氣動(dòng)天平，是測(cè)量模型空氣動(dòng)力的一種裝置，由于空氣動(dòng)力的方向是變化的，故常按分量測(cè)量分類(lèi)，氣動(dòng)力天平包括機(jī)械天平，應(yīng)變式天平和磁懸掛天平，按測(cè)量的分力分為單分量天平，三分量天平，四分量天平，五分量天平和六分量天平。
本文介紹微型飛行器三分量天平的研究，目前微型飛行器以其體積小 、重量輕和良好的機(jī)動(dòng)性能等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn) 之一, 對(duì)其所進(jìn)行的計(jì)算分析和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究正方興未艾, 而其中的微型飛行器模型實(shí)驗(yàn)需要的具有高精度和高靈敏度天平設(shè)計(jì)就成為要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一 。
微型飛行器測(cè)量天平的總體設(shè)計(jì)
微型飛行器實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量模型的升力 、阻力和俯仰力矩, 以便研究它的氣動(dòng)規(guī)律和操穩(wěn)性。天平作為模型氣動(dòng)力的測(cè)量設(shè)備, 不僅要精確測(cè) 量模型上的氣動(dòng)力, 還要作為支撐把模型可靠地固定在風(fēng)洞中, 所以, 天平的連接形式和總體設(shè)計(jì)外形如圖1所示,升力Y和俯仰力矩Mz測(cè)量 元件布置在水平軸線方向, 阻力X元件布置在豎直軸線方向, 并將測(cè)量元件和支桿設(shè)計(jì)為整體結(jié) 構(gòu)。
元件結(jié)構(gòu)形式選擇
常用天平復(fù)合元件有矩形截面 、三片梁式截面等 。元件形式選擇的原則是 :對(duì)被測(cè)分量具有最大變形, 即對(duì)被測(cè)分量應(yīng)變變化輸出靈敏, 而對(duì)其他分量具有最小應(yīng)變, 達(dá)到減小其它分量對(duì)主測(cè)分量干擾的目的 。對(duì)于同時(shí)測(cè)力和力矩的天平復(fù)合元件通常采用三片梁形式, 中間梁測(cè)力, 兩側(cè)梁測(cè)力矩, 這樣既可以減少力矩對(duì)力的干擾, 即把三片梁結(jié)構(gòu)的中間梁從上、下表面處分別向兩側(cè)布置兩片薄矩形片梁, 使得元件在力輸出應(yīng)變基本保持不變的情 況下, 增加截面的剛度。 在綜合考慮早期設(shè)計(jì)的 單分量天平 、二分量天平和三分量天平結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的基礎(chǔ)上 , 用水平方向的四片梁測(cè)量升力和力矩, 用豎直方向的四片梁測(cè)量阻力, 大大改善了天平動(dòng)態(tài)測(cè)量性能 。
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