空气动力天平，又称风洞天平，是测量风洞中作用在模型上的空气动力和力矩的设备。它能将空气动力和力矩沿 3个相互垂直的坐标轴系分解并进行精确测量。风洞天平按测力的性质分为静态测力天平和动态测力天平两类，分别测量定常飞行和非定常飞行时模型所受到的空气动力。静态测力天平有内式和外式等多种形式，按结构和测量原理分为机械式、应变式、压电式和磁悬挂等形式。机械式天平主要用于低速风洞，常见有张线式和硬架式两种。

风洞是一种特殊的基础设施，国内外从事该行业的机构和人员较少。但是由于空气动力学关係着国家飞行器的发展，国际上欧美等已开发国家都有自己的风洞，用于研究先进飞行器的气动特性，也有各自的风洞天平以及相应的天平信息管理方式，但是由于先进飞行器研究关係着国家的命运，肯定存在着技术保密等情况，相关天平的一些信息不可能公开，我们无法获知国外风洞天平信息管理的情况。

国内从事风洞天平研究的机构不多，主要从事天平技术研究的机构除气动中心外，还有中国航空工业空气动力研究院(哈尔滨627和瀋阳626所)、中国航天空气动力技术研究院(北京701所)，目前均未对天平的信息进行自动化管理，还停留在纸质化管理阶段。

风洞模型试验是航空航天飞行器研製过程中了解飞行器性能、降低飞行器研製风险和成本的重要手段之一，风洞天平则是直接感应和测量作用在模型六个自由度上气动力和力矩的高精度测量装置。风洞天平技术涉及天平材料、结构设计分析、加工製造技术、应变感测器技术和天平校準技术等。通常，天平校準可细分为静态校準和动态校準，静态校準是依据天平校準原理，利用天平校準装置，按照一定的校準方法，建立天平测量信号与所受气动载荷关係的过程，即获取天平公式和天平其他性能参数的过程。动态校準则是在静态校準的基础上，利用标模，在风洞中进一步校验天平性能的过程。由于风洞天平静校决定天平校準的效率和天平公式的準确性，关係到天平未来套用中模型气动数据测量的精準度，所以天平静校被认为是天平设计过程中最重要的环节。

风洞天平是一种能感应和测量试验模型上所受载荷的感测测量装置。风洞天平在结构上设计有感应特定载荷作用下产生应变的结构弹性元，如升力元、阻力元等。在这些结构弹性元上，贴上有电阻应变片并组成惠斯登电桥，每个电桥都主要针对一个自由度上的载荷，根据各电桥的电信号输出可以计算得到作用在试验模型上的气动力和力矩。这种风洞天平测量的基本原理产生于20世纪40年代，至今没有改变。近年来，已有光纤应变片在风洞天平上进行套用研究。

由于作用在风洞模型六个自由度上的气动载荷大小差别较大，儘管现代天平在结构设计时，利用计算机，採用了有限元分析、最佳化等先进设计技术，充分考虑天平各结构弹性元对其他载荷的抗干扰性，但由于天平空间尺度相对较小、结构複杂，各结构弹性元间的载荷或多或少都存在着干扰。因此必需通过天平校準来建立精确的天平公式，确定天平的精準度和不确定度等性能参数。

天平校準是一个设定自变数(施加的载荷)，测量因变数(天平的输出回响)的过程，校準数学模型是基于一个多项式方程，其中，天平的输出回响看成是自变数的函式。

根据AIAA发布的“风洞试验天平使用和校準推荐做法”报告，在天平校準中，该数学模型一般都取到二次项，但在有些情况下，需要增加纯三次项。例如，在美国NASA兰利研究中心，天平校準採用取到二次项的做法;在欧洲ETW风洞，天平校準则採用增加纯三次项的做法。因此，对于一个六分量天平，校準模型取到二次项就有27个係数需要确定，如增加纯三次项，就有33个係数需要确定。

