DE102006007406B3

DE102006007406B3 - Thrust measuring bridge for technical measurement detection of thrust of e.g. aircraft engine, has thrust determining device, which is provided for determination of thrust of engine from parameter

Info

Publication number: DE102006007406B3
Application number: DE200610007406
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kuhmann; Dimitri Telitschkin; Mark Lowe; Stefan Dr. Ziegenhagen
Original assignee: EADS Space Transportation GmbH
Current assignee: EADS Space Transportation GmbH
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2026-02-18

Abstract

The bridge has a device (10) for determining a parameter, which corresponds with deformation of a deformation unit (6), where deformation is caused by the thrust of the engine (2). A thrust determining device is provided for determination of thrust of the engine from the parameter. The device (10) works for the determination of the parameter on basis of a contactless procedure. The device (10) includes an optoelectronic sensor. An independent claim is also included for a method for technical measurement detection of thrust of engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubmessbrücke und ein Verfahren zur messtechnischen Erfassung des Schubes von Satelliten-Lageregelung-Triebwerken.The The invention relates to a shear bridge and a method for metrological Detecting the thrust of satellite attitude control engines.

Bei der messtechnischen Erfassung des Schubes von Triebwerken während des Heißfeuerns, insbesondere von Kleintriebwerken, werden sog. Schubmessbrücken eingesetzt. Die Schubmessbrücken sind zur Aufnahme des zu prüfenden Triebwerks ausgebildet und erlauben eine Bestimmung des erzeugten Schubes unter Verwendung von Lastmesszellen. Eine Lastmesszelle ist im Allgemeinen ein Feder-(Verformungs-)Element, welches unter einer einwirkenden Kraft elastisch deformiert wird. Die Deformation wird mit an dem Verformungselement angebrachten ohmschen Widerständen (Dehnungsmessstreifen) gemessen. Je nach Krafteinwirkung werden die Verformungselemente gedehnt oder gestaucht. An den Dehnungsmessstreifen ist eine der Verformung proportionale Widerstandsänderung die Folge. Aus dieser kann im Weiteren die Schubkraft des geprüften Triebwerks errechnet werden.at the metrological detection of the thrust of engines during the Hot fire, in particular From small engines, so-called shear bridges are used. The shear bridges are for receiving the test Engine formed and allow a determination of the generated Thrust using load cells. A load cell is generally a spring (deformation) element which under an applied force is elastically deformed. The deformation is fitted with ohmic resistors (strain gauges) attached to the deformation element measured. Depending on the force, the deformation elements stretched or compressed. At the strain gauge is one of the deformation proportional resistance change the episode. From this, the thrust of the tested engine can further be calculated.

Insbesondere beim sog. Aussetzbetrieb beim Heißfeuern kommt es zu einer Eigenanregung der Schubmessbrücke. Die Eigenfrequenz von Schubmessbrücken kann bei einem herkömmlichen Aufbau im Frequenzbereich des Aussetzbetriebes liegen. Dieser Umstand macht die Leistungsbestimmung in diesem Arbeits/Frequenzbereich schwierig, da eine Verfälschung durch überlagerte Eigenschwingungen (Resonanz) auftritt.Especially in the so-called. Intermittent operation during hot firing it comes to a self-excitation of Thrust bridge. The natural frequency of shear bridges can in a conventional design lie in the frequency range of intermittent operation. This circumstance makes Determining the performance in this work / frequency range is difficult since a falsification by superimposed Natural vibration (resonance) occurs.

Der definierte Kontakt (mechanische Kopplung) erfolgt in der Regel zwischen Triebwerksaufnahme und Lastmesszelle mechanisch unter Verwendung einer Kugel, die auf eine ebene Fläche unter Vorspannung eine Punktkraft aufbringt. Die Berührung der Kugel und der Fläche wird mittels einer Überwurfmutter sicherge stellt. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass diese aufgrund von Reibungskräften an den Auflageflächen Verlust- und Hysterese-behaftet ist.Of the defined contact (mechanical coupling) usually takes place between Engine mount and load cell mechanically using a ball placed on a flat surface under prestressing a Applying point force. The touch the sphere and the surface is by means of a union nut sicherge poses. A disadvantage of this approach is that that these due to frictional forces on the bearing surfaces loss and Hysteresis-afflicted.

