CN111207902A - 一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法 - Google Patents

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CN111207902A CN202010055312.8A CN202010055312A CN111207902A CN 111207902 A CN111207902 A CN 111207902A CN 202010055312 A CN202010055312 A CN 202010055312A CN 111207902 A CN111207902 A CN 111207902A
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Abstract

本发明涉及一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，具体如下，1)将风洞天平调整俯仰0°，滚转0°；2)采集不同俯仰和滚转角度下的天平轴向力分量输出；3)以俯仰和滚转角度为横坐标，天平轴向力和侧向力分量输出为纵坐标画出曲线，对曲线进行六次多项式拟合，并对公式进行求导；4)对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度；5)每隔5°重复以上操作，得到滚转和俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件的俯仰和滚转安装偏差角；6)按照拟合的曲线，获得天平姿态测量部件的俯仰和滚转安装偏差角随滚转和俯仰角度变化公式；本发明具有为***误差修正，以及天平姿态高精度测量提供了数据基础的优点。

Description

一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法
技术领域
本发明涉及风洞天平实验方法技术领域，尤其涉及一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法。
背景技术
单矢量多元校准是指在风洞天平上施加一个矢量载荷，通过改变天平体轴系与矢量载荷的相对方向、载荷作用点位置，使得矢量载荷在风洞天平体轴系上进行分解，产生所需要的六分量载荷。与传统具有多个施力单元的风洞天平多元校准设备相比，单矢量多元校准设备由于只有一个施力源，所以具有更少的误差源，而且设备的结构和控制更为简单，成本更低。在设备能力指标差异不大的情况下，造价一般为传统多元校准设备的20％左右或更低。
在实际应用中，将单矢量多元加载套安装在风洞天平上时，由于各装配关系不可避免的存在一定误差，这些误差会导致风洞天平的校准数据中的***误差，所以在风洞天平校准前需要通过一定的方法和一系列操作将这些误差找出来，这样的过程为风洞天平加载套安装数据初始化。
因此，针对以上不足，需要提供一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何消除加载套在安装时的装配误差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，包括对天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角和滚转安装偏差角的确定和校准步骤，具体如下，
Ⅰ.对于天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件的输出角度为准，将风洞天平调整滚转0°；
2)锁紧天平姿态控制装置，通过调位部件使风洞天平的俯仰角度产生不同的变化，同时采集不同俯仰角度下的天平轴向力分量输出；
3)以俯仰角度为横坐标，天平轴向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δα，该角度为滚转为0°时天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角；
5)通过所述天平姿态控制装置调整风洞天平的滚转姿态，在滚转0°～360°范围每隔5°重复以上操作，得到滚转每隔5°对应的天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角随滚转角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角随滚转角度变化公式Δαγ＝f(γ)；
7)实际校准时，通过公式Δαγ＝f(γ)和天平姿态测量部件的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)计算获得当前状态天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角进行修正；
Ⅱ.对于天平姿态测量部件的滚转安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件的输出角度为准，将风洞天平调整至俯仰0°，滚转0°；
2)锁紧调位部件，通过天平姿态控制装置使风洞天平的滚转角度产生不同的变化，同时采集不同滚转角度下的天平侧向力分量输出；
3)以滚转角度为横坐标，天平侧向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δγ，该角度为俯仰为0°时的天平姿态测量部件的滚转安装偏差角；
5)通过调位部件调整天平的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件滚转安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)；
