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ch.8-2 §8.2 力和力矩的测量 1. 动量法测量阻力实验 2. 气动天平测力实验（1）坐标系 （2）气动力和力矩系数 （3）坐标变换 （4）气动天平分类 （5）应变天平 （6）天平校准 （7）常规测力实验 §8.2 力和力矩的测量 1. 动量法测量阻力实验 根据动量定理，气流通过模型后要损失一部分动量，并且损失的动量就等于模型的阻力。因此，利用动量定理可以测量模型的型阻。动量法在低速二维风洞中被广泛应用。 Jones方法： 假定从Ⅱ－Ⅱ面到Ⅲ－Ⅲ面流动没有损失，也就是两截面之间沿流线总压不变，根据伯努利方程： 对于三维非定常不可压缩流动如何用动量法测量力 对于二维柔性物体非定常运动受力的涡量矩方法 2. 气动天平测力实验 用空气动力天平直接测量模型上受到的空气动力载荷是风洞实验的重要内容。一般说，模型在绕流时受到的气动载荷有三个方向的气动力分量和三个方向的力矩分量，具体说是升力、阻力、侧向力和俯仰力矩、偏航力矩、滚转力矩。 (1) 坐标系： 飞行力学--------地面坐标系 计算力学--------气动力：风轴系：力矩：体轴系 机械式天平--------风轴系、半体轴系 应变天平--------体轴系 风轴系、体轴系、半体轴系： 共同点：坐标原点在重心，右手坐标系 不同点：X轴------风轴系：沿飞行方向 体轴系：沿飞机轴线 气动天平测力实验 (3) 坐标变换： 由体轴系到风轴系 先绕 OZt 轴旋转?角，使 OXt 轴和 OXb 轴重合， OYt 轴和 OYq 轴重合。 再绕 OYq 轴旋转?角，使 OZt 轴和 OZq 轴重合 说明： 在风洞试验中，气流方向与真实飞行方向相反，为了不使阻力为负数，X轴反了一个方向。 气动天平测力实验 一般说，模型在绕流时受到的气动载荷有三个气动力分量和三个气动力矩分量。 气动天平可以按照测量气动力的数目来分，也可以按照气动天平的结构形式来分。 气动天平分类 气动天平测力实验 概述 应变片及电桥 天平测力单元特点 天平总体布局 天平元件设计：保证?正比于?（下面介绍） 应变片和胶：保证?正比于?R（已经学过） 电桥：保证? R~ ? V（已经学过）  应变片 电桥： 平衡条件： R1R4=R2R3 如果 R1=R2=R3=R4 ?V/V=1/4(?R1/R1- ?R2/R2 - ?R3/R3+?R4/R4) =1/4 K(?1 - ?2 - ?3 +?4) 天平测力元件特点 （1）法向力和俯仰力矩元件 方法一：独立测量 《1》俯仰力矩元件特点 法向力Y作用（Y对Mz干扰）：不可避免。 1，4受压， 2，3受拉，信号增强。 测量到的信号：Mz’=YL+Mz 俯仰力矩元件应该靠近重心，在最前面。 阻力X作用：1，2，3，4同时受压，信号抵消。 温度效应：信号抵消。 优点： 法向力Y作用：共轭梁起作用，1，4受拉； 2，3受压。信号增强。 俯仰力矩Mz作用：上下梁承担力矩。1，3 受压；2，4受拉。信号抵消。 轴向力X作用：同时受压，信号抵消。 温度效应：信号抵消。 方法二：联合测量 MA = Y L1 + Mz MB = Y (L1 + L2) + Mz Y= (MB - MA) / L2 Mz = MA - (MB - MA) L1 / L2 优点：方便。 缺点：误差大。 （2）轴向力X元件： 杆式传力 依靠细长杆传力，抗干扰。 （2）轴向力X元件： 盒式传力 (4)滚转力矩Mx元件 45度方向贴片 中央腹板承受剪切力 抗干扰能力强 气动天平总体布局 气动外形要求：不发生堵塞，气动力干扰小。 应变片不能暴露在气流中（防止温度效应） 模型底压 （6）天平校准 分为静校和动校 天平校准 静校 三分量天平单元校为例 1. 静校公式 RM = KM Mz + KM-Y Y + KM-X X RY = KY-M Mz + KY Y + KY-X X RX = Kx-M Mz + KX-Y Y + KX X KX,KY,KM为主系数；KM-Y, KM-X…..为干扰系数。 主系数确定 例：KY 确定