風(fēng)洞內(nèi)的ICE 在風(fēng)洞內(nèi)測(cè)量空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載

一般說(shuō)來(lái)，在風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，用帶應(yīng)變計(jì)（SG）的測(cè)力和扭力天平確定作用在試驗(yàn)物體上的空氣動(dòng)力載荷。測(cè)量工程師通常希望有一套可以獲得、記錄和顯示平衡力的自動(dòng)、靈活、移動(dòng)式測(cè)量系統(tǒng)

軌道車輛的安全試驗(yàn)

當(dāng)軌道車輛有側(cè)風(fēng)時(shí)，為安全起見(jiàn)，需要確定風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)車輛的空氣動(dòng)力參數(shù)。模型要求、測(cè)量技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法在規(guī)程中給予了規(guī)定。測(cè)量數(shù)據(jù)作為車輛證書(shū)的一項(xiàng)組成部分是有效的。為了進(jìn)行這樣的試驗(yàn)，并保證具有較高的試驗(yàn)精度、可再現(xiàn)性，更重要的是不依賴于風(fēng)洞操作員所使用的測(cè)量技術(shù)，瑞士埃門(mén)的RUAG航天公司開(kāi)發(fā)了一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)SG天平組成，并具有信號(hào)處理，數(shù)據(jù)采集和測(cè)量值分析能力，代表德國(guó)慕尼黑的德國(guó)鐵路股份公司。該系統(tǒng)可以與風(fēng)洞外的各種模型進(jìn)行組態(tài)并獨(dú)立于風(fēng)洞。

該天平安裝在模型內(nèi)，這也就是說(shuō)力臂更短，因此可以保證可以更精確地確定扭矩。在風(fēng)洞側(cè)只需要提供主要的工作參數(shù)和設(shè)置參數(shù)（壓力、溫度、濕度、推角），以確定所需的氣動(dòng)參數(shù)

測(cè)量原理

SG裝置安裝在風(fēng)洞天平所使用的測(cè)量元件上的惠斯登電橋電路上。在空氣動(dòng)力載荷的作用下，有測(cè)量點(diǎn)的分力在彈性區(qū)變形，引發(fā)測(cè)量橋發(fā)出與施加的力成正比的電壓信號(hào)。

根據(jù)天平的類型，可以確定出6個(gè)空間分力（力F_X、F_y、F_z和扭力M_x、M_y和M_z）。一般情況下，這些天平也稱為多分力天平。電輸出信號(hào)與施加載荷之間的關(guān)系取決于天平的校準(zhǔn)

整個(gè)系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)要求具有如下各項(xiàng)功能:

• 獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，包括傳感器、信號(hào)處理、測(cè)量值分析,
• 精度、分辨率和再現(xiàn)能力高

• 模塊化結(jié)構(gòu)

• 操作簡(jiǎn)單

RUAG航天公司的模塊天平
在過(guò)去的幾年里<font face="Arial">RUAG</font>航天公司開(kāi)發(fā)了一系列天平，這些天平在幾何尺寸和負(fù)載要求方面覆蓋廣泛的用途。天平的特點(diǎn)是堅(jiān)固耐用，具有較高的測(cè)量靈敏度和具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

模塊型天平由一個(gè)風(fēng)洞側(cè)承載板組成，該板帶7根彈性元件用活節(jié)連桿連接到模型側(cè)承載板。這些活節(jié)連桿具有傳力作用而盡可能不產(chǎn)生干擾。因此該天平不會(huì)有產(chǎn)生摩擦滯后效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)件.

測(cè)量放大器

傳感器源、信號(hào)放大和調(diào)節(jié)、與PC機(jī)通信的任務(wù)都是通過(guò)測(cè)量放大器系統(tǒng)MGCplus來(lái)實(shí)現(xiàn)的。ML30B放大器架的規(guī)定線性偏差是指預(yù)期信號(hào)可以按天平要求< O.3%的精度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)測(cè)量.

<font face="Arial">應(yīng)變片</font>模塊天平上的測(cè)量橋用6-線絕緣電路連接到載頻放大器上。為避免形成接地回路，電纜屏蔽不得連接到天平上。天平還要進(jìn)行聲光過(guò)載控制。每個(gè)SG信號(hào)設(shè)定的極限值為天平測(cè)量點(diǎn)設(shè)計(jì)值的80%.

軟件

開(kāi)發(fā)用途使用美國(guó)國(guó)家儀器有限公司的<font face="Arial">DIAdem</font>軟件作為測(cè)量和鑒定程序。與<font face="Arial">MGCplus</font>測(cè)量放大器系統(tǒng)的連接使用適當(dāng)?shù)?lt;font face="Arial">HBM</font>驅(qū)動(dòng)器通過(guò)以太網(wǎng)連接，也可以使用其它替代方法。

軟件要求:

• 數(shù)據(jù)采集和處理的程序控制
• 測(cè)量信號(hào)采集
• SG天平的聲光監(jiān)測(cè)
• 個(gè)別值的統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)
• 測(cè)量信號(hào)的處理
• 數(shù)據(jù)的可視化和存貯
• 模塊結(jié)構(gòu)

MGCplus助手用于設(shè)定測(cè)量通道并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，該助手是MGCplus 包的一部分，并且可直接用DIAdem啟動(dòng)。所有傳感器包括天平的定標(biāo)都是通過(guò)DIAdem宏實(shí)現(xiàn)的。只有天平監(jiān)測(cè)的極限值用MGCplus助手設(shè)定

風(fēng)洞試驗(yàn)

圖<font face="Arial">1</font>（在本篇開(kāi)頭）所示為按<font face="Arial">RUAG</font>航天公司亞音速風(fēng)洞內(nèi)的流向進(jìn)行試驗(yàn)的試驗(yàn)方案。該模型以<font face="Arial">ICE</font>為基礎(chǔ)，內(nèi)置<font face="Arial">SG</font>天平在底架區(qū)域用兩根撐桿固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)底盤(pán)上以便側(cè)流。天平的測(cè)量電纜穿入中空的撐桿連接到測(cè)量室內(nèi)的測(cè)量放大器上。

測(cè)量結(jié)果

該新型測(cè)量系統(tǒng)是否合格可通過(guò)將該測(cè)量系統(tǒng)與從外部獲取的外置天平的測(cè)量值比較實(shí)現(xiàn)。圖4所示為力系數(shù)與恒定風(fēng)速下的行進(jìn)推角之間的關(guān)系的舉例。兩套系統(tǒng)的區(qū)別在于所需的公差不一樣。對(duì)于滯流和對(duì)稱流也可以獲得非常好的效果結(jié)論

本處描述的測(cè)量系統(tǒng)由一個(gè)RUAG航天公司的多分力天平，一個(gè)HBM測(cè)量放大器裝置和相應(yīng)的軟件組成，可以非常準(zhǔn)確地確定風(fēng)洞試驗(yàn)中的力和扭矩。還具有的優(yōu)點(diǎn)就是系統(tǒng)內(nèi)集成了過(guò)載和摩擦連接監(jiān)測(cè)器。該測(cè)量系統(tǒng)還適用于其它必須確定動(dòng)力載荷甚至間歇載荷的用途。.