基于结构布局分析的应变天平优化设计技术

应变天平作为风洞测力试验中关键测量装置,针对其在大升阻比需求下法向力对轴向力输出干扰较大的问题,将天平结构布局参数带入到天平优化中对天平轴向力元件进行优化。通过有限元方法分析了天平法向力对轴向力的干扰产生原因,以法向力作用下天平的切线方向与X方向的夹角为中间量,分析了天平结构布局参数对轴向力受法向力干扰的影响。基于ISIGHT建立了天平优化流程,并将天平结构布局参数带入到天平优化中与轴向力测量梁和支撑梁参数同时优化。优化后结果表明与优化前的天平仿真结果对比,优化后天平法向力对轴向力的干扰减少了14.16%,轴向力输出应变更接近于目标应变值350。面对大升阻比天平,将天平结构布局参数加入到天平优化中能增强天平轴向力元件抗法向力干扰效果,可满足气动力精细化测量的要求。

杆式天平轴向力元件测量梁夹角优化分析

针对天平轴向力受法向力干扰较大的问题,提出了一种竖直梁轴向力元件的改进结构。通过理论分析和有限元仿真,获得了轴向力/法向力作用下的轴向力元件变形情况;对结构进行受力分析,得到法向力作用下的轴向力测量梁的变形特点及变形原因。提出了一种改进的轴向力元件测量梁结构,测量梁与主梁的连接夹角为不等于90°的优化夹角,该夹角通过仿真结果中的法向力对轴向力的干扰输出与轴向力有效输出之比和该夹角的线性函数关系获得。对改进的天平轴向力元件的有限元仿真结果表明:与传统轴向力元件相比,改进结构的轴向力有效输出仅减小2.77%,但法向力对轴向力的干扰输出减小了99.32%。改进的轴向力元件具有良好的抗法向力干扰的效果,适用于具有大升阻比特性的飞行器风洞模型气动力试验要求。