Die GB 2 096 776 A betrifft einen Schubkraftmessstand für Flugzeugtriebwerke. Der Messstand umfasst eine erste Auflage an welche das Triebwerk befestigt ist. Die erste Auflage ist mittels Platten mit einer zweiten Auflage verbunden. Weiterhin sind Messfühler zwischen der ersten und der zweiten Auflage verbunden, um die Schubkraft des Triebwerks zu messen. Jede Platte ist im rechten Winkel zu der Schubkraft angeordnet. Die Platten können aus Stahl gemacht werden und benötigen keine maschinelle Bearbeitung. Die zweite Auflage ist mittels von Torsionsstäben an Belägen aufgehängt. Die Resonanzfrequenz dieser Aufhängung kann so adjustiert werden, dass Vibrationen vermieten werden.The GB 2 096 776 A relates to a thrust measuring stand for aircraft engines. The measuring stand comprises a first edition to which the engine is attached. The first edition is connected by means of plates with a second edition. Furthermore, sensors are connected between the first and second pads to measure the thrust of the engine. Each plate is arranged at right angles to the thrust. The plates can be made of steel and do not require any machining. The second edition is suspended by means of torsion bars on coverings. The resonant frequency of this suspension can be adjusted so that vibrations will be rented out.

Die DE 38 43 121 A1 betrifft ein optoelektronisches Messsystem zur Erfassung von Verformungen, wobei ein Verformungsweg mittels eines achromatischen Interferometers in mehrere elektrische Signale umgesetzt wird, so dass ein Auswertung des absoluten Verformungsweges möglich ist.The DE 38 43 121 A1 relates to an optoelectronic measuring system for detecting deformations, wherein a deformation path is converted by means of an achromatic interferometer into a plurality of electrical signals, so that an evaluation of the absolute deformation path is possible.

Die EP 1 014 064 A2 betrifft ein System zum Messen von Triebwerks-Rotorschub mittels faseroptischer Sensoren. Das beschriebene System enthält zwei reflektierende Oberflächen, die in einem Gehäuse gekapselt sind, wobei die beiden Oberflächen durch einen Anfangsspalt getrennt sind. Das System enthält ferner eine ankommende Faser zum Übertragen von Licht zu den beiden reflektierenden Oberflächen und ein Lagerelement, das mit dem Gehäuse verbunden ist. Darüber hinaus einhält das System Mittel zum Einführen einer Triebwerkslast in das Lagerelement, wobei der Rotorschub in das Lagerelement eine Änderung in dem Anfangsspalt hervorruft. Außerdem enthält das System eine Einrichtung zum Interpretieren der Änderung in dem Anfangsspalt, wobei eine Vergrößerung in dem Anfangsspalt Zug anzeigt und eine Verkleinerung in dem Anfangsspalt Druck anzeigt.The EP 1 014 064 A2 relates to a system for measuring engine rotor thrust using fiber optic sensors. The described system includes two reflective surfaces encapsulated in a housing, the two surfaces being separated by an initial gap. The system further includes an incoming fiber for transmitting light to the two reflective surfaces and a bearing member connected to the housing. In addition, the system complies with means for introducing an engine load into the bearing member, wherein the rotor thrust into the bearing member causes a change in the initial gap. In addition, the system includes means for interpreting the change in the initial nip, wherein an increase in the initial nip indicates traction and a reduction in the initial nip indicates pressure.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schubmessbrücke und ein Verfahren zur messtechnischen Erfassung des Schubes von Triebwerken anzugeben, welche die o.g. Nachteile nicht aufweisen.It Object of the present invention, a shear bridge and a method for measuring the thrust of engines indicate which of the o.g. Do not have disadvantages.

