应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平，包括：天平主体，其上依次设置有模型连接端、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件、支杆和支架连接端；所述轴向力测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽；所述第一组合测量元件和第二组合测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第二圆弧形沟槽；本实用新型专利技术通过在光纤气动力测量天平测量梁上设计光纤F‑P应变计安装定位用的圆弧沟槽，可有效解决因光纤F‑P应变计尺寸小导致的应变计安装强度不高，安装位置易偏移的问题，确保了光纤F‑P应变计的安装质量。

Optical fiber aerodynamic measuring balance applied to hypersonic low density wind tunnel

The utility model discloses an optical fiber aerodynamic measurement balance applied to a hypersonic low density wind tunnel. The balance consists of a balance body, a first combined measuring element, an axial force measuring element, a second combination measuring element, a support rod and a support connection end; the axial force measuring element is in turn. The first circular arc groove for installing the fiber strain gauge is arranged on the measuring beam; the first combined measurement element and the measuring beam of the second combination measuring element are provided with second circular arc grooves for installing the fiber strain gauge; the utility model designs a fiber F gauge P strain gauge on the beam on the optical fiber aerodynamic measurement balance measurement beam. The circular arc groove used for installation and positioning can effectively solve the problem that the installation strength of the strain gauge is not high and the installation position is easy to offset because of the small size of the fiber F P strain gauge, and the installation quality of the optical fiber F P strain gauge can be ensured.

