本发明适用于风洞试验技术领域，提供了一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，包括模型联结端、杆式天平联结端、垫圈、连接螺钉、锁紧环和锁紧螺母。本发明杆式天平的轴肩与模型的第二台阶面抵接进行轴向定位，采用特殊的锁紧环结构与杆式天平反锥面配合以及与螺母、垫片的配合实现准确轴向定位和周向定位，杆式天平的滚转角可以进行任意角度的准确调整；解决了目前普遍采用的锥面联结导致的模型和杆式天平在其轴向的相对位移以及滚转角无法调整的问题，提高了试验模型与杆式天平联结的尺寸精度。并且本发明的联结结构拆装、调整都很方便，试验模型联结端和杆式天平联结端的加工难度低。
1.一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，包括模型联结端（3）、杆式天平联结端（4）、垫圈（1）、锁紧环（2）和锁紧螺母（5）；
所述模型联结端（3）包括第一腔（31）、第二腔（32）和第三腔（33）；在所述第一腔（31）与第二腔（32）之间形成第一台阶面（34）；所述第二腔（32）与第三腔（33）之间形成第二台阶面（35）；
所述杆式天平联结端（4）设置倒圆锥（41）和轴肩（43），所述轴肩（43）抵接在所述第二台阶面（35）上；
所述锁紧环（2）包括空心柱状的第一连接部（21）和第二连接部（22），所述第一连接部（21）的外径小于所述第二连接部（22）的外径；所述第一连接部（21）上设置外螺纹，所述第二连接部（22）设置内圆锥面，所述内圆锥面与所述杆式天平联结端（4）的倒圆锥反向锥面配合，所述第二连接部（22）上轴向设置有开缝（24）；
所述垫圈（1）通过所述锁紧螺母（5）固定连接在所述锁紧环（2）的第一连接部（21），并抵接在所述第一台阶面（34）上；
所述第二腔（32）的名义内径与所述锁紧环（2）的第二连接部（22）的名义外径相同。
2.根据权利要求1所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述锁紧环（2）上的所述第一连接部（21）和所述第二连接部（22）之间设置了非圆形凸台（25），所述垫圈（1）的中心通孔与所述非圆形凸台（25）的结构相适配。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述第一连接部（21）与所述第二连接部（22）通过连接孔（23）贯通；所述倒圆锥上与所述连接孔（23）对应的位置设置螺纹孔（44）；连接螺钉（6）穿过所述连接孔（23）与所述螺纹孔（44）连接。
4.根据权利要求1所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述倒圆锥（41）和轴肩（43）之间还设置了过渡部（42），所述过渡部（42）的名义外径与所述第二腔（32）的名义内径以及第二连接部（22）的名义外径相同。
5.根据权利要求1或2任一所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述锁紧环（2）的第二连接部（22）上周向均匀开设至少三个开缝（24），所述开缝（24）的宽度相同。
6.根据权利要求5所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述开缝（24）的长度与所述内圆锥面的轴向长度相同。
7.根据权利要求6所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述第二连接部（22）上的开缝（24）的末端设置第一周向环槽（26）。
8.根据权利要求2所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述第一连接部（21）与所述非圆形凸台（25）连接的部分设置第二周向环槽（27）。