7)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件滚转安装偏差角进行修正。
作为对本发明的进一步说明，优选地，所述俯仰角度的变化依次按照俯仰角(-10°，-5°，-4°，-3°，-2°，-1°，0°，1°，2°，3°，4°，5°，10°，20°，30°，40°)调整天平姿态。
作为对本发明的进一步说明，优选地，所述滚转角度的辩护依次按照滚转角(-95°，-90°，-85°，-80°，-75°，-70°，-65°，-60°，-50°，-40°，-30°，-20°，-10°，0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，65°，70°，75°，80°，85°，90°，95°)调整天平姿态。
作为对本发明的进一步说明，优选地，还可通过以下方法对天平姿态测量部件的滚转安装偏差角进行确定和校准，具体如下，
1)以天平姿态测量部件输出角度为准，将风洞天平调整至俯仰0°，滚转0°；
2)在天平姿态控制装置上锁紧天平俯仰运动，依次按照滚转角度(-10°，0°，10°)调整天平姿态，采集天平侧向力分量输出；
3)对获得的数据进行线性拟合，得到公式y1＝k1x；
4)依次按照滚转角度(170°，180°，190°)调整风洞天平姿态，采集天平侧向力分量输出；
5)对此次获得的数据进行线性拟合，得到公式y2＝k2x；
6)计算两公式y1＝k1x和y2＝k2x的交点横坐标x0,则x0为俯仰是0°时的天平姿态测量部件的滚转安装偏差角；
7)调整风洞天平的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件的滚转安装偏差角；
8)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式；
9)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件滚转安装偏差角进行修正。
作为对本发明的进一步说明，优选地，风洞天平一端固连有支杆，支杆轴线与风洞天平轴线重合，支杆一端与所述天平姿态控制装置相连，以使风洞天平沿轴线转动。
作为对本发明的进一步说明，优选地，天平姿态测量部件包括安装座、俯仰角加速度计、第一滚转角加速度计和第二滚转角加速度计，安装座固连在加载套内圈上，俯仰角加速度计固连在安装座的前端面处，第一滚转角加速度计固连在安装座的上端面处，第二滚转角加速度计固连在安装座的测端面处，其中俯仰角加速度计轴线与风洞天平轴线平行，第一滚转角加速度计和第二滚转角加速度计轴线相互垂直且同时与风洞天平轴线垂直。
作为对本发明的进一步说明，优选地，还包括确定天平俯仰力矩分量电心在轴向测距装置上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈及加载套外圈与加载套内圈之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈至加载套内圈上某一点，通过挡环锁紧加载套外圈，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置测量加载套外圈位置数据为a1，并采集天平俯仰力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平的姿态至0°，移动加载套外圈至加载套内圈上另一点，通过挡环锁紧加载套外圈，调整风洞天平的俯仰角度到0°，通过轴向测距装置测量加载套外圈位置数据为a2，并采集天平俯仰力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为俯仰力矩电心在轴向测距装置上的位置读数。
作为对本发明的进一步说明，优选地，还包括确定天平偏航力矩分量电心在轴向测距装置上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平调整至俯仰0°，滚转90°，锁紧加载套中圈及加载套外圈与加载套内圈之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈至加载套内圈上某一点，通过挡环锁紧加载套外圈，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置测量加载套外圈位置数据为a1，并采集天平偏航力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平的姿态至滚转270°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整天平姿态至0°，移动加载套外圈至加载套内圈上另一点，通过挡环锁紧加载套外圈，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置测量加载套外圈位置数据为a2，并采集天平偏航力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平的姿态至滚转270°，采集天平偏航力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为偏航力矩电心在轴向测距装置上的位置读数。
作为对本发明的进一步说明，优选地，还包括确定天平滚转力矩分量电心在横向标尺上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈及加载套外圈与加载套内圈之间的相对轴向移动；
2)横向移动加载套外圈至某一点，调整天平滚转角度到0°，读取横向标尺表头读数a1，并采集天平滚转力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平的姿态至0°，横向移动加载套外圈至另一点，调整天平俯仰角度到0°，读取横向标尺表头读数a2，并采集天平滚转力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平的姿态至滚转180°，采集天平滚转力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为滚转力矩电心在横向标尺上的位置读数。
