本发明专利技术公开了一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统，属于风洞实验、测量领域。该调平气浮光栅测量系统安装于风洞试验段，测量系统主要包括光学升降台(1)、支架(2)、微分头(3)、支座结构(4)、光栅系统(5)、气浮轴承系统(6)。本发明专利技术向气浮轴承通气后，转动部件和轴承外壳之间将形成气膜，二者之间形成不接触的相对运动，内部摩擦力减小至可以忽略，此时认为内部阻力为零，这有助于将光栅测量系统对测试对象本身的影响将至最低，即使测试对象无外源动力输入，收环境影响被动产生的极其微小转动仍然可以准确识别获取。同时本发明专利技术提供了一种调平机构和调平方法，将调平的周期调整至最少，大大节约实验周期。大大节约实验周期。大大节约实验周期。
【技术实现步骤摘要】
一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统
[0001]本专利技术属于风洞实验、测量领域，具体是一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统。
技术介绍
[0002]表面规律分布着微结构阵列的平板圆形样品在风洞实验中受到微剪切力大小与分布的精确测量是研究气动摩擦阻力形成与发展、近壁阻力构成、边界层流动等问题的重要切入点。理论上，通过测量平板圆形微结构样品在来流作用下的微小角度大小即可获得转动角速度、角加速度等关键值，进而分析样品收到的转动力矩并分析其作用特点。平板圆形样品在风洞中的流动作用效果具有极强的规律性、几何对称性，但是难点在于如何精确直接地对圆形样品的上述特性进行测量。微结构平板样品表面受到的气动力大小微弱，由微气动力分布不均引起的力矩难以通过传统力或力矩传感器进行测量。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统，鉴于微角度测量对接触摩擦十分敏感，干摩擦引起的回程误差、爬行现象和蠕变都将严重影响微角度信息的测量精度，本系统使用气浮方法降低光栅码盘转动内阻，使可能存在的摩擦阻力降低至可忽略；加入调平机构，优化了调平步骤；提出了气浮光栅，提高测量灵敏度和精度。系统结构简单，反应灵敏，可以准确测量样品微小的角度变化，进而换算成角速度和角加速度，可以用来分析样品受力和力矩的情况。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统，安装于风洞试验段，测量系统主要包括光学升降台(1)、支架(2)、微分头(3)、支座结构(4)、光栅系统(5)、气浮轴承系统(6)。
[0006]参阅图1、图2，所述光学升降平台(1)安装在基准面上，支架(2)安装在光学升降平台(1)的升降臂上，支架顶部四角分布4个微分头(3)，形成微分头组，用来调节载样台(67)的高度和水平。气浮轴承系统(6)安装在微分头组上，通过其侧壁的支座结构(4)支撑并稳定在微分头组上，光栅系统(5)安装在气浮轴承系统(6)下方，用来获取气浮轴承系统中转动机构的精确角度信息；气浮轴承系统(6)的载样台(67)上装载微结构样品。
[0007]参阅图3，所述支座结构(4)包括安装座(41)、拉紧弹簧(42)、长螺栓(43)，安装座(41)通过螺栓安装在气壁(64)的侧面，安装座上加工半球形凹槽，使微分头(3)的探头可以深入并支撑，长螺栓(43)安装在支架(2)的顶部，拉紧弹簧(42)张紧在长螺栓(43)与气壁(64)侧面的突出零件之间，弹簧(42)的张紧力将气浮轴承系统(6)牢牢拉紧在微分头组上，免受外力作用导致的滑落或偏移。
[0008]所述气壁(64)侧面的突出零件可以是气动快速接头(61)或长螺栓。
[0009]所述光栅系统(5)包括电路支架(51)、光栅码盘(52)、转动轴(53)、光栅电路(54)、
遮光罩(55)，电路支架(51)安装在气壁(64)上，光栅电路(54)安装在电路支架(51)上，光栅码盘(52)安装在转动轴(53)上，光栅码盘(52)与光栅电路(54)之间的装配不发生接触，转动轴(53)穿过光栅电路板中心通孔与气浮轴承下面板(62)连接。
[0010]所述电路支架(51)安装在气动快速接头(61)对侧的螺栓孔上。
[0011]所述气浮轴承系统(6)包括气动快速接头(61)、轴承下面板(62)、中轴(63)、气壁(64)、气套(65)、轴承上面板(66)、载样台(67)，所述气壁(64)和气套(65)插装形成轴承主体，气动快速接头(61)安装在气壁(64)外侧，中轴(63)安装在气套(65)内部，上下夹装轴承上下面板(66)、(62)，载样台安装在轴承上面板(66)上表面。
[0012]所述气壁(64)环形内表面加工环状凹槽，形成内凹气腔，气壁(64)外侧周向加工均布的多个螺纹孔，其中一孔贯通气壁(64)用来安装气动快速接头(61)向内凹气腔供气，其余螺纹孔不贯通，用来安装安装座(41)，或紧固电路支架(51)。
[0013]所述中轴(63)与气套(65)之间间隙配合，单边间隙约为50至100微米。
[0014]所述中轴(63)的高度略大于气套(65)的高度，高出大约100至200微米。
