一种舵面铰链力矩测量方法技术

本发明专利技术公开了一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，利用天平测量所述舵面的铰链力矩；所述方法采用单分量天平直接连接到延伸到机身中的舵面的转轴上，利用天平直接测量舵面的铰链力矩，克服了三分量天平受机翼变形影响测量误差大的缺陷，另外，由于机身中的空间足够宽敞，可以实现更高精度的天平设计，并且天平以及测量线缆等设备的安装调试都非常方便。另外，本发明专利技术的铰链力矩的测量方法中，除了采用单分量天平直接测量舵面的铰链力矩之外，还可以用同样一台天平直接测量不同角度下舵面的铰链力矩，而不需要像现有的三分量天平那样，不同的角度更换不同的天平，实验的灵活性大大提高，适应性更好。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航空空气动力学实验设备，尤其是一种用于飞行器风洞实验过程中，对飞行器模型的舵面进 行风洞实验时的测量方法，特别是一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，测量舵面的铰链力矩的方法。
技术介绍
飞行器的舵面的铰链力矩是指流过舵面的气流对舵轴形成的空气力矩。飞行器的操纵机构一般是通过机械传递控制舵面的偏转，为了使舵面偏转到需要的位置，必须克服作用在舵轴上的铰链力矩。风洞是进行空气动力学研究与飞行器研制最基本的试验设备，每一种新型飞行器的研制都需要在风洞中进行大量的试验。风洞试验的主要目的是要获取飞行器模型的各种空气动力参数的变化规律。评价每一种飞行器的飞行性能，除了如速度、高度、飞机重量及发动机推力等要素外，最重要的标准之一是飞行器的空气动力性能。飞行器的舵面如襟副翼、升降舵、全动平尾、方向舵、前翼等，都需要在风洞中测量其空气动力性能，其中，舵面的铰链力矩是设计飞行器操纵系统的重要依据。飞行器对舵面的基本要求是舵面能产生足够的操纵力矩，以保证飞行器能在所要求的状态下飞行，舵面偏转到所要求角度的时间短，以保证飞行器具有良好的机动性，要满足这些要求必须知道舵面的铰链力矩的大小，以便设计合适的操纵面的助力器。风洞铰链力矩试验的目的即在于测量作用在飞行器舵面上的气动力对其转轴的力矩。铰链力矩测量方案的设计，尤其是天平的设计，是试验成功的关键。试验时舵面经常变更角度，受冲击载荷大，为了保证试验精度，天平与模型舵面之间的连接要可靠，定位要准确。但由于舵面一般都很薄，安装空间小，这使得天平固定端的连接尺寸受到限制，连接稳定性不好，给天平的设计带来很大的困难。此外，测量天平，特别是扁平片式天平，一般固定端设置在主翼上，主翼受到气动力影响的变形会使舵面的气动力特性测量产生误差。虽然选择较大尺度风洞可以在一定程度上增加安装天平的空间，但是这大大提高了试验和加工成本，在飞行器初始设计阶段这是不可取的。在名称为“四分量片式铰链力矩天平技术及风洞实验应用研究”(刘喜贺等，《实验流体力学》2011年02期)的现有技术中，提到了测量铰链力矩的几种不同模型实验方法，其中，天平一般直接固定在舵面所附属的翼型内，由于尺寸空间限制，通常天平结构为片式结构。但是，正如上述现有技术所述，由于机翼较薄，因此通常需要针对不同的机型设置相应的天平结构，并且为了适应机翼厚度不够的问题，需要特别设计相应的片式结构的天平，从而才能将其置于机翼中。这样的问题是，片式结构的天平受到机翼空间大小的限制，导致设计的片式天平无法发挥最佳的效能，测量误差较大，而且由于天平需要安装在狭小的空间中，安装调整困难。因此，为了提高舵面的铰链力矩试验精度，有待开发一种新的铰链力矩测量技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种舵面铰链力矩测量方法，以减少或避免前面所提到的问题。