CN103308233A - 一种三向测力平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空动力学试验领域，涉及一种三向测力平台装置，主要由摩擦台面、安装台面、三向测力传感器、传感器安装法兰、安装底板及连接辅助件等组。装置用于飞机起落架落震试、摆振试验、飞机整机落震试验及飞机框段坠撞试验设备上满足了上述试验中地面载荷测试要求，其测试误差：≤0.5%F.S、交叉干扰误差≤±3.0%；非线性度：≤1.0％F·S；重复性：≤1.0％F·S；零点漂移：≤±1.0％F·S；滞后：Fx,y,z≤±1.0％F·S。本装置实际设计时可根据所需测试件尺寸大小及载荷范围，计算确定其台面尺寸、传感器量程及数量。如台面尺寸和载荷较小可采用四个传感器结构。

Description

一种三向测力平台装置

技术领域

本发明专利属于航空动力学试验领域，涉及一种三向测力平台装置，具有惯性载荷小、自身固有频率高、测试精度高、可靠性好等优点。

背景技术

本装置用于飞机起落架落震试验、摆振试验、舰载飞机整机落震试验及飞机框段坠撞试验中地面载荷测试设备。在上述试验中由于试验件尺寸较大、并且需要同时测试试验件与地面撞击时三个方向载荷，现有单个测力传感器无法满足要求且国内无相应的成熟高精度三向测力装置。并且，现有的测力平台均比较笨重、测量误差大，同时也不具备三向测载能力。在某型号军用飞机起落架试验中，某科研所曾自主研发20吨级三向测力平台，其采用多组传感器（垂直方向四个传感器、侧向两个、航向两个）分别测量平台三个方向冲击载荷再进行数据拟合。因其为分体式结构，各部件之间安装间隙较大、另外各传感器安装位置度、平行度、垂直度都较难保证，其测量数据曲线毛刺较大需通过数据采集设备进行滤波处理，同时其三个方向载荷串扰误差较大，三向测力平台装置本身固有频率较低等缺点影响试验数据测试精度。

发明内容

发明目的：为了解决飞机起落架落震试验、整机落震试验中地面载荷测试问题，提高测量精度，本发明提供了一种结构简单、造价低廉、测量精度高、可靠性好的三向测力平台装置。

技术方案：一种三向测力平台装置，包括安装台面1、若干个三向测力传感器2以及安装底板3，所述安装台面1固定于三向测力传感器2上，所述安装地板3固定于三向测力传感器2的下方。

所述三向测力传感器2的数量2N个，等距安装在安装台面1和安装地板3之间，其中，N≥2。

所述三向测力传感器2通过上安装法兰4及安装螺栓5与安装台面1固定，通过下安装法兰6及安装螺栓5与安装地板3固定。

所述摩擦台面7及安装螺栓5与安装台面1固定。

所述安装台面1为中空结构，由超硬铝合金制成。

所述上安装法兰4及下安装法兰6上均设置有定位装置。

有益效果：本发明三向测力平台装置可满足飞机起落架落震试验、摆振试验、舰载飞机整机落震试验及飞机框段坠撞试验中地面载荷问题，本装置具有结构简单、使用方便、可靠性较高、测量精度高、成本较低、实用性强的优点。根据欧美发达国家的设备能力与水平，研制我国的三向测力平台测试设备。本发明自主研发了具有国际先进垂直加载36吨、水平加载18吨、侧向加载18吨的36吨级冲击平台，这种平台的技术指标达到了国际先进水平，有些指标略高于美国AMTI公司的技术指标。综合比较本发明中设备串扰误差明显高于美国产品，其为影响试验测量精度关键参数；其次，美国平台安装台面比本发明中安装台面质量大，其惯性载荷较大也影响测量精度；美国平台固有频率远大于本发明装置，但试验中试验件固有频率一般都低于60Hz，按照测试要求大于被测试验件固有频率3倍就可满足要求。

本装置已在国家某重点型号试验测试中得到充分应用。本装置可推广到各机种的落震、摆振、飞机框段坠撞、冲击及航天与民用产品的相关试验验证应用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明局部剖视图；

图4为本发明局部放大图。

其中，1-安装台面，2-三向传感器，3-安装底板，4-上安装法兰，5-下安装法兰，6-安装螺栓，7-摩擦台面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图4。

一种三向测力平台装置，包括安装台面1、若干个三向测力传感器2以及安装底板3，所述安装台面1固定于三向测力传感器2上，所述安装地板3固定于三向测力传感器2的下方。

所述三向测力传感器2的数量2N个，等距安装在安装台面1和安装地板3之间，其中，N≥2。

所述三向测力传感器2通过上安装法兰4及安装螺栓5与安装台面1固定，通过下安装法兰6及安装螺栓5与安装地板3固定。

所述摩擦台面7及安装螺栓5与安装台面1固定。

所述安装台面1为中空结构，由超硬铝合金制成。

所述上安装法兰4及下安装法兰6上均设置有定位装置。

本装置设计时可根据所需测试件尺寸大小及载荷范围，计算确定其台面尺寸、传感器量程及数量。如台面尺寸和载荷较小可采用四个传感器结构，即去掉图1所示三向测力平台中间两个传感器。如台面尺寸和载荷较大也可采用八个传感器结构，八个传感器需等距分布与安装台面及安装底板连接。