[0015]所述气壁(64)与气套(65)之间间隙配合，插装形成装配关系，装配前，在气壁(64)的环状壁面A处均匀涂抹硅酮胶，用来密封气壁(64)与气套(65)之间的缝隙，保障内凹气腔的密封性。
[0016]所述气套(65)上加工周向均匀分布的通气孔，一端与气壁(64)的气腔相连，一端与气套(65)上下表面和中心轴气腔相连，这些通气孔的出气位置B处可以安装节流塞用以限制气流流量。
[0017]所述微分头组搭配支座结构(4)可以实现快速调平功能，使载样台(67)与风洞试验段下表面齐平，步骤如下：
[0018]步骤1.使用升降台将测量系统快速升高至试验段下方附近；
[0019]步骤2.顺序旋转支架(2)上的微分头，使气浮轴承系统(6)及其附属结构进一步上升，使载样台(67)上表面与风洞试验段下表面接近，最终保持大约0.5至1mm间隙；
[0020]步骤3.在试验段内安装平整限位装置，例如平整的铝板，使其覆盖实验段测试窗口，要求限位装置不易移动；
[0021]步骤4.手动竖直提升气浮轴承系统(6)使其脱离安装座(41)，使载样台(67)上表面与铝板紧密接触，压紧并保持；
[0022]步骤5.顺序旋转支架(2)上的微分头，使4个微分头依次稳定深入并支撑对应的安装座(41)半球形凹槽，
[0023]步骤6.放松对气浮轴承系统(6)的压紧力，移动铝板观察载样台(67)是否依旧贴合铝板，如果贴合不紧密，反转微分头，使载样台(67)竖直下降脱离铝板，重复第4至第5步，确认载样台(67)调平后，缓慢竖直移开限位铝板，调平过程结束。
[0024]上述系统在风洞试验中进行微角度精确测量的过程为：
[0025]步骤1：按照上文步骤将载样台(67)上样品调整至与风洞试验段下表面齐平。理论上，样品与风洞试验段之间台阶的高低(或称平整度)直接影响测量结果，以测量矩形平板样品的壁面摩擦阻力来说，如果将台阶的影响因子记为F，影响因子越大则台阶高度差对测量结果干扰越大，则样品微微下凹于试验段下壁面的影响因子F
下凹
、样品平整于试验段下壁面的影响因子F
平整
和样品微微突出于试验段下壁面的影响因子F
突出
之间的关系为，F
突出
＞F
平整
≥F
下凹
，但是对于圆形微结构样品而言，样品测试过程中自身转动带来的微结构形貌相对于试验段壁面的变化是区别于传统矩形样品测试的巨大不同，为了壁面因测试方法差异带来的误差，应尽量控制样品与试验段笔面之间的平整度，本专利技术建议将二者调整至水平；
[0026]步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于风洞试验微角度精确测量的调平气浮光栅测量系统，安装于风洞试验段，其特征在于，测量系统主要包括光学升降台(1)、支架(2)、微分头(3)、支座结构(4)、光栅系统(5)、气浮轴承系统(6)；所述光学升降平台(1)安装在基准面上，支架(2)安装在光学升降平台(1)的升降臂上，支架顶部四角分布4个微分头(3)，形成微分头组，用来调节载样台(67)的高度和水平；气浮轴承系统(6)安装在微分头组上，通过其侧壁的支座结构(4)支撑并稳定在微分头组上，光栅系统(5)安装在气浮轴承系统(6)下方，用来获取气浮轴承系统中转动机构的精确角度信息；气浮轴承系统(6)的载样台(67)上装载微结构样品；所述支座结构(4)包括安装座(41)、拉紧弹簧(42)、长螺栓(43)，安装座(41)通过螺栓安装在气壁(64)的侧面，安装座上加工半球形凹槽，使微分头(3)的探头可以深入并支撑，长螺栓(43)安装在支架(2)的顶部，拉紧弹簧(42)张紧在长螺栓(43)与气壁(64)侧面的突出零件之间，弹簧(42)的张紧力将气浮轴承系统(6)牢牢拉紧在微分头组上，免受外力作用导致的滑落或偏移；所述气壁(64)侧面的突出零件可以是气动快速接头(61)或长螺栓；所述光栅系统(5)包括电路支架(51)、光栅码盘(52)、转动轴(53)、光栅电路(54)、遮光罩(55)，电路支架(51)安装在气壁(64)上，光栅电路(54)安装在电路支架(51)上，光栅码盘(52)安装在转动轴(53)上，光栅码盘(52)与光栅电路(54)之间的装配不发生接触，转动轴(53)穿过光栅电路板中心通孔与气浮轴承下面板(62)连接；所述电路支架(51)安装在气动快速接头(61)对侧的螺栓孔上；所述气浮轴承系统(6)包括气动快速接头(61)、轴承下面板(62)、中轴(63)、气壁(64)、气套(65)、轴承上面板(66)、载样台(67)，所述气壁(64)和气套(65)插装形成轴承主体，气动快速接头(61)安装在气壁(64)外侧，中轴(63)安装在气套(65)内部，上下夹装轴承上下面板(66)、(62)，载样台安装在轴承上面板(66)上表面；所述气壁(64)环形内表面加工环状凹槽，形成内凹气腔，气壁(64)外侧周向加工均布的多个螺纹孔，其中一孔贯通气壁(64)用来安装气动快速接头(61...
【专利技术属性】
技术研发人员：苑伟政，周文源，何洋，周子丹，欧召阳，吕湘连，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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