天平校準及校準误差评估在一定的载荷範围内进行，通常是在天平设计的正和负满量程範围内确定校準施加的载荷，所有的这些校準载荷组合在一起，就构成了一个校準载荷表，校準载荷表的设计涉及天平校準的效率、精準度和数据分析方法等，校準载荷表及载入方法均是国外天平校準技术研究的重要内容。

从20世纪40年代开始，风洞天平校準从使用单分量人工载入天平校準台发展到六分量自动天平校準机，逐步形成了当今风洞天平校準普遍採用的硬体装置和逻辑方法。为了满足高性能航空航天飞行器研製对风洞试验精细化提出的更高要求，随着科技的发展，国外对风洞天平校準技术已有新的认识和发展。

德国TUD大学在为欧洲跨声速风洞(ETW)设计製造的自动天平校準机基础上，于2007年为本校风洞设备设计製造了第二代自动天平校準机。该机最佳化了框架的质量和刚度分布，扩展了校準载荷範围，使校準机内部结构变形最小化。同时，通过採用压力控制器和高品质数据採集系统，化了校準机的校準载荷发生器系统。通过改进降低了自动天平校準机的製造成本。

NASA兰利研究中心对单矢量人工祛码载入天平校準台也计画做进一步的完善工作。例如，硬体系统完善包括更高的校準载荷载入範围;自动化方面的完善包括非测量端定位、载荷点定位和校準载荷施加;为研究新校準方法，增加温度和压力干扰因素模拟手段等。

天平校準装置中各环节的误差将传导到天平校準结果中，为此，美、欧都开展了对天平校準设备的不确定度评估分析研究工作，确定了各自拥有校準设备的误差源和不确定度。美国NASA兰利研究中心的研究认为:在标準的校準套用中，需要自动校準机与简化的人工校準二者相结合，这样校準将更加有效可靠。

MDOE是美国NASA兰利研究中心为改进航空航天研究的质量和提高生产率而倡导的一种科学试验方法，它是实验设计、执行和分析的集成。MDOE方法已成功运用于兰利中心的许多学科领域，其中包括风洞试验和天平校準。

美国NASA兰利研究中心针对其单矢量天平校準台，完成了MDOE方法所需的软体和技术研究，发展了二阶和三阶校準实验设计方法。通过新集成的硬体系统和MDOE方法套用，最佳化天平校準过程。

DNW(德/荷风洞联合体)仪器仪表和控制部的科研人员在六分量自动天平校準机上，开展了基于MDOE的天平校準方法与传统OFA7校準方法的对比研究。在天平校準研究中，用传统OFAT方法完成一台六分量天平校準，载入矩阵用了734个点;套用MDOE方法，载入矩阵点减少到103个点，载入按随机和有序两种方式实施。研究结果表明:传统OFA7校準需要的载入量是MDOE方法的7倍;从校準精度看，似乎传统的方法较好，二者差异在天平满量程的0.01%量级，均满足天平的校準精度要求;校準点和验证点结果比较，MDOE方法的準度较好。在天平校準中还有很多环节可以套用MDOE方法，这也是DNW后续研究和努力的方向，DNW的目标是使MDOE天平校準方法成为一种成熟可靠的标準天平校準方法。

校準载荷表的设计直接影响校準的效率和校準的精準度。因此，针对所用的校準设备，构建最有效的校準载荷表是天平校準技术研究的重要内容。近年来，DNW仪器仪表和控制部开展了这方面的研究，对比分析了三种校準载荷表:一是OFAT校準载荷表，即:固定天平其他元载荷，每次只变化一个校準元，其最大的缺点就是需要的载入校準点多，校準天平各元的组合变化多;二是单矢量校準载荷表，这是美国NASA兰利中心使用单矢量校準台校準天平所採用的;三是设计最佳化校準载荷表，这是DNW研究的利用计算机自动生成校準载荷表，目的是使校準係数的方差最小化和使各元载荷共线性最小化，以便获得最大的校準效率和最优的校準精準度。