作为对本发明的进一步说明，优选地，轴向测距装置包括丝杠、运动块和光栅尺，丝杠转动连接在基座上，运动块螺纹连接在丝杠上，光栅尺固连在运动块上，光栅尺长度方向与丝杠长度方向垂直，光栅尺靠近加载套一端上固连有千分表，千分表的表头与加载套抵接。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明通过提供一种天平姿态测量部件安装的俯仰偏差角和两种天平姿态测量部件安装的滚转偏差角，准确获得单矢量多元加载套初始安装数据，补充了单矢量多元加载套安装数据的获得方法，为***误差修正，以及天平姿态高精度测量提供了数据基础，提高单矢量多元校准中输入载荷分解计算的精准度。
附图说明
图1是本发明的加载套安装效果图；
图2是图1中A的放大图；
图3是本发明的天平姿态测量部件结构图；
图4是各部件俯仰安装偏差角的产生原理图；
图5是各部件滚转安装偏差角的产生原理图。
图中：1、基座；11、支杆；12、风洞天平；2、加载套外圈；21、套外圈；22、套内圈；3、加载套中圈；31、挡环；4、加载套内圈；5、加载套下摆；51、横向轴承；52、加载连接端；6、天平姿态测量部件；61、安装座；62、俯仰角加速度计；63、第一滚转角加速度计；64、第二滚转角加速度计；7、横向标尺；8、调位部件；81、调节盘；82、调节器；9、轴向测距装置；91、丝杠；92、运动块；93、光栅尺；94、千分表。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，结合图1、图2，所述单矢量多元校准加载套包括基座1、加载套外圈2、加载套中圈3、加载套内圈4、加载套下摆5、天平姿态测量部件6、横向标尺7、调位部件8和轴向测距装置9，加载套中圈3插接在加载套外圈2中，加载套内圈4滑动连接在加载套中圈3内，加载套下摆5转动连接在加载套外圈2上天平姿态测量部件6固连在加载套内圈4上，横向标尺7架设在加载套外圈2上，调位部件8和轴向测距装置9均架设在基座1上。
结合图1、图2，调位部件8包括调节盘81和调节器82，调节盘81为扇形板，调节盘81的外圆弧面上设有齿条，两块调节盘81间隔铰接在基座1后端，调节盘81之间固连有天平姿态控制装置，所述天平姿态控制装置包括外壳和电机，其中外壳与调节盘81固连，电机固连在外壳内，结合图4，电机输出端转动连接有支杆11，支杆11一端固连有风洞天平12，支杆11轴线与风洞天平12轴线重合，风洞天平12与加载套内圈4固连，设置天平姿态控制装置以使风洞天平12可沿其轴线转动；调节器82套接在调节盘11外圆端面外且与基座1固连，调节器82内转动连接有齿轮并与调节盘81上的齿条啮合，利用调节器82控制调节盘81在基座1上的转动，以实现控制风洞天平12竖直面上进行俯仰运动的作用。
结合图1、图2，加载套外圈2包括外套圈21和套内圈22，套内圈22转动连接在外套圈21内，外套圈21两侧转动连接有横向轴承51，加载套下摆5与横向轴承51转动连接，加载套下摆5为U型架，加载套下摆5底端中部开设有加载连接端52，加载连接端52上固连有挂绳，所述挂绳底部设有可放置砝码的托盘，以实现对风洞太平12的加载，加载套下摆5底部开设有槽，所述槽内插接有气泡水平仪，挖空所述槽的质量与气泡水平仪的质量相同，设置气泡水平仪以保证加载套下摆5重心方向与风洞天平12轴线方向处于同一竖直面上，并且使挖空的槽质量与气泡水平仪质量相同，保证在没有砝码载荷作用时，加载套下摆5不会因重心偏移发生偏摆，实现了加载套外圈2转动静止位置的可测可调，其测量精度可达到2″。
结合图1、图2，加载套中圈3为方形环状，套内圈22套接在加载套中圈3外，加载套中圈3内孔形状也为方形，加载套内圈4***加载套中圈3的方形内孔中，加载套中圈3的方形内孔外径大于加载套内圈4，加载套中圈3与加载套内圈4的四个接触面之间间隙小于0.05mm，不仅能使加载套中圈3更为顺滑的移动，还避免因间隙过大导致加载套外圈轴线不与风洞天平重合；加载套内圈4为方形柱体，加载套内圈4外开设有螺纹，所述螺纹为截断螺纹且开设在加载套内圈4长度方向的四棱边上，加载套内圈4外螺纹连接有两个挡环31，两个挡环31侧面分别与加载套中圈3两侧面抵接，设置带有螺纹的方形柱体状加载套内圈4，配合加载套中圈3不仅能避免加载套外圈2在径向方向上转动，固定加载套外圈2的旋转，还能使加载套外圈2能沿加载套内圈4长度方向平稳移动，实现了加载套外圈2及加载套中圈3在加载套内圈4上的任意位置的锁紧及微调，一举两得。
结合图2、图3，天平姿态测量部件6包括安装座61、俯仰角加速度计62、第一滚转角加速度计63和第二滚转角加速度计64，安装座61固连在加载套内圈4远离支杆11一端上，俯仰角加速度计62、第一滚转角加速度计63和第二滚转角加速度计64均为挠性石英加速度计，俯仰角加速度计62固连在安装座61的前端面处，第一滚转角加速度计63固连在安装座61的上端面处，第二滚转角加速度计64固连在安装座61的测端面处，其中俯仰角加速度计62轴线与风洞天平12轴线平行，第一滚转角加速度计63和第二滚转角加速度计64轴线相互垂直且同时与风洞天平12轴线垂直；设置多个挠性石英加速度计以测量风洞天平12受载时所受的力矩大小；横向标尺7固连在套内圈22上，横向标尺7的表头通过门字形的连接块卡接在加载套中圈3外，实现测量加载套中圈3在加载套外圈2横向空腔中的精确测量，其测量精度达到0.02mm。
