測力試驗

測力試驗是指測量氣流作用在模型上的空氣動力的試驗。

飛機的研製與風洞試驗技術的關係越來越緊密。國外先進的飛機風洞試驗工作量也越來越大，試驗項目也顯著增多。對於不同飛機來講，其經濟性，安全性和舒適性以及很多飛機的設計技術，是通過風洞試驗來驗證的。

測力實驗是風洞實驗中最基本的實驗項目。測力試驗是指測量氣流作用在模型上的空氣動力的試驗。風洞天平是測力實驗中最重要的測量裝置，用於測量作用在模型上的空氣動力載荷(力與力矩)的大小、方向與作用點。

基本介紹

• 中文名：測力試驗
• 外文名：force test
• 套用學科：空氣動力學
• 作用：測量氣流作用在模型上的空氣動力
• 測量裝置：風洞天平
• 套用場合：風洞試驗

簡介

流體力學方面的風洞實驗指在風洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法；而在昆蟲化學生態學方面則是在一個有流通空氣的矩形空間中，觀察活體蟲子對氣味物質的行為反應的實驗。

飛機的研製與風洞試驗技術的關係越來越緊密。國外先進的飛機風洞試驗工作量也越來越大，試驗項目也顯著增多。對於不同飛機來講，其經濟性，安全性和舒適性以及很多飛機的設計技術，是通過風洞試驗來驗證的。

風洞是進行空氣動力學研究與飛行器研製的最基本的實驗設備。測力實驗是風洞實驗中最基本的實驗項目。測力試驗是指測量氣流作用在模型上的空氣動力的試驗。

風洞天平

風洞天平是測力實驗中最重要的測量裝置，用於測量作用在模型上的空氣動力載荷(力與力矩)的大小、方向與作用點。

風洞天平，是測量風洞中作用在模型上的空氣動力和力矩的設備。它能將空氣動力和力矩沿 3個相互垂直的坐標軸系分解並進行精確測量。風洞天平按測力的性質分為靜態測力天平和動態測力天平兩類，分別測量定常飛行和非定常飛行時模型所受到的空氣動力。靜態測力天平有內式和外式等多種形式，按結構和測量原理分為機械式、應變式、壓電式和磁懸掛等形式。機械式天平主要用於低速風洞，常見有張線式和硬架式兩種。

民機低速風洞測力試驗技術

民機低速風洞測力試驗技術是一項測量精度高，系統控制準確，我國民機研製急需的試驗技術之一。針對民機試驗的特點，國外非常重視該項試驗技術研究。主要實驗方法如下：

模型設計技巧

（1）控制了模型重量。模型自重的大小直接影響天平各元的測量精度，針對民機對阻力側量精度要求高的特點，模型的自重應更輕。因此，模型的選材上在保證模型風洞試驗時強度、剛度與變形需求下，大量地選擇了鋁合金來製作各部件.模型在設計時也儘可能的採用了薄壁結構。

（2）導線引出巧妙。在模型內部分別安裝了迎角感測器和應變天平，各自的信號導線如何引到模型外部是需要解決的一個難點。因為張線支撐座和模型之間不能留太大間隙，以避免氣流串流發生，這些導線如果從支撐座和模型之間的間隙引出，則會由這些導線引起力的傳遞，使天平無法採集到飛機模型實際氣動特性。因此在實際設計時巧妙的在主吊點支座上引出了這些導線，提高試驗可靠性.

（3）安裝調整方便。張線支撐的模型安裝與調整不同於常規的尾部、腹部支撐。實際中採用了機身里內、外套筒的方法，裝配時可由內向外逐層組裝，使安裝天平時調整較為方便、精確。

天平特點

（1）天平設計採用了工程最佳化方法，各元最大輸出均分布在8~13mV之間，使天平工作於線性穩定區。

（2）天平阻力元件經最佳化，解決了輸出靈敏度與剛度的突出矛盾，即天平阻力元具有較高的輸出靈敏度，直接利用支撐元件測量阻力，以保證剛度也滿足設計要求。

（3）採用高準度靜校台進行天平校準，保證了天平的校準準精度。

數據處理

試驗結果的縱向三分力以風軸給出，橫向三分力以體軸給出。數據進行了如下修正:

（1）洞壁干擾修正;

（2）風洞場係數修正;

（3）天平彈性角修正。

模型迎角採用角度感測器進行實時採集.試驗採用單點試驗的測量方法，即進行正常尾翼布局縱向重複性試驗時，採用調準模型姿態角，重複開車七次的試驗方法:進行正常尾翼橫向和T型尾翼縱橫向試驗時，採用調準模型姿態角，連續採集七次的試驗方法。

風洞測力試驗誤差源

風洞測力試驗數據生產的流程如圖所示。

風洞測力試驗數據生產的流程圖

根據流程圖，風洞試驗誤差源主要包括：

（1）風洞設備和氣流條件方面的誤差。如風速、溫度、動壓、靜壓、風洞氣流偏角、壓力與溫度控制精度，以及邊界層轉挾與雷諾數R。影響，洞壁干擾等。

（2）測量裝置方面的誤差。如天平載荷校準誤差、天平設計載荷與實際測量載荷的相容性偏差、天平支桿彈性變形、尾支或側支形式及支桿(粗細、長度、偏轉角、軸向同心度)干擾、掃描閥或壓力感測器偏差、數據採集與處理誤差、天平校準架與靜校方法(體軸、地軸)載入偏差、攻角機構與控制精度等。

（3）模型設計和加工方面的誤差。如尺寸偏差、安裝角偏差、外形失真，表面台階與粗糙度、彈性變形、參考長度與面積實測、模型支撐位置、模型重量影響等。

（4）風洞操作上的誤差。如流場建立與穩定判斷、模型與天平的安裝質量、多自由度攻角機構的調整偏差、天平校心到模型質心的實測偏差等。

（5）數據處理方面的誤差。如數據處理中近似公式的誤差、數據修正的誤差、數據插值與曲線擬合的誤差、坐標系轉換誤差等。

一般而言，測量的基本參數愈多，誤差源也會愈多。要識別這些誤差源的相對重要性，以及它們對定量評估不確定度的貢獻，是解決問題的關鍵，也是難度和複雜程度都很大的工作。