一種雙端校準裝置及校準方法
2023-05-18 17:27:41 3
一種雙端校準裝置及校準方法
【專利摘要】本發明為一種雙端校準裝置及校準方法，屬於航空航天測力試驗氣動力測量【技術領域】，用於針對風洞氣動/運動耦合研究的測力試驗時，校準一種中部固定、兩端自由的雙端測力裝置；主要包括兩套「L」形滑塊和加載頭，相互配合使用，其中前「L」形滑塊一端與前加載頭相連，另一端與雙端測力裝置前端相連，後「L」形滑塊後一端與後加載頭相連，另一端與雙端測力裝置後端相連；所述的加載頭為四點式框架加載頭，在空間上互不幹涉，用於施加縱向載荷；所述的「L」形滑塊為測力裝置與加載頭之間的連接件，在空間上互不幹涉，並設置有一對縱向對稱的阻力加載點，用於施加軸向載荷。本發明解決了特種試驗中雙端測力裝置的校準問題，最多可校準六個分量，確實為一種簡單可行的特種測力裝置校準方案。
【專利說明】一種雙端校準裝置及校準方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於風洞氣動力測量裝置【技術領域】，具體涉及一種雙端校準裝置及校準方法。
【背景技術】
[0002]目前，特種風洞測力試驗中需要設計特殊的測力裝置以測量模型所受氣動載荷的大小、方向和作用點。測力裝置在試驗前都需要通過校準裝置施加載荷，並按照一定的步驟方法校準，以獲取輸出信號與載荷的關係矩陣，即計算公式，並確定測力裝置的綜合誤差。常用的校準裝置有滑塊式、套筒式兩種，根據測力裝置的結構特點和載荷不同，一般大載荷杆式測力裝置選用套筒式校準裝置，小載荷測力裝置選用滑塊式校準裝置。特種測力裝置一般要設計相應的加載裝置並探索相應新的校準方法，以滿足試驗需要。用於特種試驗的雙端測力裝置無法用現有的校準裝置和校準方法完成校準，主要原因是這種測力裝置是中部固定兩端自由的特殊結構，通用校準裝置和校準方法只能校準一端固定、另一端自由的測力裝置。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決雙端測力裝置的靜態校準問題，提供一種雙端校準裝置及校準方法。
[0004]為實現上述目的採用如下技術方案:
[0005]一種雙端校準裝置，包括兩個對立設置的連接件，每個連接件的上端設置有用於固定被測裝置的連接孔，連接件上端設置有阻力加載點用於加載軸向載荷；每個連接件的下端設置有加載頭，兩個連接件下端設置的加載頭在空間上互不幹涉。
[0006]在上述技術方案中，所述兩個連接件上的連接孔對稱同軸設置。
[0007]在上述技術方案中，所述兩個連接孔上的阻力加載點縱向對稱。
[0008]在上述技術方案中，所述加載頭為方形，加載頭的四個角的每一個角上通過垂直連接線連接一個加載盤。
[0009]在上述技術方案中，所述兩個連接件均為「L」形。
[0010]本發明還提供一種雙端測力裝置的校準方法，該方法為:
[0011]第一步，將被測的雙端測力裝置的調整水平並將固定端固定，分別安裝兩個「L」形的連接件，使得被測的雙端測力裝置的兩個連接端插入在連接件上的連接孔內；
[0012]第二步，分別調整兩個加載頭的力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的固定端兩邊兩個電氣中心在水平面上的投影重合，連接所有加載盤；
[0013]第三步，在其中一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項係數和幹擾項係數；
[0014]第四步，在另一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項係數和幹擾項係數；
[0015]第五步，分別繞軸向力方向旋轉雙端測力裝置180度、90度、270度，重複第一步、第三步、第四步，依次校準測力裝置縱向和橫向正、負方向，最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關係的計算矩陣；
