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多维力传感器应用于风洞实验

2021-11-11 13:23:07

       在导弹、飞机等各种航空航天飞行器定型生产之前,必须在风洞中展开气动力测量实验,以验证飞行器的空气动力学性能。在风洞的气动力测量实验中,核心测量元件即是多维力传感器,气动领域业内通常称之为风洞天平。实验过程中飞行器通过预定接口连接至风洞天平和支撑系统上,通过风洞天平的测量结果,得到飞行器在气流作用下所产生的三个力和力矩。

       由于导弹等被测量对象的外形以细长体为主,因此风洞天平的结构形式以杆式居多,也有少部分轮毂式结构。作为一种应用于航空航天的多维力传感器,精度要求较高,气动领域的《风洞应变天平规范》要求,风洞天平所有测量单元的精度均应优于0.5%FS。

       相比于工业机器人等其它领域的力传感器而言,其研制难度更高:首先,风洞天平由于杆式结构特点,天平在使用过程中变形较大,大变形给各测量单元带来了较强的串扰,因此天平的解耦精度要求更高;其次,在风洞实验中,天平往往伴随着较强的振动、高温、真空等复杂的恶劣环境,并且单次实验的成本往往极高,这对于天平的可靠性提出了严酷的要求;最后,航空航天飞行器的六分量载荷,一般均是飞行器的法向载荷大,横向载荷却异常小,六分量载荷值极不匹配,在极端载荷匹配的情况下如何保证各元的精度,也是天平的一个难点。

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