技术领域
[0001] 本
发明涉及空
气动力学领域，具体是涉及一种用于推力桥准的测力系统。
背景技术
[0002] 飞机涡扇
发动机的进气和喷流引
起飞机机翼和
机身的流动变化，对飞机的升阻特性及
稳定性产生不可忽视的影响。发动机喷流还对方向
舵、升降舵的效率有明显的影响，从而影响飞机的操控特性。因此，开展发动机进气和喷流对飞机气动特性影响研究十分重要。通常的研究手段是
风洞试验研究，目前最先进的动力影响风洞试验方法是在发动机模型短舱内安装
涡轮动力
模拟器（TPS，Turbofan Powered Simulator），这种动力短舱称为TPS短舱。
[0003] TPS短舱用于风洞试验之前，都必须对其进行校准，因此高
精度的TPS校准设备是开展TPS试验的关键。TPS校准设备的基本功能是模拟TPS短舱在风洞试验状态的进气和喷流环境，并对TPS短舱的流量和推力等参数进行精确测量，以给出流量系数和速度系数。但是，我国目前还没有TPS校准装置，不能自主完成TPS短舱的校准，致使我国TPS动力模拟风洞试验还没有形成完整的试验能力。为了进一步完善我国的TPS试验能力，满足我国飞机研制需求，开展了TPS短舱校准装置的研制工作。
[0004] TPS校准箱测力系统的作用即是用来对TPS短舱的推力进行精确测量，TPS校准箱测力系统的测量精度直接影响着TPS校准箱对实验短舱的校准精度。因此，TPS校准箱测力系统研制是TPS校准箱研制的关键和重点。
[0005] TPS校准箱测力系统是一个应变式六分量力测量系统。应变式测力系统广泛应用于风洞试验中，其中的单分量或多分量测力
传感器通常叫做天平。根据试验模型与天平的相对安装
位置不同，风洞天平可分为内式天平和外式天平，根据结构类型，风洞天平又可分为杆式天平、盒式天平、片式天平等。随着国内
空气动力事业蓬勃发展，风洞天平技术取得了快速进步。中国空气动力研究与发展中心等国内单位研制的风洞应变天平通常校准精度能达到0.05%，准度能达到0.3%，它们基本可以满足风洞试验测量需要。但是，当测量精度要求很高时，常规天平技术方案往往很难满足要求。根据TPS校准箱研制需要，六分力测量系统的各分量测量准度要求在0.1%以内，实现起来比较困难。
[0006] TPS试验的主要目的之一是获得干扰阻力，发动机安装干扰阻力系数量级约为0.004。8m×6m风洞运输机模型参考面积一般约为2.5㎡，风速70m/s时，干扰阻力约为30N。
要评定这一阻力，需要准确扣除TPS短舱的推力，这就要求测力系统的轴向力的误差不大于
3N。另外，校准试验不仅需要测量短舱的推力，还需要准确测量的短舱法向力，得到推力
角。
可见TPS试验对测力系统的精确测力要求很高。因此，TPS校准箱测力系统精准测量存在诸多技术难点。
[0007] a. 鼓盘重量影响法向力（Y分量）的精确测量。
[0008] 测力系统需要承载整个鼓盘和TPS短舱的重量，根据国外的经验，整个鼓盘的重量接近1.5吨，而TPS短舱的法向力通常小于1200N，仅占鼓盘重量的1/10，给天平法向力的准确测量带来了很大困难。若不采用
配重措施，天平的法向力
载荷设计值至少要达到15000N，若要精确测量短舱的推力角（误差不大于0.1°），天平的精准度至少达到0.02%的
水平，现有的天平技术水平难以达到。
[0009] b. 测力系统的高精度测量与长期稳定性问题。
[0010] 国内的应变计粘贴工艺技术和测量
电路补偿技术精细化程度不高，难以达到TPS校准箱测力系统高精度和长期稳定的测量要求。
[0011] c. 偏心测量影响Mz分量的精确测量。
[0012] 在现有方案中，测量位置（短舱中心）距离天平系统具有较大的偏心。鼓盘直径约为1米，天平（X分量）偏心至少在0.5米以上。那么阻力产生的附加Mz载荷最大可达到1500N·m以上，约是Mz分量量程（500N·m）的3倍，大大影响了天平的测量精度。
发明内容
[0013] 本发明的目的是解决TPS校准装置校准实验中小载荷的高精度测量问题，研制一套用于推力校准的测力系统，满足TPS短舱校准等风洞试验需求。
[0014] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一套用于推力校准的测力系统，所述测力系统没有独立的固定框与浮动框，所述浮动框与鼓盘为一体结构，所述固定框与加载装置、配重装置的
支撑框架一体结构；天平元件以鼓盘为浮动框，由阻力方向测量元、侧向力方向测量元和升力方向测量元组成，沿着鼓盘轴线方向在鼓盘
