风洞天平体轴系校准系统的研制与开发

论文摘要

风洞是进行空气动力学研究与飞行器研制的最基本的实验设备。测力实验是风洞实验中最基本的实验项目。风洞天平是测力实验中最重要的测量装置，用于测量作用在模型上的空气动力载荷(力与力矩)的大小、方向与作用点。而应变天平在用于风洞试验前，必须进行静态校准，天平校准系统的性能指标将直接影响天平校准系数的准确性。国内外各大空气动力研究机构都非常重视应变天平校准系统研制。本文论述我院0.6m三声速风洞配套的六分量应变天平地轴系(ECS)校准系统的研制和初步应用研究工作。天平校准系统是复杂的自动化系统，涉及机电、测量与控制、力学等多个学科门类，不但在功能上要能够满足实际应用的需要，还需要达到较高的精度、较小的系统误差，同时考虑系统综合性能指标与系统造价的合理平衡。合理确定系统研制的总体要求和技术指标，是系统研制的关键内容之一。本文根据0.6m三声速风洞气动力试验的总体要求，提出了采用天平校准载荷地轴系全自动加载的六分量天平校准系统总体研制方案，并确定了详细的技术指标。如何实现天平校准载荷六分量自动加载，是六分量天平校准系统研制的关键技术问题之一。本文选用了气压式力发生器和气压控制回路的加载方案实现六分量天平校准载荷的加载，保证各加载分量的精度指标相互协调。同时，在具有全自动加载功能的校准系统研制中，自动加载方式选取和加载机构的设计也是其中的关键技术难点之一。本文采用了采用力发生器、高精度力传感器闭环控制加载的方法实现天平校准载荷的自动加载，同时设计和优选了高精度施力传递机构，保证了校准载荷的加载精度。本套天平校准系统已经投入实际应用。系统初步应用表明，系统的各项技术指标达到了设计指标要求，系统性能可靠，天平校准结果准确可信、精度满足要求，同时也证明本文提出的系统总体方案合理、性价比高，天平空间位置测量和天平体轴系载荷算法正确，具有工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 系统开发的目的、意义
• 1.2 国内外静校设备的发展和研究现状
• 1.2.1 国外静校设备的发展和研究现状
• 1.2.2 国内静校设备的开发与研究现状
• 1.3 国内外天平静校设备的发展趋势
• 1.4 风洞应变天平校准系统及其主要性能指标
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第2章 静校系统的总体方案和技术要求
• 2.1 总体要求与技术指标
• 2.1.1 总体要求
• 2.1.2 主要技术指标
• 2.2 系统总体方案介绍
• 2.2.1 天平校准时的轴系确定
• 2.2.2 自动加载装置的方案研究
• 2.2.3 总体结构和基本构成
• 2.2.4 施力点数量及其布置
• 2.2.5 系统工作原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 风洞静校架自动加载系统设计
• 3.1 自动加载系统的组成及实现方法
• 3.1.1 自动加载系统组成
• 3.1.2 气动加载方式的实现
• 3.2 自动加载系统的总体设计
• 3.2.1 加载原理
• 3.2.2 加载载荷范围
• 3.3 系统设计
• 3.3.1 发生器可调支座设计
• 3.3.2 力发生器的设计
• 3.3.3 压力控制回路和气源部分的设计
• 3.4 单路继电器控制两路安全阀电原理
• 3.5 本章小结
• 第4章 天平校准方法与数据采集系统设计
• 4.1 天平校准方法与天平校准流程设计
• 4.1.1 天平校准方法
• 4.1.2 天平的校准流程设计
• 4.2 数据采集系统及软件设计
• 4.2.1 数据采集系统硬件配置
• 4.2.2 HBM MGC Plus 数据采集系统
• 4.2.3 力传感器
• 4.3 软件编程
• 4.3.1 软件的选用
• 4.3.2 软件编程
• 4.4 本章小结
• 第5章 静校系统的误差分析
• 5.1 误差来源
• 5.2 误差估算
• 5.2.1 加载系统施力误差σ加载
• 5.2.2 六分量天平数据采集误差σ数采
• 5.2.3 六分量天平校准的综合误差σ综合
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