一种柱形投放物气动力检测装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种柱形投放物气动力检测装置及测量方法属于气动力检测领域，涉及一种可用于航空航天领域的气动力检测装置及测量方法。检测装置是由柱形投放物前部、柱形投放物中部、柱形投放物后部、杆式天平和若干个紧定、固定螺钉组成。杆式天平由后连接杆、两个隔热板、中连接杆、晶组垫、晶体组、预紧轴、前连接杆、屏罩构成。测量方法是通过对柱形投放物中的杆式天平施加力或力矩，来观测输出端的电荷量，采用多电极布置多区域电荷输出叠加的解耦方法，实现该三个力或力矩的测量，同样利用两个Y0切型晶组可实现两个切向力和法向转矩的测量。该测量装置工艺性好、稳定好、成本较小且杆式天平固有频率高、响应快，所采用的测量方法精确度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气动力检测领域，涉及一种可用于航空航天领域的气动力检测装置及测量方法。
技术介绍
国防及航空航天领域中的导弹、武器等飞行速度越来越快，在超高速的环境下，导弹武器等分离阶段的非定常气动载荷问题的检测显得尤为重要，这就对气动力检测装置的设计技术提出了新的挑战。为研究内埋武器分离特性，解决武器分离阶段的非定常气动载荷测量问题，需借助风洞试验手段，利用高频响的动态杆式天平准确测量内埋武器在穿越舱口剪切层阶段的真实气动载荷，分析瞬时气动力对武器分离特性的影响，进而采取有利的流动控制手段改善武器的分离时刻和姿态，保证其安全分离。传统的气动力检测装置主要包括基于应变片的应变式多维力测量装置和基于压电效应的多维压电式测试系统。前者质量轻、响应快，但应变式传感器刚度较低，一般用于模型的静态测力；后者通常以四组压电式三分力传感器或六组压电式单向力传感器，采取一定空间布置的方法来实现，高刚度、高固有频率、高灵敏度、稳定性优良。目前已在轨/姿控火箭发动机脉冲推力矢量测量和高频脉冲推力测量等领域应用。通过在柱形投放物中合理的安置杆式天平来检测其分离阶段的非定常气动载荷测量问题，柱形投放物气动力检测装置的核心是杆式天平，杆式天平的核心是压电式三分力传感器，由于目前检测装置中所需的压电式三分力传感器是基于压电石英晶体纵向效应和横向效应制成的，采用XO切型或YO切型的石英晶片整体电荷输出，造成多维力测量时传感器布置的空间尺寸大，在很多重要工程的重要项目中限制了其应用范围的拓展。杆式天平因受柱形投放物自身结构尺寸的影响，其设计空间有限；并且，因为五维力同时测量，晶片间存在耦合现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是克服上述现有的技术缺陷，借助于高频响的动态杆式天平在柱形投放物中的合理设计安装，来检测柱形投放物分离阶段的非定常气动载荷测量问题。同时利用一种具备多维力测量功能的多维力压电石英晶组，采用合理的测量方法，可以改变传统的气动力检测装置中多维压电式测试系统尺寸过大，某些场合无法应用的难题，可应用于需要多维力动态测量而对尺寸有限制的场合。本专利技术所采用的技术方案是:一种柱形投放物气动力检测装置是由柱形投放物前部1、柱形投放物中部3、柱形投放物后部9、杆式天平和若干个紧定、固定螺钉组成；杆式天平由后连接杆7、2个隔热板13和10、中连接杆6、晶组垫5、晶体组12、预紧轴4、前连接杆14、屏罩11构成；其中，晶体组12由2个YO切型晶组、I个XO切型晶组和2片接地电极组成；柱形投放物前部I的内部有阶梯孔，其后端内圆柱面a与柱形投放物中部前端外圆柱面a丨配合，柱形投放物前部I通过2个固定螺钉2与柱形投放物中部3连接在一起；柱形投放物中部3的内部空腔用来安装杆式天平，柱形投放物中部3后端内圆柱面b和柱形投放物后部9的前端外圆柱面b丨配合。 杆式天平的前连接杆14左、右两端都有螺纹内孔，左端呈圆锥状，即为圆锥左端c，其插入到柱形投放物中部3的锥孔中，同时，前连接杆14左端的螺纹孔通过与螺杆15的螺杆配合面d的配合来实现杆式天平的固定；隔热板13中间有螺纹孔，预紧轴4呈阶梯状，左右两端是螺杆，左端螺杆穿过隔热板13与前连接杆右端螺纹孔配合，从而实现前连接杆14、隔热板13、预紧轴4三者的固定连接。中连接杆6为阶梯状轴，左端有螺纹内孔，右端为螺杆；晶体组12和晶组垫5依次套在预紧轴4右端的螺杆之上，中连接杆6右端螺杆旋入到中连接杆6左端的螺孔中，屏罩11通过螺纹连接拧在晶组垫5和预紧轴4上。后连接杆7呈阶梯状，左端有螺纹孔，右端是光杆e ;中连接杆右端螺杆穿过隔热板10与后连接杆左端的螺纹孔配合连接，后连接杆右端光杆e插入到柱形投放物后部9的左端光孔中，柱形投放物后部9通过3个紧定螺钉8与柱形投放物中部3连接在一起。