9.根据权利要求4所述的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，所述第二腔（32）的长度为h1，所述第二连接部（22）的长度为h2，所述过渡部（42）的长度为h3，其中，h1>h2+h3。
10.一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，包括模型联结端（3）、杆式天平联结端（4）、锁紧环（2）和锁紧螺母（5）；
所述模型联结端（3）包括第一腔（31）、第二腔（32）和第三腔（33）；在所述第一腔（31）与第二腔（32）之间形成第一台阶面（34）；所述第二腔（32）与第三腔（33）之间形成第二台阶面（35）；
所述杆式天平联结端（4）设置倒圆锥（41）和轴肩（43），所述轴肩（43）抵接在所述第二台阶面（35）上；
所述锁紧环（2）包括空心柱状的第一连接部（21）和第二连接部（22），所述第一连接部（21）的外径小于所述第二连接部（22）的外径；所述第一连接部（21）上设置外螺纹，所述第二连接部（22）设置内圆锥面，所述内圆锥面与所述杆式天平联结端（4）的倒圆锥反向锥面配合，所述第二连接部（22）上轴向设置有开缝（24）；
所述锁紧螺母（5）的外径大于所述第二腔（32）的内径，所述锁紧螺母（5）抵接在所述第一台阶面（34）上；
所述第二腔（32）的名义内径与所述锁紧环（2）的第二连接部（22）的名义外径相同。
一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构
技术领域
[0001] 本发明属于风洞试验技术领域，特别是涉及一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构。
背景技术
[0002] 风洞是一种提供人工可控气流的管道装置。风洞试验是指利用相对性原理和相似准则，在风洞试验段中安装飞机等飞行器模型，通过测量气流的流动参数及其与试验模型
的相互作用力和力矩，以了解飞机等飞行器的空气动力学特性的过程。
[0003] 气动力测量天平（简称天平）是一种专门用于测量流动气体作用在风洞试验模型上载荷大小的测量装置，目前常用的天平为内藏式的杆式应变天平，即风洞的模型支撑系
统的支杆前端安装有杆式应变天平，天平的前端再安装试验模型。采用内藏式的杆式应变
天平时，杆式天平安装于模型内部，模型不与支撑系统接触。风洞试验时，支撑系统通过杆
式天平带动试验模型实现模型位置和姿态的可控变化，同时，试验模型受到的气动载荷（包
括力和力矩）通过杆式天平实时测量获得。
[0004] 目前模型与杆式应变天平的联结结构普遍采用圆锥面+平键的方式，即模型的内圆锥面与天平的外圆锥面配合，通过内外锥面轴向拉紧保证联结牢固，另外为了避免两者
绕轴向相互转动，配合面增加了传递扭矩的平键。采用这种方式的确能够保证试验模型与
杆式天平的联结刚度和强度，但又会带来三个问题。
[0005] 一是采用圆锥面联结，试验模型与杆式天平的锁紧通过模型在杆式天平上的轴向位移来实现，锥面的加工误差以及不同的锁紧程度都会引起两者轴向位移的偏差，另外安
装好后模型与天平的轴向位置的测量容易出现误差，这都会导致侧力和升力对偏航力矩和
俯仰力矩贡献测量的困扰；
[0006] 二是试验模型和杆式天平配合圆锥面的加工精度要求高，两个配合面必须配作才能到到75%以上的接触面积，而如果接触面积占比偏低，试验模型与杆式天平的联结刚度就
会大大降低，试验中模型可能会出现偏转，从而对试验结果甚至试验安全造成影响；
[0007] 三是配合面采用了平键，试验模型在杆式天平滚转方向上的安装角固定不可调整，而现实情况下存在加工误差不可避免，这就会导致模型与杆式天平安装时两者存在一
定的滚转角安装角，即模型体轴与天平体轴在模型的滚转方向上有一定的夹角，而这个角