结合图1、图2，轴向测距装置9架设在基座1位于加载套外圈2一侧，轴向测距装置9包括丝杠91、运动块92和光栅尺93，丝杠91转动连接在基座1上，丝杠91轴线方向水平且与支杆11轴线方向平行，运动块92螺纹连接在丝杠91上，光栅尺93固连在运动块92上，光栅尺93长度方向与丝杠91长度方向垂直，光栅尺93靠近加载套外圈2一端上固连有千分表94，千分表94的表头与加载套外圈2抵接；测量时，先转动丝杠91带动光栅尺93尺头移动，使安装在测量端的千分表94表头靠在加载套外圈2前端面上，并使得千分表94指针压缩一定距离，再移动加载套外圈2在加载套内圈4上的位置，然后重复上述过程，记下光栅尺93的读数，最后两次读数相减即可得出加载套外圈2的相对移动距离，实现对加载套外圈2相对移动距离的测量，其测量精度达到0.02mm。
理想情况下俯仰角加速度计62的敏感轴与风洞天平12轴线平行，则俯仰角加速度计62感受的俯仰角度和风洞天平12的俯仰角度一致，由于不可避免的存在加工误差，实际上经过多次存在误差的安装传递过程后，俯仰角加速度计62的敏感轴并不一定和风洞天平12轴线平行，出现俯仰安装偏差角。
结合图4、图5，例如需要在天平俯仰角度为30°的状态校准，则实际上天平俯仰角度为29°，则造成法向力载荷相对误差为
Figure BDA0002372591710000121
同理，侧向力载荷相对误差为1％，轴向力载荷相对误差为3％。该误差量级已经远远超出了允差范围；附图4中标示的俯仰安装偏差角Δα为俯仰角加速度计3敏感轴线与天平轴线夹角在XY面上的投影角度。当天平不发生滚转运动时，该俯仰安装偏差角Δα不变。
理想情况下第一滚转角加速度计63和第二滚转角加速度计64的敏感轴与天平轴线垂直，但实际上也会因为不可避免的加工误差导致安装角度偏差。
附图5中标示的滚转安装偏差角Δβ为第一滚转角加速度计63或第二滚转角加速度计64的敏感轴线与Z轴的夹角在YZ面上的投影角度，当天平不发生俯仰运动时，该滚转安装偏差角Δβ不变。
综上，为准确获得单矢量多元加载套初始安装数据，需要获取天平姿态测量部件6的安装偏差角，主要包括俯仰安装偏差角，滚转安装偏差角；风洞天平12的力矩分量对应的电心位置，主要包括俯仰力矩分量Mz的电心位置，偏航力矩分量My的电心位置，以及滚转力矩Mx的电心位置等；力矩分量的电心是指，力通过这一点时，使得力矩分量输出为零。
可见，单矢量多元加载套安装数据初始化十分重要，直接影响了校准输入载荷的计算精准度，间接影响了天平使用系数的精准度。
因此本发明所提供的数据初始化方法，包括一种对天平姿态测量部件的俯仰安装偏差角方法和两种滚转安装偏差角方法，具体如下，
Ⅰ.对于天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件6的输出角度为准，将风洞天平12调整滚转0°；
2)锁紧天平姿态控制装置，通过调位部件8使风洞天平12的俯仰角度产生不同的变化，所述俯仰角度的变化依次按照俯仰角(-10°，-5°，-4°，-3°，-2°，-1°，0°，1°，2°，3°，4°，5°，10°，20°，30°，40°)调整天平姿态，同时采集不同俯仰角度下的天平轴向力分量输出；
3)以俯仰角度为横坐标，天平轴向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δα，该角度为滚转为0°时天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角；
5)通过所述天平姿态控制装置调整风洞天平的滚转姿态，在滚转0°～360°范围每隔5°重复以上操作，得到滚转每隔5°对应的天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角随滚转角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角随滚转角度变化公式Δαγ＝f(γ)；
7)实际校准时，通过公式Δαγ＝f(γ)和天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)计算获得当前状态天平姿态测量部件6的俯仰安装偏差角进行修正；
Ⅱ.第一种对天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件6的输出角度为准，将风洞天平12调整至俯仰0°，滚转0°；
2)锁紧调位部件8，通过天平姿态控制装置使风洞天平12的滚转角度产生不同的变化，所述滚转角度的辩护依次按照滚转角(-95°，-90°，-85°，-80°，-75°，-70°，-65°，-60°，-50°，-40°，-30°，-20°，-10°，0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，65°，70°，75°，80°，85°，90°，95°)调整天平姿态，同时采集不同滚转角度下的天平侧向力分量输出；
3)以滚转角度为横坐标，天平侧向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δγ，该角度为俯仰为0°时的天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角；
5)通过调位部件8调整天平的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件6滚转安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)；
7)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件6俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件6滚转安装偏差角进行修正。
Ⅲ.第二种对天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角进行确定和校准，具体如下，
1)以天平姿态测量部件6输出角度为准，将风洞天平12调整至俯仰0°，滚转0°；
