应变式风洞天平是一种应用于高、低速风洞中的多分量测力传感器，主要用于测量飞行器或汽车模型在空气动力载荷下的三维力（法向力、轴向力、横向力）和三维力矩（俯仰、偏航、滚转力矩）。其核心由天平弹性元件、应变计和惠斯通电桥组成，通过电阻变化转化为电压信号实现动态载荷测试。

该装置采用机械分解与电桥补偿原理实现分量解耦，弹性元件对目标分量敏感，通过结构设计与应变计布局抑制干扰分量。分为杆式和盒式两类：杆式天平采用组合式测量元件，具有体积小、集成度高的特点；盒式天平通过弹性连杆连接浮动框与固定框，干扰量较小但体积较大 。校准包含静校与动校，前者通过加载实验建立数学模型，后者验证温度效应与结构强度。采用高强度钢材制造，集成有限元仿真优化技术，适配多种支撑方式与风洞试验需求。

应变天平的测量原理

应变天平是风洞天平的一种，由天平元件（弹性元件）、应变计和测量电路（测量电桥）组成。进行风洞测力试验时，应变天平可以在体轴系中同时测量作用在模型上的空气动力载荷，即三个力（法向力、轴向力与横向力）与三个力矩（俯仰力矩、偏航力矩与俯仰力矩）。风洞试验时，应变天平承受作用在模型上的空气动力载荷，并且把它传递到支撑系统上。天平元件在载荷作用下产生变形，其应变与外力大小成正比。粘贴在天平弹性元件表面的应变计也同时产生变形，使其电阻值产生变化。这个电阻增量与应变天平所承受的空气动力载荷值成正比。电阻变化通过惠斯通电桥的放大后表现为电压的改变，将电压信号A/D转换后，输入到计算机上进行处理，即可得到模型上力与力矩。

应变天平的力与力矩分解原理

应变天平通过不同结构形式的测量元件，力求使它们在空气动力载荷的作用下，对各自欲测量分量的载荷敏感，产生相对明显的变形，而对其它分量的载荷不敏感，产生尽量小的变形，实现结构上对力与力矩的机械分解或部分分解。此外，可通过应变计的粘贴位置与电桥的设置，可使其他分量所产生的应变不改变电桥平衡状态。对于盒式天平，还可通过弹性连杆的横向自由度来实现机械分解。

与机械天平相比，应变天平有如下特点：质量轻，响应快，电信号传输便于风洞试验的自动化实现。体积小，可置于模型腔内，不仅可测全模型上的力和力矩，也可测部件模型或外挂物模型上的载荷。设计、加工简单，成本较低，可根据不同的实验对象设计专用的应变天平。可适用于尾部支撑、腹部支撑、背部支撑等各种模型支撑方式，满足不同类型风洞试验要求。即可测模型的静态载荷，也可用于动态测力。

杆式天平是最常用的应变天平结构形式。外形一般为圆柱形，也有方柱形。杆式天平的一端与模型连接，称为模型端；另一端与支杆连接，称为支杆端。在两端之间设置不同结构的测量元件，用于测量不同分量的载荷。

盒式天平本体由浮动框与固定框两部分组成。浮动框与模型连接，固定框与支杆连接，两个框体之间用多个弹性连杆连接。盒式天平与杆式天平相比，盒式天平弹性元件都设置在固定框上。盒式天平刚度大，而且力与力矩的分解较为彻底，因此干扰量小。但盒式天平体积大，主要在低速风洞应用。