Diese Aufgaben werden durch eine Schubmessbrücke mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zur messtechnischen Erfassung des Schubes von Triebwerken mit den Merkmalen des Patentanspruches 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.These Tasks are performed by a shear bridge with the features of claim 1 and by a method for metrological detection of the thrust of engines with the features of claim 19 solved. advantageous Embodiments result from the respective dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Schubmessbrücke zur messtechnischen Erfassung des Schubes von Triebwerken umfasst folgende Merkmale: einen Schubmesstisch, der eine Tischplatte und zumindest ein elastisch unter Krafteinwirkung deformierbares Verformungselement umfasst, welche die Tischplatte mit einer Basis verbinden, wobei der Schubmesstisch zur Aufnahme und Halterung des zu prüfenden Triebwerks dient. Eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Größe, die mit der durch die Schubkraft des Triebwerks hervorgerufenen Verformung des zumindest einen Verformungselements korrespondiert sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung der Schubkraft des Triebwerks aus der Größe. Erfindungsgemäß arbeitet die Vorrichtung zur Ermittlung der Größe auf Basis eines berührungslosen Verfahrens.A Shear measuring bridge according to the invention Metrological detection of the thrust of engines includes the following Features: a sliding table, a tabletop and at least one elastically deformable by force deformation element includes, which connect the tabletop with a base, wherein the sliding table for receiving and holding the engine to be tested serves. A device for determining a size with the by the thrust of the engine caused deformation of the at least one deformation element corresponds and a device for determining the thrust of the Engine from the size. Works according to the invention the device for determining the size based on a non-contact Process.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass keine mechanische Kontaktierung des zu prüfenden Triebwerks erforderlich ist. Auf die Genauigkeit der Schubmessung negativ wirkende Reibungseinflüsse eines mechanischen Kontaktes können auf diese Weise eliminiert werden. Die Auflösung der Schubmessbrücke und des der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens ist wesentlich höher im Vergleich zu den im Stand der Technik eingesetzten Lastmesszellen.This has the advantage that no mechanical contact of the engine to be tested is required. On the accuracy of shear measurement negative-acting friction effects of a mechanical contact can be eliminated in this way. The resolution of the shear bridge and the method of the invention is much higher in comparison to the load cells used in the prior art.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Ermittlung der Größe einen opto-elektronischen Sensor. Mittels des opto-elektronischen Messverfahrens können sehr kleine Verformungen gemessen werden, so dass auch die Erfassung geringer Schubkräfte von zu prüfenden Triebwerken möglich ist. Die Erfindung ist deshalb zur Erfassung des Schubs von Triebwerken in den Schubklassen von einigen Millinewton, wie z.B. Ionen-Antriebe oder Micropropulsion-Antriebe, vorteilhaft einsetzbar.According to one embodiment of the invention comprises the device for determining the size of a opto-electronic sensor. By means of the opto-electronic measuring method can very small deformations are measured, so that also capturing low shear forces from to be tested Engines possible is. The invention is therefore for detecting the thrust of engines in the shear classes of a few millinewtons, such as Ion drives or micropropulsion drives, advantageously usable.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Ermittlung der Größe ein Transmissions-Beugungsgitter, eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger, die derart zueinander angeordnet sind, dass von der Lichtquelle abgegebene Strahlung das Beugungsgitter passieren kann und von dem Lichtempfänger aufnehmbar ist, und das Beugungsgitter relativ zu der Lichtquelle und dem Lichtempfänger beweglich gelagert ist und eine ortsfeste Verbindung zu dem Schubmesstisch aufweist, so dass eine durch die Schubkraft des Triebwerks hervorgerufene Verformung des zumindest einen Verformungselements eine Bewegung des Beugungsgitters relativ zu der Lichtquelle und dem Lichtempfänger zur Folge hat. Weiter bevorzugt ist das Beugungsgitter an der Tischplatte des Schubmesstischs angeordnet.According to one another embodiment the device for determining the size comprises a transmission diffraction grating, a light source and a light receiver in such a way to each other are arranged that emitted from the light source radiation the Diffraction grating can happen and can be picked up by the light receiver is movable, and the diffraction grating relative to the light source and the light receiver is stored and a stationary connection to the sliding table has, so that caused by the thrust of the engine Deformation of the at least one deformation element movement of the diffraction grating relative to the light source and the light receiver for Episode has. More preferably, the diffraction grating is on the table top arranged the push table.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Beugungsgitter holographisch hergestellt und weist eine örtlich periodische Struktur mit aneinander folgenden Abschnitten unterschiedlicher Transparenz auf.According to one another embodiment The diffraction grating is made holographically and has a locally periodic Structure with successive sections of different Transparency.

