰问题。

附图说明

图1是本发明的总装效果图；

图2是图1中A的放大图；

图3是图1中B的放大图；

图4是本发明的横截面图；

图5是图4中C的放大图；

图6是本发明的纵截面图。

图中：1、支撑体；2、保护罩；21、保护盖；3、天平；31、下吊耳；32、气泡水平仪；33、防撞套；34、敏感元件；35、高温密封圈；4、支撑环；41、固定孔；42、上吊耳；43、悬线；44、旋盘；45、旋钮；5、模型；6、内衬套。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种应力波天平悬挂装置，结合图1、图2和图3，包括支撑体1、保护罩2、天平3和支撑环4，保护罩2一端铰接在支撑体1上，天平3为中空杆状，天平3靠近支撑体1一侧顶部固连有气泡水平仪32，气泡水平仪32的精度应与天平3的姿态精度呈正比；设置气泡水平仪32能直观地测量天平3是否水平，天平3靠近支撑体1一端固连有防撞套33，防撞套33为泡棉材质制成的圆柱套，防撞套33与保护罩2之间具有间隙，设置防撞套33解决应力波天平3在试验过程中的碰撞保护问题，天平3另一端搭载有模型5，模型5与保护罩2前端的距离大于天平3尾端与保护罩2下部腔体尾端的距离，保证碰撞只发生在防撞套33与保护罩2之间，进一步避免在试验时天平3与保护罩2产生碰撞而使天平3出现损伤。

结合图4、图5，天平3靠近模型5的一端外固连有敏感元件34，敏感元件34两侧的天平3外套接有高温密封圈35，高温密封圈35外套接有内衬套6，内衬套6包覆敏感元件34和高温密封圈35,可解决流场静压干扰有效天平3输出的问题；两个支撑环4间隔固连在保护罩2上，支撑环4上固连有三个上吊耳42，天平3上固连有下吊耳31，上吊耳42与下吊耳31之间绕有悬线43，天平3通过悬线43吊装在支撑环4上。

结合图1、图4，保护罩2为中空半环柱体，支撑环4为弯折状圆环状(当保护罩2位于水平位置时，支撑环4为常规圆环状)，支撑环4下半部的半圆环嵌入保护罩2内，且支撑环4下半部的半圆环所处平面与保护罩2轴线垂直，支撑环4上半部的半圆环伸出保护罩2外，且支撑环4上半部的半圆环所处平面与水平面垂直，既能保证支撑环4可稳定安装在保护罩2上，又能保证悬线43能正常保持竖直状态，避免天平3在重力作用下相对保护罩2向后并向上移动，导致防撞套33与保护罩2之间的设计间隙减小的问题出现，进而使保护罩2、悬线43、天平3组成一个平行四边形结构，则在保护罩2水平时，天平3长度方向也为水平；保护罩2调整到目标俯仰角度时，天平3的俯仰角度就会精确的和保护罩2保持一致，以完成保护罩2俯仰姿态向天平3俯仰姿态的精确传递，并通过精巧的支撑环4设计，解决应力波天平4从水平到俯仰姿态时，在保护罩2腔体内轴向位置发生改变的问题，避免因轴向位置的改变可而造成装置对天平3的碰撞保护失效。

结合图1、图2和图6，下吊耳31与上吊耳42均为带有圆孔的柱状体，下吊耳31螺纹连接在天平3上，支撑环4顶部间隔开设有四个固定孔41，固定孔41为螺纹孔，上吊耳42螺纹连接在固定孔41内，其中下吊耳31上方的上吊耳42数量为两个，两个上吊耳42位于下吊耳31两侧，两个上吊耳42距下吊耳31的法向距离相等，悬线43一端固连在其中一个上吊耳42上，悬线43另一端穿过下吊耳31再穿过另一个上吊耳42使悬线43对天平3的支撑形成径向倒三角形，且满足：

