技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及空
气动力学技术领域，尤其涉及一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平。
背景技术
[0002]
飞行器表面的摩擦阻力是飞行器阻力的重要组成部分，表面摩擦阻力极大地限制了高超声速飞行器的性能，相关的试验研究表明，对使用吸气式
发动机的高超声速飞行器来说，摩阻可以占到其总阻力的50％，在乘波体飞行器等高升力体飞行器中也有类似的比例。摩擦阻力作为阻力的重要组成部分，在整个高超声速飞行器的设计中是要首先减小的，而减阻工作必须建立在对摩擦阻力准确的测量上，所以对于高超声速摩擦阻力测量技术的研究更是具有重大意义。
发明内容
[0003] 鉴于此，为解决
现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平，其体积小，便于安装在模型中。
[0004] 第一方面，本发明实施例提供了一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平，所述天平包括：
[0005]
传感器外壳以及装配式光纤光栅应变测量结构；
[0006] 所述装配式光纤光栅应变测量结构设置于所述传感器外壳内部；
[0007] 其中，所述装配式光纤光栅应变测量结构通过气流
摩擦力所产生的天平结构
变形进行测量，并反映气流沿着物体表面的剪切力大小。
[0008] 在一个可能的实施方式中，所述装配式光纤光栅应变测量结构包括与所述传感器外壳相
接触的传感器气流接触面，所述传感器气流接触面中心处底端与插入所述传感器外壳的
支撑杆进行连接，所述支撑
杆底端通过测量片与固定底座，采用螺钉夹紧连接。
[0009] 在一个可能的实施方式中，所述传感器气流接触面为椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面；
[0010] 所述椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面为平面或型面。
[0011] 在一个可能的实施方式中，所述传感器外壳表面与模型连接面采用
密封圈密封连接。
[0012] 在一个可能的实施方式中，所述传感器外壳顶端采用与所述传感器气流接触面同一高精度安装平面结构，所述平面结构为圆形或者椭圆形。
[0013] 在一个可能的实施方式中，所述平面结构的边缘宽度为H，且边缘宽度H>D/2，其中，D为所述椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面在来流方向的长度或直径。
[0014] 在一个可能的实施方式中，所述测量片的
风洞冲击
载荷对测量片产生的结构振动
频率f满足如下公式：
[0015] f≥2/t，所述t为脉冲型风洞的有效试验时间；
[0016] 其中，所述有效试验时间t由风洞运行指标决定。
[0017] 在一个可能的实施方式中，所述测量片采用双侧黏贴光纤光栅，以降低法向气压载荷对测量单元的变形干扰。
[0018] 在一个可能的实施方式中，所述黏贴光纤光栅采用带有嵌入式凹槽结构的专用黏贴工装结构，其中，凹槽深度尺寸为测量片结构的厚度。
[0019] 在一个可能的实施方式中，所述测量片采用上下四枚螺钉进行固定。
[0020] 本发明实施例提供的装配式高精度光纤光栅摩阻天平，采用装配式光纤光栅应变测量结构对由气流摩擦力所产生的天平结构变形进行测量，应用于高速风洞，从而反映气流沿着某物体表面的剪切力大小，可以得到高精、准度测力结果。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本发明实施例的一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平的结构示意图；
[0023] 图2是本发明实施例的一种测量片固定底座的结构示意图；
[0024] 图3为本发明实施例的一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平的内部结构剖面示意图；
[0025] 图4是本发明实施例的一种冲击式测量单元的结构示意图；
[0026] 图5是本发明实施例的一种带有嵌入式凹槽结构的专用黏贴工装结构的示意图；
[0027] 图6是本发明实施例的一种传感器壳体的结构示意图。
具体实施方式
[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0030] 如图1所示，为本发明实施例提供的一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平的结构示意图，该装配式高精度光纤光栅摩阻天平包括：传感器外壳以及装配式光纤光栅应变测量结构；所述装配式光纤光栅应变测量结构设置于所述传感器外壳内部；其中，所述装配式光纤光栅应变测量结构通过气流摩擦力所产生的天平结构变形进行测量，并反映气流沿着物体表面的剪切力大小。