度值一般也难以准确测量，这使得模型的侧力、升力及滚转力矩等相互干扰，产生测量误
差。
[0008] 这些问题都会对测量模型气动载荷的准确性和可靠性产生影响。
发明内容
[0009] 为了解决上述问题，本发明提出了一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，能够实现试验模型在杆式天平的轴向准确定位，并可根据需要手动调整试验模型在杆式天平
上的滚转角准确到位，从而保证了风洞试验测力数据的准确性和可靠性。
[0010] 一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，其特征在于，包括模型联结端、杆式天平联结端、垫圈、锁紧环和锁紧螺母；
[0011] 所述模型联结端包括第一腔、第二腔和第三腔；在所述第一腔与第二腔之间形成第一台阶面；所述第二腔与第三腔之间形成第二台阶面；
[0012] 所述杆式天平联结端设置倒圆锥和轴肩，所述轴肩可抵接在所述第二台阶面上；
[0013] 所述锁紧环包括空心柱状的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的直径小于所述第二连接部的直径；所述第一连接部上设置外螺纹，所述第二连接部设置内圆锥面，
所述内圆锥面与所述杆式天平联结端的倒圆锥反向锥面配合，所述第二连接部上轴向设置
有开缝；
[0014] 所述垫圈可通过所述锁紧螺母固定连接在所述锁紧环的第一连接部，并抵接在所述第一台阶面上；
[0015] 所述第二腔的名义内径与所述锁紧环的第二连接部的名义外径相同。
[0016] 进一步地，所述锁紧环上的所述第一连接部和所述第二连接部之间设置了非圆形凸台，所述垫圈的中心通孔与所述非圆形台的结构相适配。
[0017] 本发明还提供另一种可行方案，不采用所述垫圈，所述锁紧螺母的外径大于所述第二腔的内径，所述锁紧螺母可抵接在所述第一台阶面上。
[0018] 进一步地，所述第一连接部与所述第二连接部通过连接孔贯通；所述倒圆锥上与所述连接孔对应的位置设置螺纹孔；连接螺钉可穿过所述连接孔与所述螺纹孔连接。
[0019] 进一步地，所述倒圆锥和轴肩之间还设置了过渡部，所述过渡部的名义外径与所述第二腔的名义内径以及第二连接部的名义外径相同。
[0020] 进一步地，所述锁紧环的第二连接部上周向均匀开设至少三个开缝，所述开缝的宽度相同。
[0021] 进一步地，所述开缝的长度与所述内圆锥面的轴向长度相同。
[0022] 进一步地，所述第二连接部上的开缝的末端设置第一周向环槽。
[0023] 进一步地，所述第一连接部与所述非圆形台连接的部分设置第二周向环槽。
[0024] 进一步地，所述第二腔的长度为h1，所述第二连接部的长度为h2，所述过渡部的长度为h3，其中，h1>h2+h3。
[0025] 本发明的一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，在将试验模型安装在杆式天平上时，杆式天平的轴肩抵接到试验模型联结端的第二台阶面进行轴向初步定位，试验模
型在杆式天平上的滚转角可根据需要手动旋转模型到位，松开连接螺钉并拧紧锁紧螺母，
通过锁紧螺母与锁紧环的螺旋副拉动锁紧环沿杆式天平轴向移动，锁紧环与杆式天平联结
端的内外锥面间的压力增大，同时锁紧环的大开口端开缝张开，锁紧环与模型联结端的配
合圆柱面之间的压力增大，最终就可将试验模型与杆式天平通过摩擦力紧固在锁紧环上。
[0026] 从杆式天平上拆卸试验模型时，松开锁紧螺母并拧紧连接螺钉，锁紧环与杆式天平联结端的内外锥面间的压力就会不断减小，最终锁紧环的大开口端的开缝在弹性力作用
下恢复收拢，锁紧环与模型联结端的配合面之间恢复到小间隙状态，杆式天平与试验模型
松开，去掉垫圈就可将试验模型从杆式天平取出。