[0016]第六步，驗證計算矩陣的綜合誤差，所有加載點在縱向和橫向分別加載按大小隨機分布的檢驗載荷多次，計算誤差指標，獲得雙端測力裝置測量準度。
[0017]在上述方法中，所述的第二步和第三步單獨依次加載雙端測力裝置的兩端，分別求得雙端測力裝置兩端相互幹擾係數。
[0018]在上述方法中，所述的第六步是同時加載雙端測力裝置前段和後段的各個方向，以獲得雙端測力裝置的綜合誤差。
[0019]在上述方法中，所述的雙端測力裝置的校準方法採用地軸系校準方法。
[0020]本發明具有以下特點:
[0021]1、本發明的雙端校準裝置可實現中部固定兩端自由的特種測力裝置的模擬加載，適用於彈類模型的氣動/運動耦合測力特種試驗前測力裝置的地面靜態校準。
[0022]2、突破了傳統校準裝置只能校準一端為固定端、另一端為自由端的測力裝置，採用兩套加載頭配合使用，砝碼加載時空間上不相互幹涉。
[0023]3、本發明的雙端校準裝置結構簡單，利用框架結構優化減重，剛度大重量輕，既易於加工和裝配，又減小了加載頭重量對校準結果的影響。
[0024]4、本發明的雙端測力裝置的校準方法簡單易行，採用單端校準和雙端綜合校準的方式，有利用獲得準確的校準計算公式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中:
[0026]圖1是本發明的雙端校準裝置的主視圖；
[0027]圖2是本發明的雙端校準裝置的俯視圖。
[0028]圖中:1是雙端測力裝置，11是前段電氣中心，12是後段電氣中心，13是固定端，21是前「L」形滑塊，22是前加載頭，31是後「L」形滑塊，32是後加載頭。
【具體實施方式】
[0029]圖1是本發明的雙端校準裝置的主視圖，本發明所述的雙端校準裝置，主要包括兩套「L」形滑塊和加載頭，相互配合使用，其中前「L」形滑塊一端與前加載頭相連，另一端與雙端測力裝置前端相連；後「L」形滑塊一端與後加載頭相連，另一端與雙端測力裝置後端相連；所述的「L」形滑塊為測力裝置與加載頭之間的連接件，並設置有一對縱向對稱的阻力加載點，該阻力加載點在測力裝置軸向力方向所在的水平面內，通過與該水平面相切的多組滑輪施加軸向載荷。
[0030]圖2是本發明的雙端校準裝置的俯視圖，結合圖1，本發明所述的加載頭為四點式框架加載頭，米用一前一後、一上一下的布局方式，使加載碼盤在空間上互不幹涉，便於利用標準砝碼施加載荷；所述的雙端校準裝置縱向對稱，以降低非對稱結構引入的幹擾誤差。
[0031]本實例以四分量(升力、俯仰力矩、側向力和偏航力矩，共8組差分電壓輸出信號)的雙端測力裝置校準為例，說明具體實施步驟:
[0032](I)將雙端測力裝置的固定端固定在校準架上，法向力正方向向上，必要時需要通過合適的接頭連接，保證連接可靠，通過水準儀、傾斜儀等光學儀器使得雙端測力裝置的軸線在水平面內，將雙端測力裝置的8組差分電壓輸出信號與採集系統連接，保證信號方向與規定的坐標系方向一致，初讀數穩定；
[0033](2)安裝前「L」形滑塊和前加載頭到雙端測力裝置前端，安裝後「L」形滑塊和後加載頭到雙端測力裝置後端，通過水準儀、傾斜儀等光學儀器使得縱向對稱的加載點處於同一水平面內，即不存在滾轉角，法蘭連接、螺釘拉緊；
[0034](3)通過加載升力和俯仰力矩的方法確定加載頭力矩中心偏移電氣中心的距離，並據此分別調整前、後加載頭力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的前段電氣中心和後段電氣中心在水平面上的投影重合，誤差不超過0.2mm,並分別測量前、後加載頭力矩中心距離雙端測力裝置I端面的距離，作為校準中心力矩參考長度；
[0035](4)在前加載頭的四個加載盤上多次施加階梯載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算出雙端測力裝置的前段主項係數和對後段的一次幹擾項係數；