本装置实际工作时（详细工作过程）将此装置安装于被测试件运动方向的正下方，此装置安装底板与水平地面连接紧固，传感器通过数据线与数据采集器联接，当被测试件撞击在三向测力平台装置上表面时（模拟被测试件撞击地面工况），通过传感器输出信号可以得出撞击产生的垂直方向及水平方向载荷。

三向测力平台的主体由进口铝合金整体切削成中空结构，加工前对原材料进行X射线探伤，平台四周要求一般加工，其上、下表面进行精加工，保证上、下表面平行度≯0.1mm、表面粗糙≯3.2μm。这种设计大幅度的降低了平台质量，提高了平台支持刚度，有效提高了平台本身的固有频率，排除了固有频率对测试信号的耦合干扰，是一种先进的设计方法。三向测力平台研制中通过对国外资料的分析讨论及总结已有的设计与使用经验，有效提高了平台本身的固有频率。

本发明采用传感器与连接盘为镶嵌式机械结构，三向测力传感器通过转接板与上、下台面连接，转接结构上设计定位凸台与上、下台面上的定位圆孔配合，以确保传感器相对于测力平台位置的准确性，使平台机械连接方式最佳化。这种先进的设计方式有效降低了平台自身三向交叉干扰误差。

本发明平台底座为45#钢板材调质处理加工而成，加工采用了精加工，保证上、下表面平行度≯0.1mm、表面粗糙≯3.2μm，表面采用发黑或镀锌处理，这种设计方法缩小了机械连接之间的间隙，有效降低了平台惯性载荷的附加干扰误差。

为了保证表层台面的耐磨性，采用硬铝合金板（材料：2A12）加工，台面加工上、下表面平行度均≤0.1mm，台面上加工台阶孔，通过内六方螺栓与主体台面螺接，表面加工的粗糙度采用菱形网格花纹模式，通过改变网格花纹的深度及宽度可以满足各种摩擦系数所需的粗糙度，这种粗糙度设计加工可以满足所有落震试验的需求。

本发明自主研发了具有国际先进垂直加载36吨、水平加载18吨、侧向加载18吨的36吨级冲击平台，这种平台的技术指标达到了国际先进水平，有些指标略高于美国AMTI公司的技术指标，如表1及表2所示。综合比较本发明中设备串扰误差明显高于美国产品，其为影响试验测量精度关键参数；其次，美国平台安装台面比本发明中安装台面质量大，其惯性载荷较大也影响测量精度；美国平台固有频率远大于本发明装置，但试验中试验件固有频率一般都低于60Hz，按照测试要求大于被测试验件固有频率3倍就可满足要求。

本装置已在国家某重点型号试验测试中得到充分应用。本装置可推广到各机种的落震、摆振、飞机框段坠撞、冲击及航天与民用产品的相关试验验证应用。

表1

美国AMTI公司35吨三向测力平台装置主要技术指标

表2

本发明36吨三向测力平台主要技术指标

规格说明
		满量范围
垂向载荷	360kN
		航向载荷	180kN
侧向载荷	180kN
		超载容	150%of F.S.
输出灵敏度	2.0mV/V F.S.
		激励电压	5V--10V
桥压阴抗	350 0hms
		非线性度	≤1%F.S.
滞后误差	≤1%F.S
		温度范围	-20℃～60℃
串扰误差	≤3%F.S
		固有频率	＞200Hz

Claims (7)

1.一种三向测力平台装置，其特征在于，包括安装台面[1]、若干个三向测力传感器[2]以及安装底板[3]，所述安装台面[1]固定于三向测力传感器[2]上，所述安装地板[3]固定于三向测力传感器[2]的下方。

2.根据权利要求1所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述三向测力传感器[2]的数量2N个，等距安装在安装台面[1]和安装地板[3]之间，其中，N≥2。

3.根据权利要求2所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述三向测力传感器[2]通过上安装法兰[4]及安装螺栓[5]与安装台面[1]固定，通过下安装法兰[6]及安装螺栓[5]与安装地板[3]固定。

4.根据权利要求3所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述摩擦台面[7]通过安装螺栓[5]与安装台面[1]固定。

5.根据权利要求4所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述安装台面[1]为中空结构，由超硬铝合金制成。

6.根据权利要求5所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述摩擦台面[5]为特制网格花纹结构，由超硬铝合金制成。

7.根据权利要求6所述的一种三向测力平台装置，其特征在于，所述上安装法兰[4]及下安装法兰[6]上均设置有定位装置。

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