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脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用

贺伟 高昌 张小庆 于时恩

贺伟, 高昌, 张小庆, 等. 脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用[J]. 实验流体力学, 2016, 30(4): 66-70. doi: 10.11729/syltlx20160011
引用本文: 贺伟, 高昌, 张小庆, 等. 脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用[J]. 实验流体力学, 2016, 30(4): 66-70. doi: 10.11729/syltlx20160011
He Wei, Gao Chang, Zhang Xiaoqing, et al. Development and application of the force-measuring balance in impulse combustion wind tunnel tests[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(4): 66-70. doi: 10.11729/syltlx20160011
Citation: He Wei, Gao Chang, Zhang Xiaoqing, et al. Development and application of the force-measuring balance in impulse combustion wind tunnel tests[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(4): 66-70. doi: 10.11729/syltlx20160011

脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用

doi: 10.11729/syltlx20160011
详细信息
    作者简介:

    贺伟(1965-),男,湖南双峰人,研究员。研究方向:超燃冲压发动机及试验技术。通信地址:四川省绵阳市中国空气动力学研究与发展中心(621000)。E-mail:misterhewei@qq.com

    通讯作者:

    高昌,E-mail:gaochang5678@sina.com

  • 中图分类号: V211.74

Development and application of the force-measuring balance in impulse combustion wind tunnel tests

  • 摘要: 介绍了一种用于脉冲燃烧风洞高超重载模型冷、热态测力试验的腹支内式六分量应变天平研制方案。燃烧脉冲风洞试验时间短、冲击载荷大,模型重量大,要求天平能够快速响应,设计方案兼顾了刚度和灵敏度,天平静校指标满足要求。试验结果表明,天平输出信号与燃烧室压力的跟随性良好,能够正确反映模型的受力状态,轴向力系数的重复性精度达到了1.6%,天平性能稳定,由模型/天平/支架构成的测力系统在轴向力、法向力和俯仰力矩3个分量上输出信号的主频均满足脉冲风洞的测力要求。该天平方案满足重载模型在脉冲燃烧风洞试验中的测力要求。
  • 图  1  天平示意图

    Figure  1.  Schematic of the balance

    图  2  天平结构示意图

    Figure  2.  Schematic of the balance structure

    图  3  天平组桥方案

    Figure  3.  >Diagram of the balance gauge bridges

    图  4  天平有限元网格

    Figure  4.  Finite element grids of the balance

    图  5  天平变形计算结果

    Figure  5.  Finite analysis displacement results of the balance

    图  6  轴向力信号时序曲线

    Figure  6.  Sequence signal profile of the Balance-X

    图  7  法向力、俯仰力矩信号时序曲线

    Figure  7.  Sequence signal profile of the Balance-Y and Balance-Mz

    图  8  天平信号频谱

    Figure  8.  Frequency spectrum of the balance signal

    表  1  天平材料力学性能

    Table  1.   Mechanical properties of the balance material

    材料σb/M Paσs/MPaE/GPaG/GPaρ/(kg·m-3)
    00Ni18Co9Mo5TiAl18621754187.2564.258000
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    表  2  天平强度校核结果

    Table  2.   Strength assessment results of the balance

    载荷分量/(kN,kN·m)von Mises
    XYZMxMyMzσmax/MPa
    天平量程825101.535203.1
    冲击载荷20536061230778.4
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    表  3  模拟加载天平输出

    Table  3.   Simulative output of the balance

    输出X/(μV·V-1)Y/(μV·V-1)Z/(μV·V-1)Mx/(μV·V-1)My/(μV·V-1)Mz/(μV·V-1)
    X1793.440.220.110.22-0.1169.3
    Y2.752747.24-1.211.430.99-3.85
    Z-1.10923.01-157.96-0.770.44
    Mx-0.88-0.9963.031019.15-0.11-5.17
    My0-0.550.44-0.33-541.640.11
    Mz-32.231.650.043.85-0.04-1076.35
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    表  4  天平静校结果

    Table  4.   Static calibration results of the balance

    分量XYZMxMyMz
    设计载荷/kN,kN·m825101.535
    校准载荷/kN,kN·m88811.62.8
    综合加载重复性/%0.050.050.050.050.050.05
    综合加载误差/%0.10.10.10.320.490.15
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    表  6  天平信号主频和有效数据周期数

    Table  6.   Eigen frequency and number of periods of the valid balance signal

    分量主频/Hz周期数
    X36.413
    Y51.519
    Mz25.39
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    表  5  重复性考核结果

    Table  5.   Results of the repeated calibration

    序号123456789平均值标准差精度
    风洞总压(归一化)0.4360.440.4360.4440.4440.4460.4420.440.4420.4423.49×10-30.0079
    CX0.1370.1410.1410.1410.1420.1430.1420.1370.1370.142.20×10-30.016
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-08
  • 修回日期:  2016-04-26
  • 刊出日期:  2016-08-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日