具体来说，本专利技术提供了一种舵面铰链力矩测量方法，其提供了新的舵面铰链力矩测量中的支撑方案，并针对该支撑方案提供了新的天平设计，根据新的支撑方案和天平设计，提出了一种新的舵面铰链力矩的测量方法，针对机翼薄、安装空间小、应用传统片式天平测量误差大的问题，设计了铰链力矩试验轴式测量方案，提高了试验精度，为选择合适的助力器提供了重要依据。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，利用天平测量所述舵面的铰链力矩；所述舵面通过第一转 轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；所述天平通过天平底座安装在所述飞行器模型的机身上，并且所述天平与所述第一转轴连接，所述方法包括如下步骤(A)将所述天平安装在所述天平底座上，将所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一转轴上并连接好，在所述舵面的所述第一转轴和第二转轴上设置轴承，之后，将所述舵面装到所述机翼上，将所述天平底座通过螺钉安装到所述机身上；(B)根据所述舵面的形状计算确定所述舵面的压心的位置，然后在所述舵面的压心位置加载不同质量的砝码，采集所述天平上安装的应变片的测量数据；根据不同质量的砝码计算获得的舵面铰链力矩，以及对应的所述应变片的测量数据，拟合获得所述舵面铰链力矩与所述应变片的测量数据的曲线；(C)将安装好的所述飞行器模型支撑在风洞里，将所述舵面相对所述机翼设置成不同的角度，然后进行吹风，采集所述应变片的测量数据；通过所述步骤B中获得的所述函数关系，计算得到所述舵面铰链力矩。优选地，所述步骤C中，通过改变所述风洞吹风马赫数与所述飞行器模型的姿态，可以得到不同速度和姿态下的所述舵面铰链力矩。优选地，所述步骤B中，所述砝码的加载的方向垂直于所述舵面的弦平面。优选地，所述天平包括一个抱紧所述第一转轴的转轴固定部、一个与所述天平底座固定连接的安装部以及一个分别与所述转轴固定部和所述安装部连接的应变部，所述应变片贴在所述应变部的表面。优选地，所述转轴固定部具有一个可供所述第一转轴穿过的轴套；所述轴套的两端分别具有与之固定连接的两对间隔设置的第一对耳片和第二对耳片；在所述第一对耳片的两个耳片之间，所述轴套沿所述第一转轴的轴线方向具有一个第一调整间隙；在所述第二对耳片的两个耳片之间，所述轴套沿所述第一转轴的轴线方向具有一个第二调整间隙；所述第一调整间隙和第二调整间隙对准但不连续；所述第一对耳片和第二对耳片上分别具有供调整所述第一调整间隙和第二调整间隙的间距的螺钉穿过的螺钉孔。优选地，所述应变部设置在所述两对间隔设置的耳片的正中间，所述应变部与所述轴套连接成一体。优选地，所述应变部在邻接所述安装部的一侧具有一个向下突出的弯折部；所述弯折部具有一个开口向上的第一缺口，所述第一缺口的宽度等于其深度的1/4-1/6。优选地，所述安装部邻接所述弯折部的一侧具有一个开口向下的第二缺口，所述第二缺口的宽度等于所述第一缺口的宽度，所述第二缺口的宽度等于其深度的4/5-2/3。优选地，所述天平底座具有供所述第一转轴穿过的两个的支撑耳片，所述两个支撑耳片间隔布置在所述天平的转轴固定部的两侧，所述支撑耳片上的支撑孔与所述天平的轴套孔对准。优选地，所述天平底座对应于所述天平的转轴固定部和应变部的位置为镂空结构，所述天平通过其安装部悬臂固定在所述天平底座上。在本专利技术的舵面铰链力矩测量方法中，提出了一种新的测量思路，S卩，将单分量天平直接连接到延伸到机身中的舵面的转轴上，利用天平直接测量舵面的铰链力矩，克服了三分量天平受机翼变形影响测量误差大的缺陷，另外，由于机身中的空间足够宽敞，可以实现更高精度的天平设计，并且天平以及测量线缆等设备的安装调试都非常方便。 另外，本专利技术的铰链力矩的测量方法中，除了采用单分量天平直接测量舵面的铰链力矩之外，还可以用同样一台天平直接测量不同角度下舵面的铰链力矩，而不需要像现有的三分量天平那样，不同的角度更换不同的天平，实验的灵活性大大提高，适应性更好。