侧壁上设置三组阻力方向测量元，垂直于鼓盘轴线的鼓盘侧壁上设置两组侧向力方向测量元，一组升力方向测量元连接到鼓盘侧壁上。
[0015] 在上述技术方案中，所述阻力方向测量元和侧向力方向测量元的每组测量元分别由两支传感器在同一直线上相对并联布置。
[0016] 在上述技术方案中，所述并联布置的结构包括一个连接座，在连接座的两端各自连接一根
连杆，两根连杆的另一端连接有传感器。
[0017] 在上述技术方案中，所述连杆与传感器之间、连杆与连接座之间均采用弹性
铰链杆连接。
[0018] 在上述技术方案中，所述连接座具有预紧功能，对与之连接的传感器进行预紧作用。
[0019] 在上述技术方案中，所述阻力方向的三组测量元沿着鼓盘中
心轴线呈周向均匀布置，三组测量元件与中心轴线平行。
[0020] 在上述技术方案中，所述升力方向的一组测量元件包括两个独立传感器，每一个传感器通过吊挂方式与鼓盘进行连接。
[0021] 在上述技术方案中，所述传感器与鼓盘之间通过预紧连接器进行连接,预紧连接器的预紧力由鼓盘的自重产生。
[0022] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明为了规避天平的高精度测量与长期稳定性这个不利因素，提出了基于高精度传感器的天平测量方案。同时，对传感器施加预紧，使其始终工作在线性最好的量程范围(20%～100%)，不仅提高了测量精度，也提高了系统的结构稳定性；
本发明采用测力系统与鼓盘一体化设计，使测量系统参考中心与鼓盘中心轴线重合，实现了无偏心测量，解决传统外式天平偏心测量影响Mz分量的精确测量的问题；
通过增加侧力传感器预紧的方法，解决系统调试过程中，鼓盘在
负压情况下
变形，造成了侧力传感器过零。
附图说明
[0023] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本系统的结构示意图；
图2是天平元件布局示意图；
图3是传感器连接示意图；
其中：1是鼓盘，2是Fx阻力方向测量元，3是Fy侧向力测量元，4是Fz升力方向测量元，5是配重装置，6是支撑框架，7是加载装置，8是天平元件，9是预紧连接座，10是弹性铰链，11是连杆，12是传感器。
具体实施方式
[0024] 本
说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0025] 如图1 所示，为校准箱测力系统结构总图，主要由支撑框架、天平元件、加载装置和配重装置等组成。测力系统在结构上没有独立的固定框与浮动框，而是将浮动框与鼓盘设计成一体，固定框则与加载装置、配重装置的支撑框架设计成一体，这有利于最大限度地提高天平的
刚度。其中，支撑框架为
焊接件，为大刚度框架，用于传感器、法向加载
滑轮、正升力配重杠杆安装；校准装置主要包括砝码、
钢带加载组件、滑轮等，加载点直接安装在鼓盘上；配重装置分正法向两组，同时用于Fy和Mz配平；负法向两组，用于Mx配平。天平元件以鼓盘为浮动框，安装传感器、拉杆座、加载点等。其中，天平元件为核心部件，由Fx测量元、Fy测量元和Fz测量元组成，共布置了10支传感器，其结构布局如图2所示。在最为关键的x(气流的来流方向，或者推力)方向，布局了三组测量元件，且相对于鼓盘中心轴线呈周向均匀布置（布局圆半径为600mm，
力臂Lmy=1040mm，Lmz=600mm），用于测量天平的Fx、Mz、My分量；在y方向，布局了二组测量元件，相对距离 (力臂Lmx)为1140mm，用于测量天平的Fy、Mx分量；在z方向，布局了一组测量元件，用于测量天平的Fz分量。其中，阻力方向、侧向力方向的每组测量元件分别由两支传感器在同一直线上相对并联布置，主要目的是在传感器装配到位后，对传力连杆进行预紧调整。通过调整，使传感器在工作时载荷不过零且处于较好的线性区域内，这不仅使传感器具有较好的使用效果，而且避免传力连杆受压，提高了天平刚度和结构稳定性。在升力方向，每组测量元件则由一支传感器吊挂布置而成，升力方向因为鼓盘系统自重而产生预紧效果。
[0026] Fx/Fy/Fz测量组件均主要由传感器、传感器座、弹性铰链杆、连杆和预紧座等5部分组成，详细结构如图3所示。其中，传感器座安装于刚度相对无穷大的支撑框架上，预紧座则安装于鼓盘上。装配完成后，通过调节预紧座上的调节
螺母来调整传感器的零载输出。
[0027] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