2)在天平姿态控制装置上锁紧天平俯仰运动，依次按照滚转角度(-10°，0°，10°)调整天平姿态，采集天平侧向力分量输出；
3)对获得的数据进行线性拟合，得到公式y1＝k1x；
4)依次按照滚转角度(170°，180°，190°)调整风洞天平12姿态，采集天平侧向力分量输出；
5)对此次获得的数据进行线性拟合，得到公式y2＝k2x；
6)计算两公式y1＝k1x和y2＝k2x的交点横坐标x0,则x0为俯仰是0°时的天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角；
7)调整风洞天平12的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角；
8)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件6的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式；
9)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件6俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件6滚转安装偏差角进行修正。
本发明还提供一种确定天平俯仰力矩分量电心在轴向测距装置9上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平12调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈3及加载套外圈2与加载套内圈4之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈2至加载套内圈4上某一点，通过挡环31锁紧加载套外圈2，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置9测量加载套外圈2位置数据为a1，并采集天平俯仰力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平12的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平2的姿态至0°，移动加载套外圈2至加载套内圈4上另一点，通过挡环31锁紧加载套外圈2，调整风洞天平12的俯仰角度到0°，通过轴向测距装置9测量加载套外圈2位置数据为a2，并采集天平俯仰力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平12的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为俯仰力矩电心在轴向测距装置9上的位置读数。
本发明还提供一种确定天平偏航力矩分量电心在轴向测距装置9上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平12调整至俯仰0°，滚转90°，锁紧加载套中圈3及加载套外圈2与加载套内圈4之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈2至加载套内圈4上某一点，通过挡环31锁紧加载套外圈2，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置9测量加载套外圈2位置数据为a1，并采集天平偏航力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平12的姿态至滚转270°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整天平姿态至0°，移动加载套外圈2至加载套内圈4上另一点，通过挡环31锁紧加载套外圈2，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置9测量加载套外圈2位置数据为a2，并采集天平偏航力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平12的姿态至滚转270°，采集天平偏航力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为偏航力矩电心在轴向测距装置9上的位置读数。
本发明还提供一种确定天平滚转力矩分量电心在横向标尺7上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平12调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈3及加载套外圈2与加载套内圈4之间的相对轴向移动；
2)横向移动加载套外圈2至某一点，调整天平滚转角度到0°，读取横向标尺7表头读数a1，并采集天平滚转力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平12的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平12的姿态至0°，横向移动加载套外圈2至另一点，调整天平俯仰角度到0°，读取横向标尺7表头读数a2，并采集天平滚转力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平12的姿态至滚转180°，采集天平滚转力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为滚转力矩电心在横向标尺7上的位置读数。
本发明补充了单矢量多元加载套安装数据的获得方法，为***误差修正，以及天平姿态高精度测量提供了数据基础，提高单矢量多元校准中输入载荷分解计算的精准度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：包括对天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角和滚转安装偏差角的确定和校准步骤，具体如下，
