悬挂式气动六维力测量研究

发布时间：2020-06-23 16:14

【摘要】：随着航天航空事业的高速发展,飞行器设计研究对飞行器所受气动力数据品质的要求日益增高,需要更加精确地测量风洞试验中飞行器模型所受气动六维力。本文针对狭长飞行器模型的风洞试验中存在的支架干扰、振动等问题,研制了一种基于组合支撑的新型飞行器模型气动六维力的测量装置,旨在降低风洞实验中的支架干扰,减少模型振动,从而保证模型所受六维力测量数据的可靠性和准确性。首先,针对传统风洞试验中存在的问题,提出了一种新型的基于组合支撑的飞行器模型支撑方式及模型六维力的测量原理。基于组合支撑方式,对模型进行静力学分析,建立了传感器输出值与飞行器模型所受六维力的数值关系,推导出了相应的求解模型。结合本课题所研究的内容和要求,提出了实现模型气动六维力高精度测量所需要解决的关键技术问题及难点,为模型气动六维力测量装置的研制提供了理论基础。其次,为了保证模型受力的精确测量,研制高性能力传感器。基于石英晶体的压电机理与压电效应,推导其的压电系数矩阵;基于压电系数矩阵和实际测量需求,结合传感器在支撑测量方案中的使用、安装、维护等需求,研制测量张线拉力的压电单向力传感器和用于测量尾撑杆所受力的压电三向力传感器。所研制的压电传感器具有线性度高、重复性误差小、向间干扰小等优点,具有较高的测量精度,满足试验测量要求,为后续飞行器模型所受六维力的测量提供了高精度测力传感器,保证了测力精度。接着,基于提出的飞行器模型气动六维力测量原理,设计了一种可变参数的模型支撑测量装置,可实现飞行器模型在不同支撑状态下所受气动六维力的精确测量,使用Pro/E和ANSYS Workbench对此装置进行三维建模与静态分析,验证了设计方案的正确性与可靠性。此外,根据该支撑测量装置的结构和量程,选择砝码式力源作为力加载装置,设计了可进行六维力加载的标定装置,并建立了装置六维力标定加载模型。最后,根据该装置的测量原理和飞行器模型所受六维力求解方程,重点研究影响求解方程的主要参数,忽略次要参数,得出了简化方程,并根据此方程推导出合适的张线角度范围。针对影响求解方程精度的张线角度测量偏差角和三向力传感器安装偏差角,研究了求解方程对此两种误差的敏感程度,对二者误差范围提出要求,以保证求解方程的精度,并为后续的实验参数的选择提供参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V221;TP212

【参考文献】