本發明公開了一種高超聲速風洞單分量桿狀環式滾轉力矩天平。該天平為中空桿狀環式結構，從前至后依次包括前錐段、中間直段、后錐段和法蘭盤。前錐段的前端沿天平的軸線設置有拉緊螺紋孔，拉緊螺紋孔的后方設置有與常規桿式天平前錐段配裝的前端內錐面和平鍵槽孔。中間直段上設置有滾轉力矩Mx的天平設計中心面，在天平設計中心面兩側周向0°和180°的位置處，對稱分布有滾轉力矩├形梁，90°和270°位置處設置有多片支撐梁；滾轉力矩├形梁水平段的截面面積從天平設計中心面向外線性變小；滾轉力矩├形梁水平段上粘貼有測量滾轉力矩Mx的應變計。該天平結構簡單，裝卸方便，既可以單獨使用，也可以與常規桿式天平配合使用，提高了使用效率。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，具體涉及一種高超聲速風洞單分量桿狀環式滾轉力矩天平。

背景技術

小滾轉力矩測量技術在飛行器高超聲速風洞試驗中有著廣泛和迫切的需求，如小型化彈頭在再入大氣層的過程中由于彈頭表面燒蝕會產生外形的不對稱，從而使彈頭產生一小滾轉力矩。當彈頭滾轉速率與俯仰速率接近時，容易發生滾轉共振；當彈頭的滾轉速率接近零時，將導致彈頭落點精度下降，而滾轉速率直接同滾轉力矩相關。國外在戰略導彈的研制過程中都發生過由于小滾轉力矩導致導彈損壞或落點精度下降的事故。因此，彈頭的再入氣動特性，特別是小滾轉力矩特性的預測精度問題，是飛行器設計中必須解決的關鍵技術問題。所以，在高超聲速風洞試驗中設計高精度滾轉天平測量小滾轉力矩，為導彈的滾控設計提供依據就顯得尤為重要。目前高超聲速風洞試驗中的小滾轉力矩測量技術主要有以下兩種方式：

一是用氣浮軸承、液體軸承或者機械珠軸承支撐通過自由滾轉的方法測量滾轉力矩；

二是采用六分量天平測量氣動力和力矩，獲取模型滾轉力矩特性。

方式一由于要結合氣浮軸承或者機械軸承，裝置結構復雜，加工精度要求高，試驗成本高，試驗步驟復雜，因此適用范圍有一定的局限性。

方式二在測量高升力小滾轉力矩模型氣動特性時，滾轉力矩相對于其他分量小一個量級以上，各個分量設計量程嚴重不匹配，為保證天平整體剛度，滾轉力矩測量單元靈敏度則會受限；且高升力小滾轉力矩模型的其他分量載荷較大，對滾轉力矩的干擾較大，因此，常規的應變天平很難完全解決天平元件的整體剛度與滾轉力矩元件靈敏度要求之間的矛盾。

當前，亟需發展一種專用的高超聲速風洞單分量桿狀環式滾轉力矩天平。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高超聲速風洞單分量桿狀環式滾轉力矩天平。

本發明的高超聲速風洞單分量桿狀環式滾轉力矩天平，其特點是，所述的單分量桿狀環式滾轉力矩天平為中空桿狀環式結構，從前至后依次包括前錐段、中間直段、后錐段和法蘭盤；

所述的前錐段前端沿單分量桿狀環式滾轉力矩天平的軸線設置有拉緊螺紋孔，拉緊螺紋孔后方設置有與常規桿式天平前錐段配裝的前端內錐面；前錐段上還設置有與常規桿式天平周向定位的平鍵槽孔；

所述的中間直段上設置有滾轉力矩Mx的天平設計中心面，天平設計中心面兩側設置有兩組前后對稱的滾轉力矩Mx測量區，每組滾轉力矩Mx測量區在單分量桿狀環式滾轉力矩天平周向0°和180°的位置處，即天平設計中心面兩側設置有滾轉力矩├形梁；每組滾轉力矩Mx測量區在單分量桿狀環式滾轉力矩天平周向90°和270°位置處設置有多片支撐梁；滾轉力矩├形梁水平段的截面面積從天平設計中心面向外線性變小；滾轉力矩├形梁水平段上粘貼有測量滾轉力矩Mx的應變計；沿滾轉力矩├形梁水平段向前錐段延伸的線條上開有走線槽。

所述的單分量桿狀環式滾轉力矩天平材質為F141鋼材。

所述的前錐段錐度為1:5。

所述的后錐段錐度為1:10。

所述的法蘭盤的法蘭端面上沿圓周方向分布有通孔。