Die Vorrichtung zur Ermittlung der Größe ist weiter dazu ausgebildet, bei einer Relativbewegung des Beugungsgitters gegenüber der Lichtquelle und dem Lichtempfänger eine periodische Amplitudenänderung der Lichtstrahlung zu detektieren und die Anzahl der Maximas oder Minimas der Lichtstrahlung zu ermitteln. Die ermittelte Anzahl der Maximas oder Minimas der Lichtstrahlung ist direkt proportional der Verformung oder Verschiebung des zumindest einen Verformungselements. Aus diesen Informationen lässt sich auf einfache Weise die Schubkraft des Triebwerks ermitteln.The Device for determining the size is further adapted to in a relative movement of the diffraction grating relative to the Light source and the light receiver a periodic amplitude change to detect the light radiation and the number of Maximas or Minimas of the light radiation to determine. The determined number of Maximas or minimas of light radiation is directly proportional the deformation or displacement of the at least one deformation element. Leave out of this information Easily determine the thrust of the engine.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Steifigkeit des zumindest einen Verformungselements derart bemessen, dass die Eigenfrequenz der Schubmessbrücke außerhalb des Frequenzbereichs bei einem Aussetzbetrieb ist. Dies ist möglich, da die Empfindlichkeit des opto-elektronischen Sensors im Vergleich zu herkömmlichen Lastmesszellen wesentlich höher ist womit auch kleinste Verformungen noch messtechnisch erfasst werden können. Gegenüber herkömmlichen Aufbauten lässt sich deshalb die Systemsteifigkeit der Schubmessbrücke erhöhen, so dass die Eigenfrequenz außerhalb des Frequenzbereichs bei Aussetzbetrieb liegt.In a further embodiment is the rigidity of the at least one deformation element such Measure that the natural frequency of the shear bridge outside the frequency range at a suspension operation is. This is possible because of the sensitivity of the opto-electronic sensor compared to conventional ones Load cells much higher is thus still detected even the smallest deformations metrologically can be. Compared to conventional Able to build up Therefore, increase the system stiffness of the shear bridge, so that the natural frequency outside the frequency range is in intermittent operation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konstruktionsmaterialien der Schubmessbrücke, insbesondere des Schubmesstischs sowie der Verformungselemente, einen kleinstmöglichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Da unter Verwendung des erfindungsgemäßen Messverfahrens sehr kleine Verformungen bzw. Auslenkungen messbar sind, deren Größenordnung je nach Konstruktionsmaterialien der Schubmessbrücke im Bereich der durch thermische Ausdehnung verursachten Verformungen liegen, können Messwertverfälschungen auftreten. Dieser Verfälschung wird durch die beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung durch eine geeignete Auswahl der Werkstoffe der Schubmessbrücke entgegengetreten.According to one another embodiment It is envisaged that the materials of construction of the shear bridge, in particular the shear table and the deformation elements, a smallest possible Have thermal expansion coefficient. Since using the measuring method according to the invention very small Deformations or deflections are measurable, their magnitude Depending on the construction materials of the shear bridge in the area of thermal Expansion caused distortions may be measured value distortions occur. This adulteration is characterized by the described inventive embodiment by a appropriate selection of the materials of the shear bridge met.

Um die Messwertverfälschung weiter zu verringern, kann die Schubmessbrücke gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest einen Kühlkreislauf aufweisen. Insbesondere kann der Schubmesstisch den zumindest einen Kühlkreislauf aufweisen. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein permanenter Wärmetransport unter Einsatz des Kühlkreislaufs gewährleistet ist, so dass die thermische Ausdehnung der Konstruktionsmaterialien möglichst gering gehalten ist. Gemäß einer Ausgestaltung weist der zumindest eine Kühlkreislauf ein Fluid, insbesondere Wasser, als Arbeitsmedium und einen Wärmetauscher auf. Zur Erlangung einer maximalen Kühlung ist ferner vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl an Kühlkreisläufen jeder der Kühlkreisläufe mit einem eigenen Arbeitsmedium betrieben wird.Around the measured value corruption to further reduce, the shear bridge according to another embodiment at least one cooling circuit exhibit. In particular, the sliding table can be the at least one Cooling circuit exhibit. This ensures that a permanent heat transfer ensured by using the cooling circuit so that the thermal expansion of the construction materials preferably is kept low. According to one Embodiment, the at least one cooling circuit is a fluid, in particular water, as a working medium and a heat exchanger on. To obtain a maximum cooling is also provided that in a plurality of cooling circuits each the cooling circuits with a separate working medium is operated.

Insbesondere ist ein Kühlkreislauf in einer oder mehreren der folgenden Baugruppen vorgesehen: der Tischplatte des Schubmesstischs sowie der Verformungselemente; ein an der Tischplatte angeordneter Triebwerkshalter, an welchem das zu prüfende Triebwerk befestigt ist; ein an der Schubmessbrücke befestigtes Hitzeschild. Diese Baugruppen sind während der Prüfung des Triebwerks thermisch am meisten belastet, so dass es sinnvoll ist, ggf. in allen der genannten Baugruppen einen Kühlkreislauf vorzusehen.Especially is a cooling circuit provided in one or more of the following assemblies: Table top of the sliding table and the deformation elements; one arranged on the table top engine mount, on which the to be tested Engine is attached; a heat shield attached to the shear bridge. These assemblies are during The examination of the engine thermally most loaded, making it useful is, if necessary, to provide a cooling circuit in all of these assemblies.