Ⅰ.对于天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件(6)的输出角度为准，将风洞天平(12)调整滚转0°；
2)锁紧天平姿态控制装置，通过调位部件(8)使风洞天平(12)的俯仰角度产生不同的变化，同时采集不同俯仰角度下的天平轴向力分量输出；
3)以俯仰角度为横坐标，天平轴向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δα，该角度为滚转为0°时天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角；
5)通过所述天平姿态控制装置调整风洞天平(12)的滚转姿态，在滚转0°～360°范围每隔5°重复以上操作，得到滚转每隔5°对应的天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角随滚转角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角随滚转角度变化公式Δαγ＝f(γ)；
7)实际校准时，通过公式Δαγ＝f(γ)和天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)计算获得当前状态天平姿态测量部件(6)的俯仰安装偏差角进行修正；
Ⅱ.对于天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角的确定和校准步骤；
1)以天平姿态测量部件(6)的输出角度为准，将风洞天平(12)调整至俯仰0°，滚转0°；
2)锁紧调位部件(8)，通过天平姿态控制装置使风洞天平(12)的滚转角度产生不同的变化，同时采集不同滚转角度下的天平侧向力分量输出；
3)以滚转角度为横坐标，天平侧向力分量输出为纵坐标，画出曲线，并对曲线进行六次多项式拟合，得到拟合公式，并对拟合公式进行求导；
4)以0.01°的分辨率对求导后的公式进行插值，找到最小值对应的角度Δγ，该角度为俯仰为0°时的天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角；
5)通过调位部件(8)调整天平的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件滚转安装偏差角；
6)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式Δγα＝f(α)；
7)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件滚转安装偏差角进行修正。
2.根据权利要求1所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：所述俯仰角度的变化依次按照俯仰角(-10°，-5°，-4°，-3°，-2°，-1°，0°，1°，2°，3°，4°，5°，10°，20°，30°，40°)调整天平姿态。
3.根据权利要求1所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：所述滚转角度的辩护依次按照滚转角(-95°，-90°，-85°，-80°，-75°，-70°，-65°，-60°，-50°，-40°，-30°，-20°，-10°，0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，65°，70°，75°，80°，85°，90°，95°)调整天平姿态。
4.根据权利要求1所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：还可通过以下方法对天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角进行确定和校准，具体如下，
1)以天平姿态测量部件(6)输出角度为准，将风洞天平(12)调整至俯仰0°，滚转0°；
2)在天平姿态控制装置上锁紧天平俯仰运动，依次按照滚转角度(-10°，0°，10°)调整天平姿态，采集天平侧向力分量输出；
3)对获得的数据进行线性拟合，得到公式y1＝k1x；
4)依次按照滚转角度(170°，180°，190°)调整风洞天平(12)姿态，采集天平侧向力分量输出；
5)对此次获得的数据进行线性拟合，得到公式y2＝k2x；
6)计算两公式y1＝k1x和y2＝k2x的交点横坐标x0,则x0为俯仰是0°时的天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角；
7)调整风洞天平(12)的俯仰姿态，在俯仰-10°～45°范围每隔5°重复以上操作，得到俯仰每隔5°对应的天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角；
8)按照六次多项式拟合天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角随俯仰角度变化的曲线，获得天平姿态测量部件(6)的滚转安装偏差角随俯仰角度变化公式；
9)实际校准时，通过公式Δγα＝f(α)和天平姿态测量部件俯仰安装偏差角随俯仰角度变化公式Δαγ＝f(γ)计算获得当前状态天平姿态测量部件滚转安装偏差角进行修正。
5.根据权利要求1所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：风洞天平(12)一端固连有支杆(11)，支杆(11)轴线与风洞天平(12)轴线重合，支杆(11)一端与所述天平姿态控制装置相连，以使风洞天平(12)沿轴线转动。
