温变小空间下高频六维气动力天平研究

风洞天平是飞行器模型风洞试验的关键测力设备。近年来随着飞行器模型设计复杂度及流场速度提高,对天平的体积、温度敏感性及动态特性要求越来越高。为提高天平的动态性能的同时减小其尺寸,文中提出了石英晶片分区面域电荷采集的压电式六维力测量方法。针对风洞高速流场的气动热影响,选择不同天平材料进行热力学仿真分析。为提高天平刚度,对天平部件的结构尺寸进行参数化仿真。最后对压电杆式天平进行静动态标定及温度敏感性实验,结果表明:天平非线性误差不超过1.31%,重复性误差低于1%,固有频率高于2700 Hz,温度影响相对变化量为0.5%,满足测试需求。

六维压电风洞盒式天平研究

风洞试验是气动力载荷的精确测量手段。针对风洞试验中高频多维气动力的测量特点,采用压电测量元件,开发了一种适用于风洞试验中高频六维气动力测量的盒式天平。根据力与力矩平衡关系建立了输入与输出之间的理论输出模型,通过力传递关系及有限元仿真对气动热作用下天平被动输出进行了分析,并通过标定试验获得了天平性能指标。结果表明,该盒式天平在结构和材料上可抵抗测试过程中的温变干扰,温变影响系数小于0.5%,线性度和重复性误差分别低于0.4%和0.5%,最大相间干扰解耦后低于1.5%,三向一阶固有频率皆高于3000Hz,具有高固有频率、高精度的优良性能。