風洞內的ICE 在風洞內測量空氣動力學負載

一般說來，在風洞試驗時，用帶應變計（SG）的測力和扭力天平確定作用在試驗物體上的空氣動力載荷。測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、靈活、移動式測量系統

軌道車輛的安全試驗

當軌道車輛有側風時，為安全起見，需要確定風洞試驗時車輛的空氣動力參數。模型要求、測量技術和實現方法在規程中給予了規定。測量數據作為車輛證書的一項組成部分是有效的。為了進行這樣的試驗，并保證具有較高的試驗精度、可再現性，更重要的是不依賴于風洞操作員所使用的測量技術，瑞士埃門的RUAG航天公司開發了一套系統，該系統由一個SG天平組成，并具有信號處理，數據采集和測量值分析能力，代表德國慕尼黑的德國鐵路股份公司。該系統可以與風洞外的各種模型進行組態并獨立于風洞。

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

測量原理

SG裝置安裝在風洞天平所使用的測量元件上的惠斯登電橋電路上。在空氣動力載荷的作用下，有測量點的分力在彈性區變形，引發測量橋發出與施加的力成正比的電壓信號。

根據天平的類型，可以確定出6個空間分力（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。電輸出信號與施加載荷之間的關系取決于天平的校準

整個系統

整個系統要求具有如下各項功能:

• 獨立的測量系統，包括傳感器、信號處理、測量值分析,
• 精度、分辨率和再現能力高

• 模塊化結構

• 操作簡單

RUAG航天公司的模塊天平
在過去的幾年里<font face="Arial">RUAG</font>航天公司開發了一系列天平，這些天平在幾何尺寸和負載要求方面覆蓋廣泛的用途。天平的特點是堅固耐用，具有較高的測量靈敏度和具有長期穩定性。

模塊型天平由一個風洞側承載板組成，該板帶7根彈性元件用活節連桿連接到模型側承載板。這些活節連桿具有傳力作用而盡可能不產生干擾。因此該天平不會有產生摩擦滯后效應的運動件.

測量放大器

傳感器源、信號放大和調節、與PC機通信的任務都是通過測量放大器系統MGCplus來實現的。ML30B放大器架的規定線性偏差是指預期信號可以按天平要求< O.3%的精度在設計范圍內測量.

<font face="Arial">應變片</font>模塊天平上的測量橋用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。天平還要進行聲光過載控制。每個SG信號設定的極限值為天平測量點設計值的80%.

軟件

開發用途使用美國國家儀器有限公司的<font face="Arial">DIAdem</font>軟件作為測量和鑒定程序。與<font face="Arial">MGCplus</font>測量放大器系統的連接使用適當的<font face="Arial">HBM</font>驅動器通過以太網連接，也可以使用其它替代方法。

軟件要求:

• 數據采集和處理的程序控制
• 測量信號采集
• SG天平的聲光監測
• 個別值的統計評價
• 測量信號的處理
• 數據的可視化和存貯
• 模塊結構

MGCplus助手用于設定測量通道并進行參數化設置，該助手是MGCplus 包的一部分，并且可直接用DIAdem啟動。所有傳感器包括天平的定標都是通過DIAdem宏實現的。只有天平監測的極限值用MGCplus助手設定

風洞試驗

圖<font face="Arial">1</font>（在本篇開頭）所示為按<font face="Arial">RUAG</font>航天公司亞音速風洞內的流向進行試驗的試驗方案。該模型以<font face="Arial">ICE</font>為基礎，內置<font face="Arial">SG</font>天平在底架區域用兩根撐桿固定在一個旋轉底盤上以便側流。天平的測量電纜穿入中空的撐桿連接到測量室內的測量放大器上。

測量結果

該新型測量系統是否合格可通過將該測量系統與從外部獲取的外置天平的測量值比較實現。圖4所示為力系數與恒定風速下的行進推角之間的關系的舉例。兩套系統的區別在于所需的公差不一樣。對于滯流和對稱流也可以獲得非常好的效果結論

本處描述的測量系統由一個RUAG航天公司的多分力天平，一個HBM測量放大器裝置和相應的軟件組成，可以非常準確地確定風洞試驗中的力和扭矩。還具有的優點就是系統內集成了過載和摩擦連接監測器。該測量系統還適用于其它必須確定動力載荷甚至間歇載荷的用途。.