Der zumindest eine Kühlkreislauf lässt sich dann besonders einfach realisieren, wenn das zumindest eine Verformungselement einen Abschnitt des zumindest einen Kühlkreislaufs bildet. Dazu können die Verformungselemente hohl ausgeführt sein, so dass das Arbeitsmedium des zumindest einen Kühlkreislaufs in diese eingespeist und ausgeleitet werden kann.The at least one cooling circuit can then be realized particularly easily if that too at least one deformation element forms a portion of the at least one cooling circuit. For this purpose, the deformation elements can be made hollow, so that the working medium of the at least one cooling circuit can be fed into and discharged.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Kalibriereinrichtung vorgesehen, mit welcher die Schubmessbrücke gegenüber einer Referenzgröße kalibrierbar ist. Die Kalibrierung der Schubmessbrücke ist zweckmäßig, da der Schub eines Triebwerks am Anfang eines Tests nicht bekannt ist.According to one another embodiment a calibration device is provided, with which the shear bridge against a Reference size can be calibrated is. The calibration of the shear bridge is appropriate since the thrust of an engine is not known at the beginning of a test.

Die Kalibriereinrichtung verfügt zu diesem Zweck über ein mit dem Schubmesstisch verbundenes Kalibriergewicht, welches zu Kalibrierzwecken den Schubmesstisch mit einer definierten Kraft beaufschlagt und eine auszuwertende Verformung des zumindest einen Verformungselements bewirkt und welches ansonsten keine Kraft auf den Schubmesstisch ausübt.The Calibration device features for that purpose over one connected to the sliding table calibration weight, which For calibration purposes, the sliding table with a defined force acted upon and to be evaluated deformation of at least one Deformation causes and which otherwise no force exerts the thrust measuring table.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur messtechnischen Erfassung des Schubes von Triebwerken bedient sich einer Schubmessbrücke, die einen Schubmesstisch aufweist, der eine Tischplatte und zumindest ein elastisch unter Krafteinwirkung deformierbares Verformungselement umfasst, welche die Tischplatte mit einer Basis verbinden, wobei der Schubmesstisch zur Aufnahme und Halterung des zu prüfenden Triebwerks dient. Bei dem Verfahren wird eine Größe auf Basis eines berührungslosen Verfahrens ermittelt, die mit der durch die Schubkraft des Trieb werks hervorgerufenen Verformung des zumindest einen Verformungselements korrespondiert. Dann wird aus der Größe die Schubkraft des Triebwerks ermittelt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die gleichen Vorteile verbunden, wie sie vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schubmessbrücke erläutert wurden.One inventive method operated for metrological detection of the thrust of engines a shear bridge, which has a sliding measuring table, a table top and at least an elastically deformable under force deformation element includes, which connect the tabletop with a base, wherein the sliding table for receiving and holding the engine to be tested serves. In the method, a size based on a non-contact Determined method that works with the plant by the thrust of the engine caused deformation of the at least one deformation element corresponds. Then the size becomes the thrust of the engine determined. With the method according to the invention The same advantages are associated with them as above were explained with the thrust measuring bridge according to the invention.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Größe mit einem Transmissions-Beugungsgitter, einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger ermittelt, die derart zueinander angeordnet sind, dass von der Lichtquelle abgegebene Strahlung das Beugungsgitter passiert und von dem Lichtempfänger aufgenommen wird. Das Beugungsgitter ist relativ zu der Lichtquelle und dem Lichtempfänger beweglich gelagert und weist eine ortsfeste Verbindung zu dem Schubmesstisch auf, so dass eine durch die Schubkraft des Triebwerks hervorgerufene Verformung des zumindest einen Verformungselements eine Bewegung des Beugungsgitters zur Folge hat.In an embodiment of the method according to the invention is the size of a Transmittance diffraction grating, a light source and a light receiver, which are arranged to each other such that of the light source emitted radiation passes through the diffraction grating and received by the light receiver becomes. The diffraction grating is relative to the light source and the light receiver movably mounted and has a fixed connection to the sliding table on, so that caused by the thrust of the engine Deformation of the at least one deformation element movement of the diffraction grating result.

Zur Ermittlung der Größe werden bei einer Relativbewegung des Beugungsgitters gegenüber der Lichtquelle und dem Lichtempfänger eine periodische Amplitudenänderung der Lichtstrahlung detektiert und die Anzahl der Maximas oder Minimas der Lichtstrahlung ermittelt.to Determining the size in a relative movement of the diffraction grating relative to the Light source and the light receiver a periodic amplitude change the light radiation detected and the number of maximas or minimas the light radiation determined.

