矢量推力台架中测力传感器组件的性能仿真与试验

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作者 张军 温晓杰 +3 位作者 李新阳 林山 张巍 任宗金 《航空发动机》 北大核心 2025年第2期137-141,共5页

航空发动机矢量推力的高精度测量对于飞行器的姿态控制至关重要。针对测力传感器组件在矢量推力测试中的变形与其在单向推力测试中的变形存在差异问题,开展了测力传感器组件的性能分析。通过仿真与试验相结合的方法,分析了测力传感器组... 航空发动机矢量推力的高精度测量对于飞行器的姿态控制至关重要。针对测力传感器组件在矢量推力测试中的变形与其在单向推力测试中的变形存在差异问题,开展了测力传感器组件的性能分析。通过仿真与试验相结合的方法,分析了测力传感器组件变形影响规律。从单个挠性件入手,通过力学分析其受力模型,建立了挠性件及测力传感器组件的3维模型;仿真其3向变形,获取了其刚度性能,进行了其变形叠加原理的验证。开展了挠性件及测力组件的变形试验,分析讨论不同测点位置对变形测量结果的影响,提出解决方案以避免在力作用下引起的测力传感器组件翘曲以及微小偏斜导致的误差对变形测量的影响,得到了试验状态下的变形规律和刚度性能。经仿真与试验变形对比,结果表明:挠性件及测力传感器组件各向变形的仿真与试验误差在5%之内,轴向刚度和侧向刚度的仿真与试验误差分别在5%和2%之内。 展开更多

关键词 矢量推力 推力台架 挠性件 测力传感器组件 性能分析 航空发动机

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压电杆式天平六维力测量研究

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作者 钱致光 任宗金 +2 位作者 王宇航 王郁赫 徐馨 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第17期177-183,共7页

风洞测力天平是飞行器气动力研究的重要设备。针对某些风洞实验中飞行器模型内腔空间有限、高动态测量的现实需求,提出了单晶片面域划分多区域测量的压电式多维力测量方法。计算了六维力下石英晶片感应电荷密度分布,由此划分晶片面域,... 风洞测力天平是飞行器气动力研究的重要设备。针对某些风洞实验中飞行器模型内腔空间有限、高动态测量的现实需求,提出了单晶片面域划分多区域测量的压电式多维力测量方法。计算了六维力下石英晶片感应电荷密度分布,由此划分晶片面域,得到六维力解耦公式,并使用COMSOL软件对压电晶片施加力/力矩,仿真晶片感应电荷分布,验证理论模型的正确性。开发压电杆式天平及其标定装置,对压电杆式天平进行静动态标定试验,天平非线性误差不超过1.31%,重复性误差不超过1.00%,固有频率高于2 700 Hz,验证了在天平安装空间狭小情况下,使用压电晶片分区面域测量高频六维动态力的可行性。 展开更多

关键词 压电式天平 电荷分布 六维力测量 分区面域 标定试验

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基于压电式传感器的力矢量测量模型研究 被引量：5

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作者 任宗金 贾振元 +2 位作者 王浩然 高翼飞 陈皞 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第3期380-383,共4页

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,... 关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。 展开更多

关键词 力 压电式 数学模型 测量 传感器

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基于石英晶片扭转效应的微小推力测量研究 被引量：4

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作者 任宗金 朱晓雨 张军 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第4期481-483,487,共4页

针对毫牛(mN)级电推进器输出推力的动态测量难题,该文基于压电式扭矩传感器开发了一种微小力测量装置,通过将推进器端“小力-大力臂”转化为测量端“小力臂-大力”的方式,将推进器输出的微小力转化成扭矩测量,实现了毫牛(mN)级微小力的... 针对毫牛(mN)级电推进器输出推力的动态测量难题,该文基于压电式扭矩传感器开发了一种微小力测量装置,通过将推进器端“小力-大力臂”转化为测量端“小力臂-大力”的方式,将推进器输出的微小力转化成扭矩测量,实现了毫牛(mN)级微小力的测量。通过电磁力施加标准微小力的方式对测量装置进行静态标定,非线性误差和重复性误差分别为1.26%和1.43%。采用脉冲激励响应实验法获得测量装置在推力测量方向上的固有频率为35 Hz。试验结果表明,该测量装置对mN级电推进器微小输出力测量的可行性。 展开更多

关键词 微小推力 压电石英 微推力测量 毫牛(mN)级力 电磁力标定

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三向力作用下石英晶块应力分布及力传感研究 被引量：3

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作者 任宗金 刘帅 +1 位作者 张军 赵毅 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第5期661-665,共5页

