一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法技术

本发明专利技术涉及一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法，属于试验测试领域。该测力天平，包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；天平台架机构用于将试验模型受到的矢量力分解为水平与竖直方向分量，并在水平和竖直方向上产生扭转形变；光学测量机构用于测量天平台架机构的水平和竖直方向的扭转形变；标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定。天平台架机构实现对试验模型两个方向的受力分量开展测量，天平利用永磁体阵列与直导线阵列分别在两个测力自由度上构成的电磁标定装置，能够实现对测力过程的在线实时标定。

A Twisted Scale Two-Degree-of-Freedom Force Balance and Its Calibration and Force Measurement Method

The invention relates to a torsion balance type two-degree-of-freedom force balance and its calibration and force measurement method, belonging to the field of test and test. The force balance includes skyscraper mechanism, optical measuring mechanism and calibration mechanism; skyscraper mechanism is used to decompose the vector force on the test model into horizontal and vertical components, and produce torsional deformation in horizontal and vertical directions; optical measuring mechanism is used to measure horizontal and vertical torsional deformation of skyscraper mechanism; calibration mechanism is used to measure optical deformation of skyscraper mechanism. The measuring process of measuring mechanism is calibrated. The force components in two directions of the test model are measured by the platform mechanism. The balance uses the electromagnetic calibration device consisting of permanent magnet arrays and straight wire arrays on two degrees of freedom to realize on-line and real-time calibration of the force measurement process.

【技术实现步骤摘要】
一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法
本专利技术涉及一种测力天平及其校准、测力方法，属于交通工具测力试验

技术介绍
风洞或水洞模型试验可为新型飞行器、汽车、高铁、舰船等的研制提供关键试验参数与设计依据；特别是对复杂流动问题的研究，模型气动力和水下阻力的试验测量是计算机模拟不能替代的，是决定相关研究成败的重要工具手段。目前，风洞或水洞试验中常采用机械天平、应变天平等开展测力试验。传统的机械天平体积大、易受湿度等环境因素的影响，且造价相对高昂。对于有强电磁辐射的测量环境或试验工况，应变天平可能存在电磁干扰而导致精确测量的困难。如果在试验中电磁辐射未充分得到保护而泄露，则可能造成测量信号受到电磁干扰，甚至导致应变天平测量失效。另外，微型飞行器、微型水下潜航器的研究对微小气动力、水动力的高精度测量提出了更高要求，天平需要具备几毫牛、数百微牛乃至更优的测力能力。而现有的机械、应变天平的测量精度无法完全满足高精度测力的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中的缺陷，提出一种扭秤式两自由度测力天平，可获得更高精度的风洞、水洞试验测力能力。本专利技术为解决上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；其中，天平台架机构用于将试验模型（1）受到的矢量力分解为水平方向与竖直方向分量，并分别在水平方向与竖直方向上产生扭转形变；光学测量机构用于测量天平台架机构水平与竖直方向的扭转形变；标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定。

【技术特征摘要】
1.一种扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；其中，天平台架机构用于将试验模型（1）受到的矢量力分解为水平方向与竖直方向分量，并分别在水平方向与竖直方向上产生扭转形变；光学测量机构用于测量天平台架机构水平与竖直方向的扭转形变；标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定。2.根据权利要求1所述的扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：所述的天平台架机构包括扭臂（3），扭杆一（7），扭杆二（10），扭杆三（12），扭杆四（23）以及支撑架；所述的支撑架包括模型支撑架（2），天平固定支撑架（13），天平移动支撑架（9），天平中心支撑架（20）；所述的试验模型（1）通过模型支撑架（2）连接扭臂（3）；所述的扭臂（3）上设置配重（16），以平衡试验模型（1）的重量；所述的扭臂（3）通过天平中心支撑架（20）连接到竖直放置的扭杆二（10）和扭杆四（23）上；扭杆二（10）的上端和扭杆四（23）的下端连接到天平移动支撑架（9）；天平移动支撑架（9）连接到扭杆一（7）和扭杆三（12）上；扭杆一（7）和扭杆三（12）连接到天平固定支撑架（13）上；所述的天平固定支撑架（13）安装在地面基座上，保持稳固不动；所述的扭杆一（7）与扭杆三（12）的中心轴线共线，扭杆二（10）与扭杆四（23）的中心轴线共线，两条轴线相互垂直、相交于一点。3.根据权利要求1所述的扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：所述的光学测量机构包括两组光学测量装置，激光器一（14）、光斑位移传感器一（21）与平面反射镜（8）构成一组光学测量装置；平面反射镜（8）又与激光器二（11）、光斑位移传感器二（22）构成另一组光学测量装置；所述的平面反射镜（8）安装在天平中心支撑架（20）内，位于扭杆一（7），扭杆三（12）的中心轴线与扭杆二（10），扭杆四（23）的中心轴线构成的平面上；当试验模型（1）受到水平方向的作用力时，扭臂（3）绕扭杆二（10），扭杆四（23）转动，平面反射镜（8）在与扭杆二（10），扭杆四（23）的中心轴线相垂直的平面内同步转动；当试验模型（1）受到竖直方向的作用力时，扭臂（3）绕扭杆一（7），扭杆三（12）转动，平面反射镜（8）在与扭杆一（7），扭杆三（12）的中心轴线相垂直的平面内同步转动；当试验模型（1）在水平和竖直方向同时受到作用力时，扭臂（3）和平面反射镜（8）绕扭杆二（10）、扭杆四（23）的中心轴线以及扭杆一（7）、扭杆三（12）的中心轴线转动，平面反射镜（8）上反射点为定点，使天平台架机构在测量试验模型（1）的水平和竖直方向受力时可以有效地解耦；所述的激光器一（14）和光斑位移传感器一（21）布置在扭杆一（7）与扭杆三（12）中心轴线相交的水平面内；所述的激光器二（11）和光斑位移传感器二（22）布置在与扭杆一（7）、扭杆三（12）的中心轴线相垂直且过扭杆二（10）、扭杆四（23）的中心轴线的平面内；激光器一（14）和激光器二（11）产生的激光束分别被平面反射镜（8）反射到光斑位移传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张代贤，史喆羽，李国强，胡站伟，阳鹏宇，黄勇，肖京平，王万波，覃晨，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51