Während der Prüfung des zu prüfenden Triebwerks wird gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Kühlkreislauf in einem oder mehreren der folgenden Baugruppen betrieben: der Tischplatte des Schubmesstischs sowie der Verformungselemente; ein an der Tischplatte angeordneter Triebwerkshalter, an welchem das zu prüfende Triebwerk befestigt ist; ein an der Schubmessbrücke befestigtes Hitzeschild.During the exam of the engine to be tested is according to a another embodiment the method according to the invention a cooling circuit operated in one or more of the following assemblies: the tabletop the push table and the deformation elements; one at the table top arranged engine mount on which the engine to be tested is attached; a heat shield attached to the shear bridge.

Der zumindest eine Kühlkreislauf wird gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Fluid, insbesondere Wasser, als Arbeitsmedium und mit einem Wärmetauscher betrieben. Bei einer Mehrzahl an Kühlkreisläufen ist vorgesehen, dass jeder der Kühlkreisläufe parallel mit dem Arbeitsmedium betrieben wird. Weiter kann vorgesehen sein, das Arbeitsmedium durch das zumindest eine Verformungselement des zumindest einen Kühlkreislaufs zu fördern.Of the at least one cooling circuit is according to a another embodiment with a fluid, in particular water, as a working medium and with a heat exchangers operated. In a plurality of cooling circuits is provided that each the cooling circuits in parallel is operated with the working medium. Further, it can be provided the working fluid through the at least one deformation element of at least one cooling circuit to promote.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schubmessbrücke, und 1 a schematic representation of a shear measuring bridge according to the invention, and

2 eine vergrößerte Darstellung von Teilen der Schubmessbrücke aus 1, anhand denen das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Schubkraft eines Triebwerks erklärt wird. 2 an enlarged view of parts of the thrust measuring bridge 1 by which the inventive method for determining the thrust of an engine is explained.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Schubmessbrücke 1 schematisch dargstellt. Auf einer ortsfesten Basis 3 ist ein Schubmesstisch 4 angeordnet. Der Schubmesstisch 4 umfasst eine Tischplatte 5, die beispielhaft mit zwei Verformungselementen 6 mit der Basis 3 verbunden ist. An einem mit der Tischplatte 5 verbundenen Triebwerkshalter 8 ist ein hinsichtlich seiner Schubkraft zu überprüfendes Triebwerk 2 befestigt. Das Triebwerk 2 ist dabei derart auf dem Schubmesstisch 4 gehaltert, dass dessen Expansionsdüse seitlich über die Schubmessbrücke 1 hinausragt. Ein an der Basis 3 befestigter Hitzeschild 9 schirmt die Expansionsdüse des Triebwerks gegenüber der Schubmessbrücke 1 ab.In 1 is a shear bridge according to the invention 1 schematically dargstellt. On a stationary basis 3 is a sliding table 4 arranged. The sliding table 4 includes a tabletop 5 exemplified by two deformation elements 6 with the base 3 connected is. At one with the tabletop 5 connected engine mount 8th is an engine to check for thrust 2 attached. The engine 2 is doing so on the push table 4 held, that its expansion nozzle laterally over the shear bridge 1 protrudes. One at the base 3 attached heat shield 9 shields the engine's expansion nozzle against the shear bridge 1 from.

Während des Betriebs des Triebwerks 2 wird eine Schubkraft F_Schub in der mit dem Pfeil gekennzeichneten Richtung auf den Schubmesstisch 4 ausgeübt. Infolgedessen werden die Verformungselemente 6 elastisch deformiert. Hierbei verschiebt sich der Schubmesstisch, insbesondere die Tischplatte 5, um einen Weg Δx. Diese, in der Figur laterale Verschiebung, kann durch eine Vorrichtung 10 zur Erfassung der Verformung des Schubmesstischs detektiert werden. Anhand des zurückgelegten Weges Δx kann dann die Schubkraft F_Schub ermittelt werden.During operation of the engine 2 is a thrust F _thrust in the direction indicated by the arrow on the push table 4 exercised. As a result, the deformation elements 6 elastically deformed. This shifts the thrust table, especially the table top 5 to get a path Δx. This, in the figure lateral displacement, can by a device 10 for detecting the deformation of the sliding table detek be done. Based on the distance traveled Δx then the thrust F _thrust can be determined.