检测装置采用的测量方法是:通过对柱形投放物中的杆式天平施加力或力矩，来观测输出端的电荷量，利用晶体组12中的XO切型晶组在法向力、除法向转矩外的另外两个转矩的作用下产生耦合感生电荷的方法，采用多电极布置多区域电荷输出叠加的解耦方法，实现该三个力或力矩的测量，同样利用两个YO切型晶组可实现两个切向力和法向转矩的测量；具体步骤如下；I)在一个YO切型晶组中，有一个电极O1,输出电荷Q1,可实现力Fy的测量，且柱形投放物晶体组中的晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，故有Fy = Q1S1 (I)式中，S1为电荷灵敏度系数，单位N/C，Q1为测得电荷量；2)在另一个YO切型晶组中，有两个电极O2和03，输出电荷QjPQ3,可实现力Fz和力矩Mx的测量，具体公式如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱形投放物气动力检测装置，其特征是，检测装置由柱形投放物前部(1)、柱形投放物中部(3)、柱形投放物后部(9)、杆式天平和若干个紧定、固定螺钉组成；杆式天平由后连接杆(7)、2个隔热板(13)和(10)、中连接杆(6)、晶组垫(5)、晶体组(12)、预紧轴(4)、前连接杆(14)、屏罩(11)构成；其中，晶体组(12)由2个Y0切型晶组、1个X0切型晶组和2片接地电极组成；柱形投放物前部(1)的内部有阶梯孔，其后端内圆柱面(a)与柱形投放物中部(3)的前端外圆柱面(a＇)配合，柱形投放物前部(1)通过2个固定螺钉(2)与柱形投放物中部(3)连接在一起；柱形投放物中部(3)的内部空腔用来安装杆式天平，柱形投放物中部(3)后端内圆柱面(b)和柱形投放物后部(9)的前端外圆柱面(b＇)配合；杆式天平的前连接杆(14)左、右两端都有螺纹内孔，左端呈圆锥状，即为圆锥左端(c)，其插入到柱形投放物中部(3)的锥孔中,前连接杆(14)左端的螺纹孔通过与螺杆(15)的螺杆配合面(d)的配合来实现杆式天平的固定；隔热板(13)中间有螺纹孔，预紧轴(4)呈阶梯状，左右两端是螺杆，左端螺杆穿过隔热板(13)与前连接杆右端螺纹孔配合，从而实现前连接杆(14)、隔热板(13)、预紧轴(4)三者的固定连接；中连接杆(6)为阶梯状轴，左端有螺纹内孔，右端为螺杆；晶体组(12)和晶组垫(5)依次套在预紧轴(4)右端的螺杆之上，中连接杆(6)右端螺杆旋入到中连接杆(6)左端的螺孔中，屏罩(11)通过螺纹连接拧在晶组垫(5)和预紧轴(4)上；后连接杆(7)呈阶梯状，左端有螺纹孔，右端是光杆(e)；中连接杆右端螺杆穿过隔热板(10)与后连接杆左端的螺纹孔配合连接，后连接杆右端光杆(e)插入到柱形投放物后部(9)的左端光孔(e＇)中，柱形投放物后部(9)通过3个紧定螺钉(8)与柱形投放物中部(3)连接在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种柱形投放物气动力检测装置，其特征是，检测装置由柱形投放物前部(I)、柱形投放物中部(3)、柱形投放物后部(9)、杆式天平和若干个紧定、固定螺钉组成；杆式天平由后连接杆(7)、2个隔热板(13)和(10)、中连接杆(6)、晶组垫(5)、晶体组(12)、预紧轴(4)、前连接杆(14)、屏罩(11)构成；其中，晶体组(12)由2个YO切型晶组、I个XO切型晶组和2片接地电极组成；柱形投放物前部(I)的内部有阶梯孔，其后端内圆柱面(a)与柱形投放物中部⑶的前端外圆柱面(a丨)配合，柱形投放物前部⑴通过2个固定螺钉⑵与柱形投放物中部(3)连接在一起；柱形投放物中部(3)的内部空腔用来安装杆式天平，柱形投放物中部(3)后端内圆柱面(b)和柱形投放物后部(9)的前端外圆柱面(b ')配合； 杆式天平的前连接杆(14)左、右两端都有螺纹内孔，左端呈圆锥状，即为圆锥左端(c)，其插入到柱形投放物中部(3)的锥孔中，前连接杆(14)左端的螺纹孔通过与螺杆(15)的螺杆配合面(d)的配合来实现杆式天平的固定；隔热板(13)中间有螺纹孔，预紧轴(4)呈阶梯状，左右两端是螺杆，左端螺杆穿过隔热板(13)与前连接杆右端螺纹孔配合，从而实现前连接杆(14)、隔热板(13)、预紧轴(4)三者的固定连接； 中连接杆(6)为阶梯状轴，左端有螺纹内孔，右端为螺杆；晶体组(12)和晶组垫(5)依次套在预紧轴(4)右端的螺杆之上，中连接杆(6)右端螺杆旋入到中连接杆(6)左端的螺孔中，屏罩(11)通过螺纹连接拧在晶组垫(5)和预紧轴(4)上； 后连接杆(7)呈阶梯状，左端有螺纹孔，右端是光杆(e);中连接杆右端螺杆穿过隔热板(10)与后连接杆左端的螺纹孔配合连...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宗金，张军，纪维磊，贾振元，王殿龙，李俊达，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21