【技术实现步骤摘要】
应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平
本技术属于航空航天测力试验
，具体涉及一种风洞试验模型气动力测量天平，特别涉及一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平。
技术介绍
高超声速低密度风洞是研究稀薄气体动力学的一种工具，也是模拟航天器高空、高速飞行状态的一种地面试验设备。在该风洞中，可进行诸如导弹、诱饵、卫星和飞船返回舱等航天器模型的气动特性试验。随着我国航天技术的发展，对各种航天飞行器模型的气动力精细测量提出了越来越高的要求。在高超声速低密度风洞中开展模型气动力试验时，通常采取电阻应变天平实现试验模型的气动力、力矩测量，但由于高超声速低密度风洞试验气流总温高，必将对电阻应变式天平的输出造成很严重的温度干扰，且这种温度干扰是随气流总温的升高和模型滞留热气流中的时间增长而非线性的增加，直接影响到试验数据的可靠性，且难以准确修正。光纤气动力测量天平是近几年新发展起来的一种气动力测量天平，它是将光纤应变计安装在气动力测量天平各测量梁上作为天平感受气动力载荷的敏感元件，通过解调仪获取其光谱信号并送入计算机进行处理和运算，获得各光纤应变计对应的相位/波长输出值，并对其相位/波长输出值进行组合来确定光纤气动力测量天平各分量的输出值。光纤应变计具有灵敏度高、响应快、可靠性好、抗电磁干扰、耐腐蚀、能在高温环境中正常工作等优点，是一种理想的传感测试敏感元件。目前电阻应变天平所采用的电阻应变计绝大部分为箔式电阻应变计，其基底为有一定尺寸的有机树脂材料，有一套成熟的安装工艺，且由于箔式电阻应变计安装面较大，其引出线为金属导线(漆包线)，可以随意弯曲而不影响其输出信号，其安装、引出线敷设和信号引出对天平结构没有特殊要求，故测量天平在结构设计上只简单地开设走线槽。光纤应变计为一种新型的传感测试元件，其外形为的光纤，没有成熟可靠的安装工艺，而光纤应变计安装质量的好坏，是决定光纤天平应变测试成功与否的关键因素之一。由于光纤应变计外形尺寸非常小，且安装面为圆弧形，加上其引出线为裸光纤，其柔韧性和抗弯折能力较差，无损耗弯曲半径不小于5mm，使得其安装和引出线敷设难度较大，安装过程中容易安装不牢或安装位置不正，从而严重影响了光纤天平的性能。为了使光纤应变计能正确地反映天平元件在所测载荷作用下产生的应变，提高光纤天平在高超声速低密度风洞中的测试精度，一方面需对光纤天平结构进行改进，使其能更有利于光纤应变计的安装和信号线的敷设，另一方面需建立一套规范的光纤应变计安装方法。
技术实现思路
本技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本技术的这些目的和其它优点，提供了一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平，包括：天平主体，其上依次设置有模型连接端、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件、支杆和支架连接端；所述轴向力测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽；所述第一组合测量元件和第二组合测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第二圆弧形沟槽；所述轴向力测量元件的上下框体上各设置有一个纵向走线槽；所述轴向力测量元件靠近模型连接端的端面上设置有两个第一斜孔Ⅰ，所述两个第一斜孔Ⅰ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第一组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向力测量元件靠近支杆的端面上设置有两个第一斜孔Ⅱ，所述两个第一斜孔Ⅱ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第二组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向力测量元件的框体上设置有四个通孔，其分别位于轴向力测量元件两个测量梁的两侧；所述轴向力测量元件的上下框体上设置有四个斜槽；所述四个斜槽的一端与分别与四个通孔相通；另一端与纵向走线槽相通；所述支杆上均匀设置两个第二斜孔和支杆中心孔；所述两个第二斜孔的一端与第二组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通，另一端与支杆中心孔相通；优选的是，所述第一圆弧形沟槽和第二圆弧形沟槽的槽深均为0.1mm。优选的是，所述第一组合测量元件和第二组合测量元件为为法向力、俯仰力矩组合测量元件。优选的是，所述光纤应变计为光纤F-P应变计。本技术至少包括以下有益效果：(1)通过在光纤气动力测量天平测量梁上设计光纤F-P应变计安装定位用的圆弧沟槽，可有效解决因光纤F-P应变计尺寸小导致的应变计安装强度不高，安装位置易偏移的问题，确保了光纤F-P应变计的安装质量；(2)通过在光纤气动力测量天平结构本体上设计可供各光纤应变计引出光纤敷设的孔、槽，可有效解决光纤应变计引出线敷设困难的难题。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本技术所述光纤气动力测量天平的整体结构示意图；图2为光纤F-P应变计结构示意图；图3为本技术所述光纤气动力测量天平的结构示意图；图4为图3中A向结构视图；图5为图3中B-B剖面的示意图；图6为图3中C-C剖面的示意图；图7为本技术所述光纤气动力测量天平的一面结构示意图；图8为本技术所述光纤气动力测量天平另一面的结构示意图；图9为图7中B-B剖面的示意图；图10为图7中C-C剖面的示意图；图11为图8中A-A剖面的示意图.具体实施方式：下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1～11一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平，包括：天平主体，其上依次设置有模型连接端1、第一组合测量元件2、轴向力测量元件3、第二组合测量元件4、支杆5和支架连接端6；高超声速低密度风洞光纤气动力测量天平的应变计采用的是基于激光加工的光纤F-P应变计，主要由单模光纤7、F-P空气腔8及单模光纤9组成，见图2，图中S为F-P腔的腔长，两粘结点之间的距离L为应变计的标距。它是采用157nm准分子激光微加工系统制作而成：157nm激光在一有高温涂覆层的单模光纤7的端面处刻蚀一约60微米的圆孔，刻蚀深度约40微米，并将刻蚀后的光纤7端面进行抛光处理，保证端面与轴线的垂直度要求；将端面加工有微孔的单模光纤7与端面切割并抛光处理好的另一单模光纤9用光纤熔接机熔接在一起形成F-P空气腔8，即制作成光纤F-P应变计。光纤F-P应变计有效尺寸由于光纤F-P应变计尺寸小安装面为圆弧形，安装过程中容易安装强度不够或位置安装不正，从而严重影响了光纤天平的性能(安装强度低会使其蠕变和机械滞后等静态性能变差，位置安装偏会带来干扰)。为解决光纤F-P应变计在测量梁上安装困难的问题，在天平各测量梁安装光纤F-P应变计的表面上沿着中心线开设的圆弧形沟槽，槽开设方向为应变计安装方向，槽深0.1mm；具体为：所述轴向力测量元件3的测量梁301上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽12,13；所述轴向力测量元件3的测量梁302上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽14,15；所述第一圆弧形沟槽12,13,14,15顺着光纤应变计的安装方向开设；所述第一组合测量元件2的测量梁上设置有用于安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平，其特征在于，包括：天平主体，其上依次设置有模型连接端、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件、支杆和支架连接端；所述轴向力测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽；所述第一组合测量元件和第二组合测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第二圆弧形沟槽；所述轴向力测量元件的上下框体上各设置有一个纵向走线槽；所述轴向力测量元件靠近模型连接端的端面上设置有两个第一斜孔Ⅰ，所述两个第一斜孔Ⅰ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第一组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向力测量元件靠近支杆的端面上设置有两个第一斜孔Ⅱ，所述两个第一斜孔Ⅱ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第二组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向力测量元件的框体上设置有四个通孔，其分别位于轴向力测量元件两个测量梁的两侧；所述轴向力测量元件的上下框体上设置有四个斜槽；所述四个斜槽的一端分别与四个通孔相通；另一端与纵向走线槽相通；所述支杆上均匀设置两个第二斜孔和支杆中心孔；所述两个第二斜孔的一端与第二组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通，另一端与支杆中心孔相通。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平，其特征在于，包括：天平主体，其上依次设置有模型连接端、第一组合测量元件、轴向力测量元件、第二组合测量元件、支杆和支架连接端；所述轴向力测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第一圆弧形沟槽；所述第一组合测量元件和第二组合测量元件的测量梁上设置有用于安装光纤应变计的第二圆弧形沟槽；所述轴向力测量元件的上下框体上各设置有一个纵向走线槽；所述轴向力测量元件靠近模型连接端的端面上设置有两个第一斜孔Ⅰ，所述两个第一斜孔Ⅰ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第一组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向力测量元件靠近支杆的端面上设置有两个第一斜孔Ⅱ，所述两个第一斜孔Ⅱ的一端分别与纵向走线槽相通，另一端与第二组合测量元件的测量梁上的第二圆弧形沟槽相通；所述轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵夫，戴金雯，杨彦广，邱华诚，李绪国，刘志强，刘太奎，皮兴才，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51