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中，图I显示的是，在根据本专利技术的一个具体实施例的舵面铰链力矩测量方法中，舵面铰链力矩的测量方式的结构示意图；图2显示的是根据本专利技术的另一个具体实施例的天平及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，利用天平测量所述舵面的铰链力矩；所述舵面通过第一转轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；所述天平通过天平底座安装在所述飞行器模型的机身上，并且所述天平与所述第一转轴连接，所述方法包括如下步骤：（A）将所述天平安装在所述天平底座上，将所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一转轴上并连接好，在所述舵面的所述第一转轴和第二转轴上设置轴承，之后，将所述舵面装到所述机翼上，将所述天平底座通过螺钉安装到所述机身上；（B）根据所述舵面的形状计算确定所述舵面的压心的位置，然后在所述舵面的压心位置加载不同质量的砝码，采集所述天平上安装的应变片的测量数据；根据不同质量的砝码计算获得的舵面铰链力矩，以及对应的所述应变片的测量数据，拟合获得所述舵面铰链力矩与所述应变片的测量数据的曲线；（C）将安装好的所述飞行器模型支撑在风洞里，将所述舵面相对所述机翼设置成不同的角度，然后进行吹风，采集所述应变片的测量数据；通过所述步骤B中获得的所述曲线，计算得到所述舵面铰链力矩。...

【技术特征摘要】
1.一种舵面铰链力矩测量方法，用于针对飞行器模型的舵面进行风洞实验时，利用天平测量所述舵面的铰链力矩；所述舵面通过第一转轴和第二转轴安装在飞行器模型的机翼上，所述第一转轴设置靠近所述飞行器模型的机身一侧，所述第二转轴设置远离所述飞行器模型的机身一侧；所述天平通过天平底座安装在所述飞行器模型的机身上，并且所述天平与所述第一转轴连接，所述方法包括如下步骤 (A)将所述天平安装在所述天平底座上，将所述天平底座及其上的天平穿在所述舵面的所述第一转轴上并连接好，在所述舵面的所述第一转轴和第二转轴上设置轴承，之后，将所述舵面装到所述机翼上，将所述天平底座通过螺钉安装到所述机身上； (B)根据所述舵面的形状计算确定所述舵面的压心的位置，然后在所述舵面的压心位置加载不同质量的砝码，采集所述天平上安装的应变片的测量数据；根据不同质量的砝码计算获得的舵面铰链力矩，以及对应的所述应变片的测量数据，拟合获得所述舵面铰链力矩与所述应变片的测量数据的曲线； (C)将安装好的所述飞行器模型支撑在风洞里，将所述舵面相对所述机翼设置成不同的角度，然后进行吹风，采集所述应变片的测量数据；通过所述步骤B中获得的所述曲线，计算得到所述舵面铰链力矩。2.根据权利要求I所述的测量方法，其特征在于，所述步骤C中，通过改变所述风洞吹风马赫数与所述飞行器模型的姿态，可以得到不同速度和姿态下的所述舵面铰链力矩。3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤B中，所述砝码的加载的方向垂直于所述舵面的弦平面。4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述天平包括一个抱紧所述第一转轴的转轴固定部、一个与所述天平底座固定连接的安装部以及一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孜孜，宗宁，韩江旭，黎军，赵长辉，郭灿生，王木国，曾宏刚，金栋林，王金刚，崔青，程思野，李海泉，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：