[0027] 采用本发明的风洞试验的模型与杆式天平联结结构，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：
[0028] 1. 本发明杆式天平的轴肩与模型的第二台阶面抵接进行轴向定位，采用特殊的锁紧环结构与杆式天平反锥面配合以及与螺母、垫片的配合实现准确轴向定位和周向定
位，杆式天平的滚转角可以进行任意角度的准确调整；提高了试验模型与杆式天平联结的
尺寸精度；
[0029] 2. 本发明在锁紧环上还设置了非圆形的凸台结构，与垫片配合，进一步提升本发明联结结构的周向定位性能；
[0030] 3. 本发明设置连接螺钉配合，能够便于拆卸时锁紧环与杆式天平联结端的复位，锁紧环与模型安装端压紧摩擦力的释放，完成快速拆卸；
[0031] 4. 本发明的联结结构中，试验模型联结端和杆式天平联结端的结构简单，便于加工，可降低试验模型联结端和杆式天平联结端的加工难度和费用。
附图说明
[0032] 图1是本发明实施例一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构的装配结构图；
[0033] 图2是本发明实施例的模型联结端的二维剖视图；
[0034] 图3是本发明实施例的模型联结端的三维剖视图；
[0035] 图4是本发明实施例的杆式天平联结端的三维剖视图；
[0036] 图5是本发明实施例的锁紧环的三维结构示意图。
[0037] 图中，1‑垫圈；2‑锁紧环，21‑第一连接部，22‑第二连接部，23‑连接孔，24‑开缝，25‑非圆形凸台，26‑第一周向环槽，27‑第二周向环槽；3‑模型联结端，31‑第一腔，32‑第二
腔，33‑第三腔，34‑第一台阶面，35‑第二台阶面；4‑杆式天平联结端，41‑倒圆锥，42‑过渡
部，43‑轴肩，44‑螺纹孔；5‑锁紧螺母，6‑连接螺钉。
具体实施方式
[0038] 以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用
以限制本发明。
[0039] 一种风洞试验的模型与杆式天平联结结构，如图1所示，包括模型联结端3、杆式天平联结端4、垫圈1、锁紧环2和锁紧螺母5；
[0040] 模型联结端3的结构如图2和图3所示，包括第一腔31、第二腔32和第三腔33；第二腔32的直径小于第一腔31和第三腔33的直径，进而在第一腔31与第二腔32之间形成第一台
阶面34；第二腔32与第三腔33之间形成第二台阶面35；
[0041] 杆式天平联结端4的结构如图4和图5所示，在杆式天平联结端4上设置了倒圆锥41和轴肩43，轴肩43的外直径大于模型联结端3的第二腔32的内直径，进而轴肩43可抵接在第
二台阶面35上；
[0042] 由于轴肩4要抵接到第二台阶面35上承受轴向的拉力，为了增强杆式天平联结端4的强度，在杆式天平联结端4的倒圆锥41和轴肩43之间设置了过渡部42。
[0043] 值得说明的是，图3和图4只展示了模型联结端3和杆式天平联结端4的结构，实际上这两部分并不是如图所示的独立的结构，其中，模型联结端3连接试验模型，杆式天平联
结端4连接杆式天平，其余部分没有展示在这个图中。
[0044] 锁紧环2的结构如图5所示，包括空心柱状的第一连接部21和第二连接部22，第一连接部21的直径小于第二连接部22的直径；第一连接部21上设置外螺纹，第二连接部22设
置内圆锥面，内圆锥面与杆式天平联结端4的倒圆锥41反向锥面配合，第二连接部22上轴向
设置有多个开缝24，多个开缝24的宽度相同，开缝24的长度与内圆锥面的轴向长度相同。
[0045] 本实施例中在第二连接部22上均匀设置了多个开缝24，并且开缝24的宽度相同，本领域技术人员可以理解，这只是本发明最佳的实施方式而已，并不能作为对本发明的限
制。在第二连接部22上均匀设置了多个开缝24，并且开缝24的宽度相同的实施方式中，锁紧
环2与第二腔32内壁的压紧摩擦力更均匀，定位效果最好。实际上，在第二连接部22上开设
