一種舵面鉸鏈力矩測量方法技術

本發明專利技術公開了一種舵面鉸鏈力矩測量方法，用于針對飛行器模型的舵面進行風洞實驗時，利用天平測量所述舵面的鉸鏈力矩；所述方法采用單分量天平直接連接到延伸到機身中的舵面的轉軸上，利用天平直接測量舵面的鉸鏈力矩，克服了三分量天平受機翼變形影響測量誤差大的缺陷，另外，由于機身中的空間足夠寬敞，可以實現更高精度的天平設計，并且天平以及測量線纜等設備的安裝調試都非常方便。另外，本發明專利技術的鉸鏈力矩的測量方法中，除了采用單分量天平直接測量舵面的鉸鏈力矩之外，還可以用同樣一臺天平直接測量不同角度下舵面的鉸鏈力矩，而不需要像現有的三分量天平那樣，不同的角度更換不同的天平，實驗的靈活性大大提高，適應性更好。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種航空空氣動力學實驗設備，尤其是一種用于飛行器風洞實驗過程中，對飛行器模型的舵面進 行風洞實驗時的測量方法，特別是一種舵面鉸鏈力矩測量方法，用于針對飛行器模型的舵面進行風洞實驗時，測量舵面的鉸鏈力矩的方法。
技術介紹
飛行器的舵面的鉸鏈力矩是指流過舵面的氣流對舵軸形成的空氣力矩。飛行器的操縱機構一般是通過機械傳遞控制舵面的偏轉，為了使舵面偏轉到需要的位置，必須克服作用在舵軸上的鉸鏈力矩。風洞是進行空氣動力學研究與飛行器研制最基本的試驗設備，每一種新型飛行器的研制都需要在風洞中進行大量的試驗。風洞試驗的主要目的是要獲取飛行器模型的各種空氣動力參數的變化規律。評價每一種飛行器的飛行性能，除了如速度、高度、飛機重量及發動機推力等要素外，最重要的標準之一是飛行器的空氣動力性能。飛行器的舵面如襟副翼、升降舵、全動平尾、方向舵、前翼等，都需要在風洞中測量其空氣動力性能，其中，舵面的鉸鏈力矩是設計飛行器操縱系統的重要依據。飛行器對舵面的基本要求是舵面能產生足夠的操縱力矩，以保證飛行器能在所要求的狀態下飛行，舵面偏轉到所要求角度的時間短，以保證飛行器具有良好的機動性，要滿足這些要求必須知道舵面的鉸鏈力矩的大小，以便設計合適的操縱面的助力器。風洞鉸鏈力矩試驗的目的即在于測量作用在飛行器舵面上的氣動力對其轉軸的力矩。鉸鏈力矩測量方案的設計，尤其是天平的設計，是試驗成功的關鍵。試驗時舵面經常變更角度，受沖擊載荷大，為了保證試驗精度，天平與模型舵面之間的連接要可靠，定位要準確。但由于舵面一般都很薄，安裝空間小，這使得天平固定端的連接尺寸受到限制，連接穩定性不好，給天平的設計帶來很大的困難。此外，測量天平，特別是扁平片式天平，一般固定端設置在主翼上，主翼受到氣動力影響的變形會使舵面的氣動力特性測量產生誤差。雖然選擇較大尺度風洞可以在一定程度上增加安裝天平的空間，但是這大大提高了試驗和加工成本，在飛行器初始設計階段這是不可取的。在名稱為“四分量片式鉸鏈力矩天平技術及風洞實驗應用研究”(劉喜賀等，《實驗流體力學》2011年02期)的現有技術中，提到了測量鉸鏈力矩的幾種不同模型實驗方法，其中，天平一般直接固定在舵面所附屬的翼型內，由于尺寸空間限制，通常天平結構為片式結構。但是，正如上述現有技術所述，由于機翼較薄，因此通常需要針對不同的機型設置相應的天平結構，并且為了適應機翼厚度不夠的問題，需要特別設計相應的片式結構的天平，從而才能將其置于機翼中。這樣的問題是，片式結構的天平受到機翼空間大小的限制，導致設計的片式天平無法發揮最佳的效能，測量誤差較大，而且由于天平需要安裝在狹小的空間中，安裝調整困難。因此，為了提高舵面的鉸鏈力矩試驗精度，有待開發一種新的鉸鏈力矩測量技術。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種舵面鉸鏈力矩測量方法，以減少或避免前面所提到的問題。具體來說，本專利技術提供了一種舵面鉸鏈力矩測量方法，其提供了新的舵面鉸鏈力矩測量中的支撐方案，并針對該支撐方案提供了新的天平設計，根據新的支撐方案和天平設計，提出了一種新的舵面鉸鏈力矩的測量方法，針對機翼薄、安裝空間小、應用傳統片式天平測量誤差大的問題，設計了鉸鏈力矩試驗軸式測量方案，提高了試驗精度，為選擇合適的助力器提供了重要依據。