[0036](5)在後加載頭的四個加載盤上多次施加階梯載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算出雙端測力裝置的後段主項係數和對前段的一次幹擾項係數；
[0037]對於四分量測力裝置，每進行一個分量的單元校準，利用最小二乘法擬合計算後，會得到當前校準分量的主項係數以及校準分量對其它七組電壓信號的一次幹擾係數。
[0038](6)分別繞軸向力方向旋轉雙端測力裝置180度、90度、270度，重複第⑴、⑵、
(4)、(5)步，依次校準測力裝置縱向正方向和橫向正、負方向，對於正負方向的各係數採用平均法得到最終係數。
[0039]最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關係的計算矩陣，如表I所示；
[0040]表I某四分量雙端測力裝置靜校公式
[0041]
【權利要求】
1.一種雙端校準裝置，其特徵在於包括兩個對立設置的連接件，每個連接件的上端設置有用於固定被測裝置的連接孔，連接件上端設置有阻力加載點用於加載軸向載荷；每個連接件的下端設置有加載頭，兩個連接件下端設置的加載頭在空間上互不幹涉。
2.根據權利要求1所述的一種雙端校準裝置，其特徵在於所述兩個連接件上的連接孔對稱同軸設置。
3.根據權利要求1所述的一種雙端校準裝置，其特徵在於所述兩個連接件上端的阻力加載點縱向對稱。
4.根據權利要求1所述的一種雙端校準裝置，其特徵在於所述加載頭為方形，加載頭的四個角的每一個角上通過垂直連接線連接一個加載盤。
5.根據權利要求1所述的一種雙端校準裝置，其特徵在於所述兩個連接件均為「L」形。
6.一種雙端測力裝置的校準方法，其特徵在於該方法為: 第一步，將被測的雙端測力裝置調整水平並將固定端固定，分別安裝兩個「L」形的連接件，使得被測的雙端測力裝置的兩個連接端插入在連接件上的連接孔內，調整水平後用螺栓緊固； 第二步，分別調整兩個加載頭的力矩加載中心，使其與雙端測力裝置的固定端兩邊兩個電氣中心在水平面上的投影重合，連接所有加載盤； 第三步，在其中一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項係數和幹擾項係數； 第四步，在另一個連接件及加載頭的各加載盤多次施加載荷，採集雙端測力裝置的所有分量的電壓輸出值，計算主項係數和幹擾項係數； 第五步，分別繞軸向力方向旋轉雙端測力裝置180度、90度、270度，重複第一步、第三步、第四步，依次校準測力裝置縱向和橫向正、負方向，最終獲得雙端測力裝置的電壓輸出與載荷關係的計算矩陣； 第六步，驗證計算矩陣的綜合誤差，所有加載點在縱向和橫向分別加載按大小隨機分布的檢驗載荷多次，計算誤差指標，獲得雙端測力裝置測量準度。
7.根據權利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準方法，其特徵在於:所述的第二步和第三步單獨依次加載雙端測力裝置的兩端，分別求得雙端測力裝置兩端相互幹擾係數。
8.根據權利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準方法，其特徵在於:所述的第六步是同時加載雙端測力裝置前段和後段的各個方向，以獲得雙端測力裝置的綜合誤差。
9.根據權利要求6所述的一種雙端測力裝置的校準方法，其特徵在於:所述的雙端測力裝置的校準方法採用地軸系校準方法。
【文檔編號】G01L25/00GK104198113SQ201410476414
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】謝斌, 向光偉, 趙忠良, 吳軍強, 王超, 李 浩, 陶洋, 楊海泳 申請人:中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所