设天平3的设计位置使得悬线43在法向的投影长度为L，天平3俯仰角度为a，对应俯仰角度的支撑环4的上吊耳42位置轴向向前伸出的距离为P(以补偿天平3相对保护罩2向后移动的距离，保证防撞套33与保护罩2具有合理的设计间隙)，则有P＝L×sina；能使天平3在横向方向上自动对准保护罩2腔体纵对称面，且采用径向倒三角的悬线结构形式利用悬线43的张力和与吊耳的摩擦增加天平3的横向运动阻尼，使悬挂的天平3更快停稳。

结合图1、图2和图6，支撑环4一侧转动连接有旋盘44，旋盘44于上吊耳42之间的支撑环4上还螺纹连接有侧吊耳，悬线43另一端穿过侧吊耳缠绕在旋盘44上，避免悬线43与天平3产生干涉；通过旋动旋盘44收紧或放松悬线43，使下吊耳31两侧的悬线34夹角介于80°～130°之间，保证下吊耳31和悬线43之间存在较大摩擦，在天平3在横向方向摆动时，两边的悬线43存在最大程度的拉压效果，使得天平3在横向方向上具有较大的运动阻尼，保证天平3能够最快的在横向方向上静止；同时旋动不同支撑环4上的旋盘44可调节天平3高度和倾角，使实验开始前的天平3在多组支撑环4之间能保持水平。

结合图1、图2和图6，旋盘44两端固连有挡板，所述挡板外径大于旋盘44外径，以避免悬线43滑脱出旋盘44外；旋盘44一端的挡板上固连有旋钮45，旋钮45上螺纹连接有螺母，所述螺母与支撑环4外侧壁抵接，设置与螺母螺纹连接的旋钮45可稳定固定住旋盘44，避免在调节完天平3位置后旋盘44自主转动；天平3和支撑环4上方设有保护盖21，保护盖21为透明有机玻璃制成的弧形盖，保护盖21与保护罩2固连，以使天平3和支撑环4四周密闭，旋钮45伸出保护盖21外；设置保护罩21降低天平3的外界干扰，保证天平3输出尽量只含模型气动力引起的有效应力波信号。

本发明还提供一种应力波天平悬挂装置的安装方法，包括以下步骤，

Ⅰ.在天平3上安装模型5和气泡水平仪32，再在天平3和支撑环4上分别安装下吊耳31和上吊耳42，随后在上吊耳31、下吊耳42和旋盘44上牵拉悬线43以使天平3与支撑环4相连；

Ⅱ.将支撑环4安装在保护罩2上，再将保护罩2连接在支撑体1上，随后将保护盖21盖在保护罩2上；

Ⅲ.旋动各个支撑环4上的螺母，使螺母远离支撑环4，随后旋动各个支撑环4上的旋钮45，使旋盘44大幅度转动，进而使天平3呈水平姿态，之后旋动螺母使螺母与支撑环4轻微接触；

Ⅳ.透过保护盖21观察气泡水平仪32，待天平3位置稳定后，观察气泡水平仪32中气泡位置，夹住螺母，再旋动旋钮45微调天平3的悬挂高度，使气泡水平仪3内气泡居中；

Ⅴ.通过推动保护罩2，使保护罩2在支撑体1上转动，实现将天平3控制在目标俯仰角度上。

综上所述，将应力波天平3的安装方式改为悬挂的方式，使应力波天平3与支撑体1、试验段隔离，在脉冲风洞中，有利于规避试验过程中的大部分振动干扰，较好的解决了应力波天平3俯仰姿态精确调节检测问题，且不会引起流场干扰等问题，得出的应力波天平3试验结果优于刚性连接方式的应力波天平试验结果；设置防撞套33和合适的模型5安装位置，在解决静压干扰问题的同时，较好的解决了应力波天平碰撞保护问题；还可使应力波天平3保护罩的体积面积显著减小，操作方便；且不需要进行任何试验段或支撑机构改造，不影响其他风洞试验的开展，同时使悬挂装置将保护罩的功能从单纯的保护拓展到保护、承重、变换姿态，操作方便。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。