针对当前压电三向力传感器采用多片叠堆而存在定位难、制作过程复杂的问题,该文提出了一种以立方体石英晶块作为力敏元件的新型压电三向力测试装置。对空间三向力作用下压电石英晶块表面应力分布规律进行研究,由压电效应“力-电”转换... 针对当前压电三向力传感器采用多片叠堆而存在定位难、制作过程复杂的问题,该文提出了一种以立方体石英晶块作为力敏元件的新型压电三向力测试装置。对空间三向力作用下压电石英晶块表面应力分布规律进行研究,由压电效应“力-电”转换公式建立各表面应力与感生电荷密度的数学模型。在得到特定面域内电荷量与三向力间映射关系的基础上,完成了新型压电三向力测试装置的结构设计,并进行了静态标定实验。实验结果表明,该新型压电三向力测试装置的线性度为1.39%,重复性为4.52%,向间干扰为5.02%,说明利用石英晶块也可实现三向力测量。 展开更多

关键词 三向力测量 压电效应 石英晶块 分区面域 解耦

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一种压电式大扭矩测力仪设计与实验研究

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作者 任宗金 何小龙 +1 位作者 张军 范宏伟 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第6期817-820,共4页

石油钻机扭矩实时测量对保障工作安全和提高经济效益具有重要意义。针对应变式扭矩测力仪使用一段时间后精度降低问题,设计了一种压电式扭矩测力仪。其具有体积小、量程大和稳定性好等优点。首先构建了测力仪的三维模型,论述了测力仪的... 石油钻机扭矩实时测量对保障工作安全和提高经济效益具有重要意义。针对应变式扭矩测力仪使用一段时间后精度降低问题,设计了一种压电式扭矩测力仪。其具有体积小、量程大和稳定性好等优点。首先构建了测力仪的三维模型,论述了测力仪的测量原理;然后推导了电荷放大电路输出电压与输入电荷之间的关系式,设计了高输入阻抗的电荷转换核心电路,使输入阻抗达到1014Ω,并给出了无线传输电路的具体实施方案;最后对测力仪进行了静态标定,其非线性为1.17%,重复性为0.46%。该压电式扭矩测力仪性能指标达到了钻机扭矩实时监控的要求。 展开更多

关键词 石油钻机 扭矩测力仪 压电传感器 电荷放大

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六维力压电天平研制与静态性能测试研究 被引量：11

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作者 贾振元 高翼飞 +1 位作者 任宗金 刘巍 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期43-48,共6页

风洞天平是空气动力学试验的重要测力装置,针对压电天平动态响应速度快、跟随特性好、结构简单、量程范围大的特点,研制了一种可应用于风洞试验中动态气动荷载测量的压电天平.对压电天平的静态校准方法进行了研究,推导出其校准公式.在... 风洞天平是空气动力学试验的重要测力装置,针对压电天平动态响应速度快、跟随特性好、结构简单、量程范围大的特点,研制了一种可应用于风洞试验中动态气动荷载测量的压电天平.对压电天平的静态校准方法进行了研究,推导出其校准公式.在风洞天平校准台上,完成了压电天平的静态单分量校准与复合加载试验,得到压电天平的标定矩阵,压电天平的非线性误差和重复性误差分别为0.06%、0.19%,最大向间干扰1.94%.对试验结果进行误差分析,给出了压电天平测试系统的不确定度.试验结果表明:压电天平主要性能指标良好,满足测试精度要求. 展开更多

关键词 风洞天平 六维力 压电传感器 空气动力学 静态测试

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轨/姿控火箭发动机推力动态测试系统建模分析 被引量：3

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作者 孙宝元 任宗金 +1 位作者 钱敏 张军 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期668-672,共5页

根据轨/姿控火箭发动机脉冲点火方式下动态推力测试的特点和要求,设计了推力动态测试系统并进行动力学建模,采用模态分析理论研究系统的动态性能,并进行幅频特性与相频特性分析,为该系统在微阻尼条件下测试的不失真提供了理论依据.结合... 根据轨/姿控火箭发动机脉冲点火方式下动态推力测试的特点和要求,设计了推力动态测试系统并进行动力学建模,采用模态分析理论研究系统的动态性能,并进行幅频特性与相频特性分析,为该系统在微阻尼条件下测试的不失真提供了理论依据.结合该模型,对测试信号进行傅里叶变换,通过系统幅相频特性与不同频率信号进行代数运算的方法,求得了测试系统动态测试误差,从理论上证明测试系统动态性能满足设计要求. 展开更多