6.根据权利要求1所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：天平姿态测量部件(6)包括安装座(61)、俯仰角加速度计(62)、第一滚转角加速度计(63)和第二滚转角加速度计(64)，安装座(61)固连在加载套内圈(4)上，俯仰角加速度计(62)固连在安装座(61)的前端面处，第一滚转角加速度计(63)固连在安装座(61)的上端面处，第二滚转角加速度计(64)固连在安装座(61)的测端面处，其中俯仰角加速度计(62)轴线与风洞天平轴线平行，第一滚转角加速度计(63)和第二滚转角加速度计(64)轴线相互垂直且同时与风洞天平(12)轴线垂直。
7.根据权利要求6所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：还包括确定天平俯仰力矩分量电心在轴向测距装置(9)上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平(12)调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈(3)及加载套外圈(2)与加载套内圈(4)之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈(2)至加载套内圈(4)上某一点，通过挡环(31)锁紧加载套外圈(2)，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置(9)测量加载套外圈(2)位置数据为a1，并采集天平俯仰力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平(12)的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平(12)的姿态至0°，移动加载套外圈(2)至加载套内圈(4)上另一点，通过挡环(31)锁紧加载套外圈(2)，调整风洞天平(12)的俯仰角度到0°，通过轴向测距装置(9)测量加载套外圈(2)位置数据为a2，并采集天平俯仰力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平(12)的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为俯仰力矩电心在轴向测距装置(9)上的位置读数。
8.根据权利要求7所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：还包括确定天平偏航力矩分量电心在轴向测距装置(9)上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平(12)调整至俯仰0°，滚转90°，锁紧加载套中圈(3)及加载套外圈(2)与加载套内圈(4)之间的相对横向移动；
2)移动加载套外圈(2)至加载套内圈(4)上某一点，通过挡环(31)锁紧加载套外圈(2)，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置测量加载套外圈位置数据为a1，并采集天平偏航力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平(12)的姿态至滚转270°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整天平姿态至0°，移动加载套外圈(2)至加载套内圈(4)上另一点，通过挡环(31)锁紧加载套外圈(2)，调整天平俯仰角度到0°，通过轴向测距装置(9)测量加载套外圈(2)位置数据为a2，并采集天平偏航力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平(12)的姿态至滚转270°，采集天平偏航力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为偏航力矩电心在轴向测距装置(9)上的位置读数。
9.根据权利要求8所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：还包括确定天平滚转力矩分量电心在横向标尺(7)上位置的方法，具体步骤如下，
1)将风洞天平(12)调整至俯仰0°，滚转0°，锁紧加载套中圈(3)及加载套外圈(2)与加载套内圈(4)之间的相对轴向移动；
2)横向移动加载套外圈(2)至某一点，调整天平滚转角度到0°，读取横向标尺(7)表头读数a1，并采集天平滚转力矩输出数据b1；
3)调整风洞天平(12)的姿态至滚转180°，采集天平俯仰力矩输出数据b2；
4)调整风洞天平(12)的姿态至0°，横向移动加载套外圈(2)至另一点，调整天平俯仰角度到0°，读取横向标尺(7)表头读数a2，并采集天平滚转力矩输出数据b3；
5)调整风洞天平(12)的姿态至滚转180°，采集天平滚转力矩输出数据b4；
6)分别线性拟合数据(a1，a2；b1，b3)和(a1，a2；b2，b4)，得到两条直线方程，求出两直线交点的横坐标值即为滚转力矩电心在横向标尺(7)上的位置读数。
10.根据权利要求8所述的一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法，其特征在于：轴向测距装置(9)包括丝杠(91)、运动块(92)和光栅尺(93)，丝杠(91)转动连接在基座(1)上，运动块(92)螺纹连接在丝杠(91)上，光栅尺(93)固连在运动块(92)上，光栅尺(93)长度方向与丝杠(91)长度方向垂直，光栅尺(93)靠近加载套一端上固连有千分表(94)，千分表(94)的表头与加载套抵接。
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