本文選題：分區(qū)面域 + 組合石英晶組　； 參考：《大連理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：機動性、可靠性和精確性是新一代帶動力飛行武器(簡稱飛行器)的重要特征。飛行器在高速飛行時,受流場作用,其周圍非定常氣動載荷的大小直接關(guān)系飛行器的可靠性和準(zhǔn)確性。需在實際應(yīng)用前對飛行器進行風(fēng)洞試驗,但受試驗條件的限制,目前主要是對一定縮尺比下的飛行器模型進行風(fēng)洞測力試驗,可供核心測量設(shè)備風(fēng)洞天平的設(shè)計空間非常有限,傳統(tǒng)的組合式壓電天平已無法滿足設(shè)計與測量需求。因此,通過開展桿式壓電天平高速流場中氣動載荷的測量技術(shù)研究,實現(xiàn)特定空間內(nèi)桿式壓電天平的合理設(shè)計與制作,對飛行器氣動載荷的精確測量及飛行器實際應(yīng)用均有重要意義。本文首先對飛行器模型的受力情況進行了分析,進而得到風(fēng)洞天平所受載荷情況。針對狹小空間內(nèi)五維力的測量需求,基于石英晶體的壓電效應(yīng)和各向異性彈性理論,得到多維力作用下晶片的非線性極化電場規(guī)律；并采用分區(qū)面域輸出電荷的方式,最終求得多維力與石英晶片耦合感生電荷之間的面域壓電方程。同時利用有限元軟件中壓電效應(yīng)模塊對壓電石英晶片進行建模仿真,得到多維力作用下晶片模型的電勢和電場分布,最終實現(xiàn)了以石英晶體為力電轉(zhuǎn)換元件的桿式壓電天平測量原理的推導(dǎo)。為保證五維氣動載荷的準(zhǔn)確測量,包括組合晶組(核心測量元件)在內(nèi)的壓電天平的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是十分重要的。該天平主要由組合晶組、預(yù)緊塊、隔熱板、晶組支撐臺和屏蔽罩等組成。其中,按天平規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)確定天平前后端錐度分別為1：5和1：10；為減少溫度對天平的影響,在晶組的兩側(cè)放置了隔熱板；晶組支撐臺的設(shè)計則是為了實現(xiàn)晶組位置的固定和信號引線的合理放置；為減少電荷的漂移,在晶組外側(cè)設(shè)計了屏蔽罩等,以保證天平在高速流場中測量的準(zhǔn)確性。桿式壓電天平設(shè)計完成后,壓電元件及其它零部件的精心組裝對減小天平各分量之間的干擾也是十分重要的。從石英單片到組合晶組的整個過程中,石英晶組的制作并不是簡單的晶片疊加,需對各晶片間的平行度進行檢查和修正,確保靈敏度以及平行精度盡可能高。除此,還有著復(fù)雜的制作工藝,比如晶片的切割精度,電極片材料與形狀的選擇,晶片粘結(jié)劑的使用以及膠合工藝等,都影響晶組乃至整個天平的測量精度。針對五維力桿式壓電天平的靜動態(tài)特性進行研究,首先采用逐級加載的方式,對天平施加靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)載荷,在不同的靜態(tài)力作用下天平呈現(xiàn)出一定的規(guī)律,實現(xiàn)天平的靜態(tài)標(biāo)定,獲得相應(yīng)的重復(fù)性誤差、非線性誤差、準(zhǔn)度等靜態(tài)性能指標(biāo)；其次,為獲得桿式天平輸出信號的跟隨性,設(shè)計并完成了改變振動頻率的激振實驗,通過加振裝置——激振器對桿式壓電天平施加不同頻率的激振力,求得輸出與輸入對應(yīng)關(guān)系；最后,為測試天平對溫度的敏感性,通過溫漂實驗,獲得天平各向力的零點漂移情況,即完成了整個天平的性能測試實驗。實驗結(jié)果表明,本文提出的測量方法及壓電天平整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,可有效完成飛行器高速飛行時五維氣動載荷的測量。所研制的桿式壓電天平各分量的最大非線性誤差和重復(fù)性誤差分別為：1.28%、1.53%,準(zhǔn)度在4.8%以內(nèi),滿足了飛行器在高速流場中五維氣動力測量的需求。因此,本論文開展的五維力桿式壓電天平的測量技術(shù)不僅為集切向力與扭矩測量于一體的晶組的設(shè)計和小尺寸多維力壓電式測量系統(tǒng)的制作提供了理論依據(jù),而且對新一代飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和性能提高等方面具有重要的研究意義。
[Abstract]:The dynamic , reliability and accuracy are the important features of the new generation of dynamic flying weapons , which are directly related to the reliability and accuracy of the aircraft during high - speed flight .
In order to ensure the accurate measurement of the five - dimensional pneumatic load , the structure design of the piezoelectric balance including the combined crystal group ( core measuring element ) is very important .
in order to reduce the influence of temperature on the balance , a heat shield is placed on both sides of the crystal group ;
the design of the crystal group support table is to realize the fixing of the position of the crystal group and the reasonable placement of the signal leads ;
In order to reduce the drift of the electric charge , a shielding cover and the like are designed on the outer side of the crystal group so as to ensure the accuracy of the balance in the high - speed flow field .
Secondly , in order to obtain the following characteristics of the output signal of the bar - type balance , the excitation experiment of changing the vibration frequency is designed and completed , and the excitation force of different frequencies is applied to the rod - type piezoelectric balance through the vibration excitation device _ vibration exciter , so as to obtain the corresponding relation between the output and the input ;
In the end , to test the sensitivity of the balance to the temperature , the zero drift condition of each directional force of the balance is obtained through the temperature drift experiment . The experimental results show that the measuring technique of the five - dimension force rod type piezoelectric balance can effectively accomplish the measurement of the five - dimensional aerodynamic load in the high - speed flow field of the aircraft .

【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V211.752

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 包常明;并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路的頻率探討[J];內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 高翼飛;飛行器艙門多維氣動載荷風(fēng)洞測試技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2014年

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本文編號：1823756