為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種舵面鉸鏈力矩測量方法，用于針對飛行器模型的舵面進行風洞實驗時，利用天平測量所述舵面的鉸鏈力矩；所述舵面通過第一轉 軸和第二轉軸安裝在飛行器模型的機翼上，所述第一轉軸設置靠近所述飛行器模型的機身一側，所述第二轉軸設置遠離所述飛行器模型的機身一側；所述天平通過天平底座安裝在所述飛行器模型的機身上，并且所述天平與所述第一轉軸連接，所述方法包括如下步驟(A)將所述天平安裝在所述天平底座上，將所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一轉軸上并連接好，在所述舵面的所述第一轉軸和第二轉軸上設置軸承，之后，將所述舵面裝到所述機翼上，將所述天平底座通過螺釘安裝到所述機身上；(B)根據所述舵面的形狀計算確定所述舵面的壓心的位置，然后在所述舵面的壓心位置加載不同質量的砝碼，采集所述天平上安裝的應變片的測量數據；根據不同質量的砝碼計算獲得的舵面鉸鏈力矩，以及對應的所述應變片的測量數據，擬合獲得所述舵面鉸鏈力矩與所述應變片的測量數據的曲線；(C)將安裝好的所述飛行器模型支撐在風洞里，將所述舵面相對所述機翼設置成不同的角度，然后進行吹風，采集所述應變片的測量數據；通過所述步驟B中獲得的所述函數關系，計算得到所述舵面鉸鏈力矩。優選地，所述步驟C中，通過改變所述風洞吹風馬赫數與所述飛行器模型的姿態，可以得到不同速度和姿態下的所述舵面鉸鏈力矩。優選地，所述步驟B中，所述砝碼的加載的方向垂直于所述舵面的弦平面。優選地，所述天平包括一個抱緊所述第一轉軸的轉軸固定部、一個與所述天平底座固定連接的安裝部以及一個分別與所述轉軸固定部和所述安裝部連接的應變部，所述應變片貼在所述應變部的表面。優選地，所述轉軸固定部具有一個可供所述第一轉軸穿過的軸套；所述軸套的兩端分別具有與之固定連接的兩對間隔設置的第一對耳片和第二對耳片；在所述第一對耳片的兩個耳片之間，所述軸套沿所述第一轉軸的軸線方向具有一個第一調整間隙；在所述第二對耳片的兩個耳片之間，所述軸套沿所述第一轉軸的軸線方向具有一個第二調整間隙；所述第一調整間隙和第二調整間隙對準但不連續；所述第一對耳片和第二對耳片上分別具有供調整所述第一調整間隙和第二調整間隙的間距的螺釘穿過的螺釘孔。優選地，所述應變部設置在所述兩對間隔設置的耳片的正中間，所述應變部與所述軸套連接成一體。優選地，所述應變部在鄰接所述安裝部的一側具有一個向下突出的彎折部；所述彎折部具有一個開口向上的第一缺口，所述第一缺口的寬度等于其深度的1/4-1/6。優選地，所述安裝部鄰接所述彎折部的一側具有一個開口向下的第二缺口，所述第二缺口的寬度等于所述第一缺口的寬度，所述第二缺口的寬度等于其深度的4/5-2/3。優選地，所述天平底座具有供所述第一轉軸穿過的兩個的支撐耳片，所述兩個支撐耳片間隔布置在所述天平的轉軸固定部的兩側，所述支撐耳片上的支撐孔與所述天平的軸套孔對準。優選地，所述天平底座對應于所述天平的轉軸固定部和應變部的位置為鏤空結構，所述天平通過其安裝部懸臂固定在所述天平底座上。在本專利技術的舵面鉸鏈力矩測量方法中，提出了一種新的測量思路，S卩，將單分量天平直接連接到延伸到機身中的舵面的轉軸上，利用天平直接測量舵面的鉸鏈力矩，克服了三分量天平受機翼變形影響測量誤差大的缺陷，另外，由于機身中的空間足夠寬敞，可以實現更高精度的天平設計，并且天平以及測量線纜等設備的安裝調試都非常方便。 另外，本專利技術的鉸鏈力矩的測量方法中，除了采用單分量天平直接測量舵面的鉸鏈力矩之外，還可以用同樣一臺天平直接測量不同角度下舵面的鉸鏈力矩，而不需要像現有的三分量天平那樣，不同的角度更換不同的天平，實驗的靈活性大大提高，適應性更好。附圖說明以下附圖僅旨在于對本專利技術做示意性說明和解釋，并不限定本專利技術的范圍。