[0031] 可选的，对于装配式光纤光栅应变测量结构，包括与所述传感器外壳相接触的传感器气流接触面，所述传感器气流接触面中心处底端与插入所述传感器外壳的支撑杆进行连接，所述支撑杆底端通过测量片与固定底座(如图2所示本发明实施例的一种测量片固定底座的结构示意图)，采用螺钉夹紧连接，如图3所示，为本发明实施例提供的一种装配式高精度光纤光栅摩阻天平的内部结构剖面示意图。
[0032] 可选的，所述传感器气流接触面为椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面；
[0033] 其中，所述椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面为平面或型面。
[0034] 可选的，所述传感器外壳与装配式高精度光纤光栅摩阻天平内部结构采用密封结构，用以减小气流进入传感器外壳内部。
[0035] 可选的，所述传感器外壳表面与模型连接面采用密封圈密封连接。
[0036] 可选的，所述传感器外壳顶端采用与所述传感器气流接触面同一高精度安装平面结构，所述平面结构为圆形或者椭圆形。
[0037] 可选的，所述平面结构的边缘宽度为H，且边缘宽度H>D/2，其中，D为所述椭圆形传感器气流接触面或圆形传感器气流接触面在来流方向的长度或直径。
[0038] 其中，基于CFD数值模拟结果及
机械加工的经验，该边缘宽度太小的话，其安装精度等导致的问题则会影响摩阻测量，该值是基于数值模拟和机械加工经验分析给出的经验值，保证测量的正常进行，而且该边缘设计为传感器安装后的气流过渡段，其目的是降低由于安装误差产生台阶后对摩阻测量产生的影响。
[0039] 可选的，所述测量片的风洞冲击载荷对测量片产生的结构振动频率f满足如下公式：
[0040] f≥2/t，所述t为脉冲型风洞的有效试验时间；
[0041] 其中，所述有效试验时间t由风洞运行指标决定。
[0042] 可选的，所述测量片，如图4所示，其长度小于30mm，本发明采用28mm并利用可装配式装夹结构，以减小传感器整体尺寸。
[0043] 可选的，所述测量片采用双侧黏贴光纤光栅，以降低法向气压载荷对测量单元的变形干扰。
[0044] 可选的，所述黏贴光纤光栅采用如图5所示的带有嵌入式凹槽结构的专用黏贴工装结构，其中，凹槽深度尺寸为测量片结构的厚度。
[0045] 可选的，所述测量片，装夹装配时，采用上下四枚螺钉进行固定，装夹结构上下均留有光纤光
栅线缆槽(即两枚螺钉中间
位置)。
[0046] 可选的，所述装配式高精度光纤光栅摩阻天平，既可采用单光纤光栅线缆传输测量数据，也可采用双光纤光栅线缆传输测量数据，其反应在结构上的不同即为单光纤光栅转接头和双光纤光栅转接头结构。
[0047] 可选的，所述双光纤光栅转接结构可实现多个装配式高精度光纤光栅摩阻天平的
串联布置，从而实现单根光纤光栅多点摩阻测量功能。
[0048] 可选的，为了降低装配式高精度光纤光栅摩阻天平的整体重量，外壳体及密封结构件大部分采用轻质
合金，如图6所示，是本发明实施例的一种传感器壳体的结构示意图，本发明天平结构采用
钛合金材料，测量片采用弹性和强度性能更优的F141材料，其广泛应用于风洞应变天平。
[0049] 通过上述对本发明实施例提供的装配式高精度光纤光栅摩阻天平的描述，光纤光栅传感器具有高灵敏度、高
分辨率、电绝缘性能好、对电
磁场免疫、
信号低损失、耐
腐蚀和防爆等优点。本发明实施例采用光纤光栅应变计对由气流摩擦力所产生的天平结构变形进行测量，应用于高速风洞，从而反映气流沿着某物体表面的剪切力大小，可以得到高精、准度测力结果。其光纤应变测量结构采用一薄壁测量片，因光纤黏贴对测试件尺寸的要求较高，即以本发明所采用光纤为例，其黏贴测试件不能小于30mm，所以本发明为了减小摩阻天平尺寸，采用可装配式光纤应变测量结构，应用双侧光纤黏贴，有效降低法向压力载荷对传感器测量片结构产生的干扰。此外，装配式高精度光纤光栅摩阻天平可实现多个装配式高精度光纤光栅摩阻天平的串联布置，具有单根光纤光栅多点摩阻测量功能。
[0050] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及
算法步骤，能够以
电子硬件、计算机
软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0051] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件系统，或者二者的结合来实施。软件系统可以置于随机
存储器(RAM)、内存、
只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、
硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0052] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
