2017年6月
中国工程机械学报
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
脉冲风洞天平动态标定加载系统设计
毛润，高宏力，马力翔，黄晓蓉
（西南交通大学机械工程学院，成都610031）
Vol. 15 No.3 Jun.2017
摘要：由于脉冲风洞试验时间短，冲击载荷大，试验过程有强烈报动，影响天平的测力精度，因此，需要对天平模型进行动态标定.针对风洞天平的动态标定所需要的高频率、重载荷稳定的动态力，设计了一套动态力加载系统.机械结构运用电动机带动丝杠副的结构设计，控制部分采取嵌人式PC，在系统内虚拟出软PLC.传感器检测模块和电动机驱动模块等通过EtherCAT总线与软PLC通讯，实现硬件的模块化集成.经试验测试，该系统能满足风洞天平的测试要求，
关键调：风动天平；动态标定；嵌人式PLC
中图分类号：TP23
文献标志码：A
文章编号：16725581(2017)03024404
Dynamicforcemeasurementsystembasedonwind-tunnelbalance
MAO Run,GAO Hongli,MA Liziang,HUANG Xiaorong
(College of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031, China)
Abstract: Since the short effective measurement time and the large impulsive load for the impulse combustion testing in wind tunnel, model system will vibrate intensively during the experiment, which will reduce the accuracy of force testing. In order to provide the dynamic forces which the experiment needs, we proposed a new dynamic force measurement system. The mechanical part was consist of a set of motor, leading screws and screw nuts. Meanwhile the control part was based on embedded soft PLC. The EtherCAT terminal boxes which are connected to the controller are used for detecting the signals from sensors and driving motors. The modular integrated hardware making the system more compact.
Experiment shows that the system meet the requirement of wind-tunnel balance. Key words: wind-tunnel balance; calibration accuracy; embedded PLC
风洞天平模型试验是航空航天飞行器研制过程了解飞行器性能、降低飞行器研制风险和成本的重要手段之一，随着社会工业发展，风洞天平模型试验越来越多地运用到汽车、高层建筑的受力测试当中.风洞天平则是直接感应和测量作用在模型6个自由度上气动力、力矩的高精度测量装置.国内外对风洞天平的研究大多数局限在静态形式上，而对于动态力往往是采用“静标动用”的方法进行，即仅依据计量器具静态校准的数据结果作为动态测试的依据.其结果是，在静态校准中精度很高的计量器具，在动态测试中却可能出现高达100%的动态误差"].对于连续风洞，当试验
时间足够长时，模型振动会逐渐衰减，最终测力天平能够给出一个稳定的数值.但对于脉冲风洞（约 300ms)，试验时间很短，模型结构振动来不及衰减，测力天平的测量结果会受到很大的影响[2-3]，因此，对于脉冲风洞天平的动态校准变得十分重要.动态校准则是在静态校准的基础上，利用标模，在风洞中进一步校验天平性能的过程.一般情况，动态标定所用的力源为标准动态力源，标准动态力有稳定的频谱，可以复制，易于分析(4)
目前，国内外对于风洞天平的动态标定实验中采用的标准力加载机构，大多数采用脉冲式力源、正弦力源、阶跃力源等形式进行加载.这些加载形
作者简介毛润（1990—），男，博士生.E-mail1101083246@qq.com 万方数据