Die Vorrichtung 10 zur Erfassung der Verformung des Schubmesstischs umfasst ein holographisch hergestelltes Beugungsgitter 11 und einen sog. Δx-Detektor 12, welcher eine Lichtquelle 13 und einen Lichtempfänger 14 umfasst. Das Beugungsgitter 11 ist über eine Haltevorrichtung 7 mit der Tischplatte 5 des Schubmesstischs 4 starr verbunden, so dass eine Verformung der Verformungselemente 6 und damit eine quer zur Zeichenebene hervorgerufene Verschiebung der Tischplatte zu einer relativen Bewegung des Beugungsgitters 11 gegenüber dem Δx-Detektor führt.The device 10 for detecting the deformation of the push table comprises a holographically produced diffraction grating 11 and a so-called Δx detector 12 which is a light source 13 and a light receiver 14 includes. The diffraction grating 11 is about a holding device 7 with the tabletop 5 of the push table 4 rigidly connected, allowing deformation of the deformation elements 6 and thus a transverse to the plane caused displacement of the table top to a relative movement of the diffraction grating 11 opposite the Δx detector.

Das opto-elektronische Messverfahren zur Bestimmung des Weges Δx basiert auf dem Prinzip der inkrementalen Messtaster. Ein von der Lichtquelle 13 abgegebener Lichtstrahl passiert das Transmissions-Beugungsgitter. Das Beugungsgitter 11 bildet eine örtlich periodische Struktur mit aneinander folgenden Abschnitten unterschiedlicher Transparenz aus. Eine Verschiebung des Beugungsgitters relativ zu dem Δx-Detektor erzeugt eine periodische Amplitudenänderung der Lichtstrahlung. Durch die Ermittlung der Anzahl der Maximas oder Minimas der Lichtstrahlung durch den Δx-Detektor, welche direkt proportional der Verschiebung des Beugungsgitters 11 und damit der Tischplatte 5 ist, lässt sich der Weg Δx bestimmen.The opto-electronic measuring method for determining the distance Δx is based on the principle of incremental measuring probes. One from the light source 13 emitted light beam passes through the transmission diffraction grating. The diffraction grating 11 forms a locally periodic structure with successive sections of different transparency. A shift of the diffraction grating relative to the Δx detector produces a periodic amplitude change of the light radiation. By determining the number of maximas or minimas of the light radiation through the Δx detector, which is directly proportional to the displacement of the diffraction grating 11 and thus the tabletop 5 is, the path Δx can be determined.

Die Verwendung von Lichtstrahlung als "Informationsquelle" erlaubt eine berührungslose und hochpräzise Ermittlung der Schubkraft. Gegenüber einer herkömmlichen Lastmesszelle ist eine wesentlich höhere Auflösung des Messsystems gegeben. Daraus resultierend können die Verformungselemente 6 steifer ausgeführt werden, wodurch die Eigenfrequenz der Schubmessbrücke 1 sich erhöht. Die Messgenauigkeit bleibt dabei gegenüber herkömmlichen Schubmessbrücken gleich.The use of light radiation as "information source" allows a non-contact and high-precision determination of the thrust. Compared to a conventional load cell, a considerably higher resolution of the measuring system is given. As a result, the deformation elements 6 stiffer, whereby the natural frequency of the shear bridge 1 increases. The measuring accuracy remains the same compared to conventional shear bridges.

Zur Auswertung des Verschiebeweges Δx ist mit dem Δx-Detektor 12 als Auswerteeinrichtung ein Interpolator 15 gekoppelt. Dieser ist seinerseits mit einer weiteren Auswerteeinrichtung 16 gekoppelt, welche aus den ermittelten Daten die von dem zu prüfenden Triebwerk aufgebrachte Schubkraft F_Schub ermittelt. Dieser Sachverhalt ist in der 2 dargestellt. In übertriebener Weise ist auch das Verhalten eines Biegeelementes 6 beim Angreifen einer Schubkraft F_Schub dargestellt.To evaluate the displacement path .DELTA.x is with the .DELTA.x detector 12 as evaluator an interpolator 15 coupled. This is in turn with another evaluation device 16 coupled, which determines from the determined data applied by the engine to be tested thrust F _thrust . This fact is in the 2 shown. In an exaggerated way is the behavior of a bending element 6 when attacking a thrust F _thrust shown.

Beim Angreifen der Schubkraft F_Schub wird das Verformungselement 6 in die mit dem Bezugszeichen 6' übertrieben gezeigte Stellung elastisch verformt. Die mit dem Triebwerk verbundene, in 2 nicht dargestellte, Tischplatte legt dabei eine Wegänderung Δx zurück, welche von der Höhe der Schubkraft F_Schub abhängt.When engaging the thrust force F _thrust becomes the deformation element 6 in with the reference numeral 6 ' Exaggerated position shown elastically deformed. The connected to the engine, in 2 not shown, table top sets a path change Δx back, which depends on the height of the thrust F _thrust .