其中，圖I顯示的是，在根據本專利技術的一個具體實施例的舵面鉸鏈力矩測量方法中，舵面鉸鏈力矩的測量方式的結構示意圖；圖2顯示的是根據本專利技術的另一個具體實施例的天平及其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種舵面鉸鏈力矩測量方法，用于針對飛行器模型的舵面進行風洞實驗時，利用天平測量所述舵面的鉸鏈力矩；所述舵面通過第一轉軸和第二轉軸安裝在飛行器模型的機翼上，所述第一轉軸設置靠近所述飛行器模型的機身一側，所述第二轉軸設置遠離所述飛行器模型的機身一側；所述天平通過天平底座安裝在所述飛行器模型的機身上，并且所述天平與所述第一轉軸連接，所述方法包括如下步驟：（A）將所述天平安裝在所述天平底座上，將所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一轉軸上并連接好，在所述舵面的所述第一轉軸和第二轉軸上設置軸承，之后，將所述舵面裝到所述機翼上，將所述天平底座通過螺釘安裝到所述機身上；（B）根據所述舵面的形狀計算確定所述舵面的壓心的位置，然后在所述舵面的壓心位置加載不同質量的砝碼，采集所述天平上安裝的應變片的測量數據；根據不同質量的砝碼計算獲得的舵面鉸鏈力矩，以及對應的所述應變片的測量數據，擬合獲得所述舵面鉸鏈力矩與所述應變片的測量數據的曲線；（C）將安裝好的所述飛行器模型支撐在風洞里，將所述舵面相對所述機翼設置成不同的角度，然后進行吹風，采集所述應變片的測量數據；通過所述步驟B中獲得的所述曲線，計算得到所述舵面鉸鏈力矩。...

【技術特征摘要】
1.一種舵面鉸鏈力矩測量方法，用于針對飛行器模型的舵面進行風洞實驗時，利用天平測量所述舵面的鉸鏈力矩；所述舵面通過第一轉軸和第二轉軸安裝在飛行器模型的機翼上，所述第一轉軸設置靠近所述飛行器模型的機身一側，所述第二轉軸設置遠離所述飛行器模型的機身一側；所述天平通過天平底座安裝在所述飛行器模型的機身上，并且所述天平與所述第一轉軸連接，所述方法包括如下步驟 (A)將所述天平安裝在所述天平底座上，將所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一轉軸上并連接好，在所述舵面的所述第一轉軸和第二轉軸上設置軸承，之后，將所述舵面裝到所述機翼上，將所述天平底座通過螺釘安裝到所述機身上； (B)根據所述舵面的形狀計算確定所述舵面的壓心的位置，然后在所述舵面的壓心位置加載不同質量的砝碼，采集所述天平上安裝的應變片的測量數據；根據不同質量的砝碼計算獲得的舵面鉸鏈力矩，以及對應的所述應變片的測量數據，擬合獲得所述舵面鉸鏈力矩與所述應變片的測量數據的曲線； (C)將安裝好的所述飛行器模型支撐在風洞里，將所述舵面相對所述機翼設置成不同的角度，然后進行吹風，采集所述應變片的測量數據；通過所述步驟B中獲得的所述曲線，計算得到所述舵面鉸鏈力矩。2.根據權利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟C中，通過改變所述風洞吹風馬赫數與所述飛行器模型的姿態，可以得到不同速度和姿態下的所述舵面鉸鏈力矩。3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于，所述步驟B中，所述砝碼的加載的方向垂直于所述舵面的弦平面。4.根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于，所述天平包括一個抱緊所述第一轉軸的轉軸固定部、一個與所述天平底座固定連接的安裝部以及一個...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王孜孜，宗寧，韓江旭，黎軍，趙長輝，郭燦生，王木國，曾宏剛，金棟林，王金剛，崔青，程思野，李海泉，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所，中國航空工業集團公司沈陽空氣動力研究所，
類型：發明
國別省市：