关键词 火箭发动机 动态测试 动态性能

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轨/姿控发动机推力矢量测试平台动态特性分析 被引量：1

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作者 孙宝元 翟怡 +3 位作者 钱敏 张军 王志勇 任宗金 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期667-670,共4页

采用模态分析法解耦矩阵,建立轨/姿控火箭发动机推力与推力矢量测试平台系统的传递函数,采用有限元方法预估了固有频率,并通过实验模态分析方法对测试平台系统进行了精确测试,得出了测试平台在实际安装状态下4 kHz以内的各阶固有频率、... 采用模态分析法解耦矩阵,建立轨/姿控火箭发动机推力与推力矢量测试平台系统的传递函数,采用有限元方法预估了固有频率,并通过实验模态分析方法对测试平台系统进行了精确测试,得出了测试平台在实际安装状态下4 kHz以内的各阶固有频率、阻尼比、主振型、留数等模态参数.验证了有限元方法的分析结果和测试平台系统的合理性,并通过仿真计算和模拟实际试车状态的实验,验证了所建立的传递函数的准确性. 展开更多

关键词 传递函数 有限元分析 实验模态分析 动态响应

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标定偏心下压电力传感器测试精度研究 被引量：3

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作者 张军 齐亚州 +1 位作者 任宗金 宋鹏 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第6期873-877,共5页

面向大型薄壁构件自寻位加工检测一体化测控原理,研发了一种小型化多维压电力传感器并进行标定研究。分析静态标定时,偏载对压电传感器多维力测试精度的影响。通过对静态标定加载有偏差时传感器受力的理论推导得到,加载偏差使传感器的... 面向大型薄壁构件自寻位加工检测一体化测控原理,研发了一种小型化多维压电力传感器并进行标定研究。分析静态标定时,偏载对压电传感器多维力测试精度的影响。通过对静态标定加载有偏差时传感器受力的理论推导得到,加载偏差使传感器的转换系数改变,导致向间干扰补偿系数失真,影响了横向干扰输出,降低了测试精度;分析了偏载程度对传感器测试精度的影响,提出了衡量加载点偏差程度的判别方法,发现微小加载偏心带来的附加干扰会超出传感器自身向间干扰指标规定的5%;针对机械连接偏载不可避免事实,找到了克服偏载对转换系数影响的输出比例归一化法,将向间干扰降到5%内。 展开更多

关键词 静态标定 压电力传感器 转换系数 向间干扰 偏载

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压电力传感器中晶轴偏转产生的维间耦合研究 被引量：1

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作者 张军 王郁赫 +2 位作者 任宗金 李新阳 滕玄德 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期614-618,共5页

针对压电式石英力传感器的维间耦合现象,从敏感材料测量原理出发开展研究。结合优化算法,以控制维间耦合为目标,建立了石英晶轴偏转与传感器维间耦合的公式关系,计算了石英晶轴偏转角度的容差范围,并通过有限元仿真验证了公式精度。结... 针对压电式石英力传感器的维间耦合现象,从敏感材料测量原理出发开展研究。结合优化算法,以控制维间耦合为目标,建立了石英晶轴偏转与传感器维间耦合的公式关系,计算了石英晶轴偏转角度的容差范围,并通过有限元仿真验证了公式精度。结果表明,晶轴偏转对传感器维间耦合影响较大,建立的公式在一定范围内可较高精度地计算维间耦合输出,为高精度压电传感器的研究提供了参考。 展开更多

关键词 压电力传感器 测量精度 有限元仿真 维间耦合 晶轴偏转

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基于压电测力仪的模拟加载标定方法研究 被引量：1

12

作者 张军 王新蕾 任宗金 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第3期369-373,共5页

在航空航天、高端装备制造领域,常伴随着大力值比载荷的产生,为监测其工作状态,需要对大力值比载荷大小、方向进行准确测量。该文以压电式力测试系统为研究对象,提出一种用于测力仪标定的旋转模拟加载方法。首先,基于力分解原理,结合标... 在航空航天、高端装备制造领域,常伴随着大力值比载荷的产生,为监测其工作状态,需要对大力值比载荷大小、方向进行准确测量。该文以压电式力测试系统为研究对象,提出一种用于测力仪标定的旋转模拟加载方法。首先,基于力分解原理,结合标定装置的实际轴线与理论轴线的偏差原理,得到模拟加载过程中侧向合力随加载方位角变化的几何分布规律。针对侧向力理论波动的特点,提出一种新的模拟加载方法-旋转模拟加载法。最后设计了矢量力模拟加载实验,对测试系统应用非旋转模拟加载方法和旋转加载法进行试验对比。结果表明,应用旋转加载标定法时,测力仪侧向合力输出误差最大降低了18.7%F.S.,验证了旋转模拟加载方法的可行性和合理性。 展开更多

