【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风洞试验领域，具体涉及一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的装置和方法。
技术介绍
1、在连续式风洞的测力试验中，随着运行时长的增加以及不同马赫数之间的连续变换，气流的来流温度会出现明显变化，天平体温度也会产生变化且呈现出温度分布不均的工况,导致天平阻力元的温度效应尤为显著，将显著影响测力风洞试验数据的不确定度。
2、国内外风洞试验研究机构都十分重视降低天平的温度效应，开展了恒温条件下的天平温度效应补偿与灵敏度修正技术研究，建立了物理补偿与数据修正方法。在连续式风洞运行过程中，由于气流温度变化大，会在天平体形成明显温度梯度，常规的温度修正方法难以适用于大温变的试验环境，地面等温条件下测试方法与实验装置不能满足研究需要，因而需要在地实验时使天平体形成温度梯度，模拟风洞试验环境的温度梯度状态。
3、目前，国内外研究天平温度梯度效应时，使天平体形成温度梯度主要有两种方法：一是通过基于热机耦合的有限元仿真分析方法，设置不同边界温度使得天平体形成温度差，理论上计算得到应变信号输出；二是通过温度环境控制对天平加热保温，通过一段时间热传递后在天平上形成温度梯度差。
4、公开文件（邹星旺. 低温天平温度梯度影响机理及补偿方法研究[d].重庆大学,2020.doi:10.27670/d.cnki.gcqdu.2020.001717.）采用热力学分析方法研究温度梯度效应对天平阻力测量元件影响，通过热力学仿真与数据建模方法得到天平修正公式，提高了天平轴向力输出线性度。
5、公开文件（王艳阳,
6、以上两种方法存在一定缺陷，前者属于理论计算，其误差较大，而且比较依赖边界条件设置，难以准确模拟温度梯度对于信号的影响；后者只能形成稳定较小温度梯度，且不容易控制，而实际风洞试验中由于气流变化，天平两端温度梯度会产生动态变化，形成的温度梯度范围较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对在一段温度环境下探究温度梯度对天平测量不确定度的影响，在天平两端实现双向温度梯度差以模拟风洞试验环境。
2、本专利技术的方案：
3、一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，将天平支杆、天平、温度控制装置共同置于温度环境试验箱内，在温度试验箱内模拟风洞试验环境，包括以下步骤：
4、s1：对连接天平的天平支杆端进行加热；
5、s2：对连接待测模型的天平端进行轴向加热，
6、s3：在进行s1和s2加热过程的同时，对天平两端进行降温，通过降温平衡加热过程中在天平上产生的热量；
7、s4：根据以下控制模型对加热和降温进行控制，在天平上形成温度梯度：
8、
9、其中：加热功率， 为加热时间， 为设置的天平前后温差，为加热单元相互之间的距离， 为天平及支杆表面的平均温度， 为所处环境的空气温度， 为导热系数，为天平直径， 为对流交换系数。
10、在上述技术方案中，加热控制过程包括以下步骤：
11、s31：将检查后的天平安装在校准台上，在天平前后两端靠近测量元件位置布置温度传感器，然后将天平保护罩安装在天平上；
12、s32：将若干个第一加热单元布局设置在天平支杆表面，将若干个第二加热单元布局设置在连接待测模型的天平端部；
13、s33：将温控仪、温度传感器和第一加热单元、第二加热单元进行电连接，检测电路，设定初始参数；
14、s34：打开电源，控制第一加热单元给天平支杆加热，天平支杆将热传递到天平上，控制第二加热单元给天平加热，温度传感器采集天平上的温度值并反馈到温控仪，温控仪采用pid逻辑控制第一加热单元和第二加热单元进行加热；
15、s35：通过对第一加热单元和第二加热单元设置不同的控制温度，在天平上实现温度梯度。
16、在上述技术方案中，单独控制第一加热单元对天平支杆进行加热；或
17、单独控制第二加热单元对天平进行加热；或
18、同时控制第一加热单元对天平支杆进行加热、第二加热单元对天平进行加热。
19、在上述技术方案中，在执行s1和s2过程中，天平两端的温度不均衡，满足以下三种状态：
20、或状态一，天平体两端设定温度均超过环境温度，天平的两端均启动降温系统，当天平温度低的一端稳定在设定温度时，启用降温系统，设定温度高的一端继续升温控制系统，在天平体两端形成稳定温度梯度；
21、或状态二，天平体一端设定温度高于环境温度，一端设定温度低于环境温度，设定温度高的一端启用升温系统，设定温度低的一端启用降温系统，在天平体两端形成稳定温度梯度；
22、或状态三，天平两端设定温度均低于环境温度，两端都启用降温系统，在天平体两端形成稳定温度梯度。
23、一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的装置，包括轴向连接的天平支杆、天平、所述天平支杆上连接有天平保护罩，
24、在天平支杆上设置有第一加热单元，所述第一加热单元包括环套在天平支杆上的加热套，所述加热套内用于设置加热棒，
25、在连接待测模型的天平端部轴向连接有第二加热单元，所述第二加热单元包括安装盘和设置在安装盘上的加热筒，所述加热筒内用于设置加热棒；
26、所述加热套内与加热筒内分别还设置有冷凝管。
27、在上述技术方案中，所述加热套为环状结构，加热套套在天平支杆上，所述加热套上沿着轴向设置有若干个安装孔，若干个安装孔沿着周向分布，每个安装孔内设置一个加热棒或冷凝管。
28、在上述技术方案中，所述安装盘沿着周向设置有若干个安装孔，每个安装孔通过螺纹连接一个加热筒，每个加热筒内设置一个加热棒或冷凝管，所有加热筒轴向连接到安装盘上。
29、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
30、一是可以对天平两端单独可控加热，因而可以在天平体实现正温度梯度和负温度梯度；
31、二是通过温度控制策略，可以在低温环境下在天平体前后两端形成稳定的不同阶梯的温度梯度；
32、三是此装置结构简单，使用方便可在天平静态校准条件下安装使用，即在天平前后存在温度梯度条件下可进行加载测试与校准，研究不同载荷条件下温度梯度对于测量结果的影响；
33、四是本装置可放置于其他温度环境内，研究不同温度环境条件下，温度梯度变化情况。
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1.一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，将天平支杆、天平、温度控制装置共同置于温度环境试验箱内，在温度试验箱内模拟风洞试验环境，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，其特征在于加热过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，其特征在于：
4.根据权利要求1-3任一所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，其特征在于：在S1和S2过程中，天平两端的温度不均衡，满足以下三种状态：
5.一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的装置，包括轴向连接的天平支杆、天平、所述天平支杆上连接有天平保护罩，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的装置，其特征在于：
7.根据权利要求5所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的装置，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，将天平支杆、天平、温度控制装置共同置于温度环境试验箱内，在温度试验箱内模拟风洞试验环境，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，其特征在于加热过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在杆式天平轴向方向形成温度梯度的方法，其特征在于：
4.根据权利要求1-3任一所述的一种在杆式天...
【专利技术属性】
技术研发人员：向光伟，王超，周立先，马涛，徐志伟，唐亮，李强，张璜炜，杨浩，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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