新型应变天平地轴系校准系统研制与应用研究

作     者：许晓斌 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易仕和;唐志共

授予年度：2005年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：风洞 应变天平 静校系统 坐标系 研制 

摘      要：风洞应变天平,是目前国内外各类型风洞在气动力测量试验中广泛采用的测量装置,其性能指标直接影响测力试验数据的精准度。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。本文论述了CARDC超高速空气动力研究所1m高超声速风洞配套的新型全自动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1m高超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、并通过天平空间位移测量将校准载荷换算到天平体轴系(BCS)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9加载施力点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。本文采用了电机拖动、高精度力传感器测量载荷值并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。 通过天平空间位移测量并将地轴系校准载荷换算到天平体轴测量坐标系后再进行天平校准系数计算,是保证本文所研制的地轴系天平校准系统静校结果准确性的关键技术途径。新研制天平校准系统采用6套高分辨率、高精度线位移传感器组合测量天平空间位移,满足了天平空间位移测量要求。同时,通过本文提出的天平体轴系载荷计算方法,实现了地轴系校准载荷到天平体轴系的准确转换,使天平校准结果达到类似采用体轴复位校准系统校准的效果。 新研制的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。