关键词 旋转模拟加载法 压电 传感器 测力仪 标定

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全动舵面载荷测量的压电天平设计与误差分析 被引量：2

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作者 李盼 杨睿 +1 位作者 任宗金 钱卫 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期181-185,共5页

针对大载荷、狭窄安装空间的全动舵面气动载荷测量风洞试验,设计一种四支点三向力压电传感器并联式天平.选择压电石英作为天平的力敏元件,讨论四支点三向力传感器在其中的空间布局及其测量原理,研究并联式天平的标定方法,并对天平进行... 针对大载荷、狭窄安装空间的全动舵面气动载荷测量风洞试验,设计一种四支点三向力压电传感器并联式天平.选择压电石英作为天平的力敏元件,讨论四支点三向力传感器在其中的空间布局及其测量原理,研究并联式天平的标定方法,并对天平进行静态标定、复合加载试验.应用基于标定矩阵的求解矩阵广义逆的静态解耦算法进行解耦,从传感器等效作用点偏移的角度,利用ANSYS有限元软件分析并联式压电天平误差产生机理.实验结果表明:该天平的最大非线性误差和重复性误差分别为1.352%、1.019%,最大向间干扰系数为2.865%,复合加载对竖直力的测量精度影响较小,而对弯矩影响较为明显;天平静态标定指标均满足测试精度要求,但不同加载方向及其大小对传感器间距的影响各异,复合加载时,间距影响相互叠加,使天平测量精度降低,此天平并不适用于多向载荷测量. 展开更多

关键词 风洞天平 压电传感器 天平标定 解耦 等效作用点

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压电传感器的毫牛级摩擦力测量 被引量：1

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作者 洪吉 任宗金 +2 位作者 于时恩 吕江山 苏子健 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第6期885-889,895,共6页

风洞实验中飞行器表面的摩擦力不足空气压力的0.1%,对于小面域、小量程的表面摩擦力测量,存在准确性与力天平可靠性相悖的矛盾。因此,基于杠杆原理及石英的压电效应,该文设计了一种对毫牛级表面摩擦力放大测量的二维力压电传感器,并通... 风洞实验中飞行器表面的摩擦力不足空气压力的0.1%,对于小面域、小量程的表面摩擦力测量,存在准确性与力天平可靠性相悖的矛盾。因此,基于杠杆原理及石英的压电效应,该文设计了一种对毫牛级表面摩擦力放大测量的二维力压电传感器,并通过静态标定实验和动态脉冲激励实验分别评价其测试性能。实验表明,该传感器量程可低至50 mN,非线性误差和重复性误差均小于1%,固有频率为2 428 Hz,满足风洞试验中表面摩擦力的测量需求。 展开更多

关键词 压电传感器 毫牛级表面摩擦力 风洞试验 标定实验

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矢量推力模拟测试装置耦合及解耦

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作者 孙文举 任宗金 +3 位作者 李新阳 林山 周伟 张军 《航空发动机》 2025年第3期148-153,共6页

针对航空发动机试车台进行矢量推力试车时维间耦合误差较大的问题,以航空发动机模拟测试装置为研究对象,提出了一种基于鲸鱼优化算法的神经网络解耦方法。在理想情况下,通过对测试装置的测量分析,以及基于螺旋理论推导出矢量力解算方程... 针对航空发动机试车台进行矢量推力试车时维间耦合误差较大的问题,以航空发动机模拟测试装置为研究对象,提出了一种基于鲸鱼优化算法的神经网络解耦方法。在理想情况下,通过对测试装置的测量分析,以及基于螺旋理论推导出矢量力解算方程进行的各向同性分析,得到了测试装置理论耦合关系,开展了测试装置矢量标定试验。试验结果表明:测力组件受力产生的轴线偏移现象导致测试装置产生了非线性维间耦合且耦合较大。选用了基于鲸鱼优化算法的BP神经网络对测试装置进行解耦分析,并与传统线性最小二乘法解耦、BP神经网络解耦结果进行对比,结果表明:基于鲸鱼优化算法的BP神经网络解耦效果最好,测试数据的耦合误差从8.822%减小到2.581%,减小了70.744%。该解耦方法大幅减小了耦合误差,为实际航空发动机试车台的高精度解耦测量提供了有效的方法支撑。 展开更多

关键词 矢量推力 模拟测试装置 维间耦合 解耦 鲸鱼优化算法 神经网络 航空发动机

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