一条开缝24，或不均匀设置多条开缝24，开缝24宽度不同均可以实现本发明的目的。
[0046] 第一连接部21与第二连接部22通过连接孔23贯通；杆式天平联结端4的倒圆锥41上与连接孔23对应的位置设置螺纹孔44；连接螺钉6可穿过连接孔23与螺纹孔44连接。
[0047] 锁紧环2上的第一连接部21和第二连接部22之间设置了非圆形凸台25，垫圈1的中心通孔与非圆形台25的结构相适配。该非圆形凸台25可以是任意非圆形结构，如方形、菱
形、五边形、六边形等，设置非圆形凸台25与垫圈1配合，可以防止垫圈1在周向上转动，进一
步提高本发明的联结结构的周向定位性能。
[0048] 第一连接部21与非圆形台25连接的部分设置第二周向环槽27，第二连接部22上的开缝24的末端设置第一周向环槽26，该第一周向环槽是为了便于锁紧环2的第二连接部22
向周向胀开。
[0049] 锁紧环2采用这种结构，一方面使得锁紧环2能通过其大开口端弹性张开装入到天平联结端的反向锥上，另一方面锁紧环2的开缝段不受其结构的周向约束，使得其在天平联
结端的轴向移动距离增大，从而在模型安装过程中拧紧锁紧螺母时，能拉动锁紧环2沿其轴
向移动并最终将试验模型和杆式天平通过摩擦力紧固在锁紧环2上。
[0050] 使用时，锁紧环2与杆式天平联结端4、连接螺钉6为不拆卸的固定连接，其中，锁紧环2的内圆锥面与杆式天平联结端4的倒圆锥41圆锥面配合，连接螺钉6穿过锁紧环2的连接
孔23连接到杆式天平联结端4的螺纹孔44上。
[0051] 装配时，拧紧连接螺钉6，将带有锁紧环2的杆式天平联结端4置于模型联结端3内，轴肩3抵接到第二台阶面35上，安装垫片1，拧松连接螺钉6使得锁紧环2与天平联结端之间
有一定活动空间；拧锁紧螺母5，使得垫片1抵接到第一台阶面34上，继续拧锁紧螺母5，此时
锁紧螺母与锁紧环2的螺旋副拉动锁紧环2往螺母方向移动，而杆式天平联结端4由于轴肩
43被定为无法跟随移动，锁紧环2与杆式天平联结端4的内外锥面间的压力增大，锁紧环2的
开缝24张开，锁紧环2与模型联结端3的配合圆柱面之间的压力增大，最终就可将试验模型
与杆式天平通过摩擦力紧固在锁紧环2上。
[0052] 需要调整周向角度时，松开锁紧螺母并拧紧连接螺钉6，锁紧环2与杆式天平联结端4的内外锥面间的压力不断减小，锁紧环2与试验模型内腔之间的摩擦力减小，此时转动
杆式天平或转动试验模型，调整好周向位置后，再重复以上安装步骤即可。
[0053] 同理，当试验结束需要拆卸试验模型时，松开锁紧螺母并拧紧连接螺钉6，锁紧环2与杆式天平联结端4的内外锥面间的压力不断减小，最终锁紧环2的大开口端的开缝24在弹
性力作用下恢复收拢，锁紧环2与模型联结端3的配合面之间恢复到小间隙状态，杆式天平
与试验模型松开，去掉垫圈就可将试验模型从杆式天平取出。
[0054] 由此，为了保证联结精度，第二腔32的名义内径、锁紧环2的第二连接部22的名义外径、过渡部42的名义外径，三者相同。并且锁紧环2与天平联结端锥面的接触面积不低于
配合面积的75%；锁紧环2与垫圈1的配合公差不低于H8/h7，轴肩43与第三腔33的配合公差
不低于H8/h7。
[0055] 根据以上原理，模型联结端3的第二腔32的长度为h1，锁紧环2的第二连接部22的长度为h2，杆式天平4的过渡部42的长度为h3，其中，h1>h2+h3。
[0056] 本发明的另一实施例中，该联结结构可不采用垫圈1而直接采用锁紧螺母5抵接第一台阶面34，即锁紧螺母5的外径大于所述第二腔32的内径。
[0057] 采用本发明的联结结构，能够实现试验模型在杆式天平的轴向准确定位，并可根据需要手动调整试验模型在杆式天平上的滚转角准确到位，从而保证风洞试验测力数据的
准确性和可靠性。
[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