Mittels des opto-elektronischen Messverfahrens können sehr kleine Verschiebungen gemessen werden, deren Größenordnung je nach Konstruktionsmaterialien der Schubmessbrücke, insbesondere des Schubmesstischs, im Bereich der durch thermische Ausdehnung verursachten Verformungen liegen. Hierdurch kann sich eine Messwertverfälschung ergeben. Aus diesem Grund weisen die Konstruktionsmaterialien der Schubmessbrücke kleinstmögliche thermische Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die thermische Ausdehnung wird ferner durch das Vorsehen von Kühlkreisläufen 30.1, 30.2, und 30.3 minimiert. Jeder der Kühlkreisläufe 30.1, 30.2 und 30.3 wird mit einem Fluid als Arbeitsmedium, z.B. Wasser, betrieben. Die Arbeitsmedien können dabei an einem Wärmetauscher vorbeigeführt werden.By means of the optoelectronic measuring method, very small displacements can be measured whose magnitude, depending on the construction materials of the shear measuring bridge, in particular of the sliding measuring table, lies in the region of the deformations caused by thermal expansion. This can result in a measurement value corruption. For this reason, the construction materials of the shear bridge have the lowest possible thermal expansion coefficients. The thermal expansion is further enhanced by the provision of cooling circuits 30.1 . 30.2 , and 30.3 minimized. Each of the cooling circuits 30.1 . 30.2 and 30.3 is operated with a fluid as a working medium, eg water. The working media can be guided past a heat exchanger.

Die Kühlkreisläufe 30.1, 30.2 und 30.3 sind in den thermisch besonders belasteten Baugruppen der Schubmessbrücke 1 vorgesehen. Der Kühlkreislauf 30.1 ist der Tischplatte 5 des Schubmesstischs 4 zugeordnet. Der Kühlkreislauf 30.2 ist dem Triebswerkhalter 8 zugeordnet. Der dritte Kühlkreislauf 30.3 ist in dem Hitzeschild 9 vorgesehen. Jeder der Kühlkreisläufe 30.1., 30.2 und 30.3 wird mit einem eigenen Arbeitsmedium versorgt. Das Einleiten und Ausleiten des Arbeitsmediums in den jeweiligen Kühlkreislauf kann über beispielsweise hohl ausgeführte Verformungselemente 6 erfolgen. Dies ist in der Figur schematisch mit den Pfeilen 31 und 32 dargestellt, wobei mit dem Pfeil 31 der Eingang der Kühlkreisläufe und mit dem Bezugszeichen 32 der Ausgang der Kühlkreisläufe bezeichnet ist.The cooling circuits 30.1 . 30.2 and 30.3 are in the thermally stressed modules of the shear bridge 1 intended. The cooling circuit 30.1 is the tabletop 5 of the push table 4 assigned. The cooling circuit 30.2 is the engine owner 8th assigned. The third cooling circuit 30.3 is in the heat shield 9 intended. Each of the cooling circuits 30.1 ., 30.2 and 30.3 is supplied with its own working medium. The introduction and discharge of the working medium in the respective cooling circuit can be done, for example, hollow executed deformation elements 6 respectively. This is schematically in the figure with the arrows 31 and 32 shown, with the arrow 31 the entrance of the cooling circuits and the reference numeral 32 the output of the cooling circuits is designated.

Die erfindungsgemäße Schubmessbrücke verfügt weiterhin über eine Abgleicheinrichtung 20. Diese dient zum Abgleich der Schubmessbrücke gegenüber einer Referenzkraft zu Beginn eines Tests eines Prüflings, da die Schubkraft eines Triebwerks zu Testanfang noch nicht bekannt ist. Die Abgleicheinrichtung umfasst ein kalibriertes Gewicht 21, welches über ein Seil 23 mit der Tischplatte 5 des Schubmesstischs 4 verbunden ist. Über eine an einem Ausleger 24 gelagerte Rolle 22 wird das Seil 23 umgelenkt. Das kalibrierte Gewicht 21 lagert auf einer Plattform, welche über ein Stößel 26, einen Exzenter 27 und einen Motor 25 in ihrer Höhe verstellt werden kann. Befindet sich das kalibrierte Gewicht 21, am Seil 32 frei hängend, so wird eine dem kalibrierten Gewicht 21 entsprechende Kraft auf den Schubmesstisch, bzw. die Tischplatte 5, ausgeübt, welche einer nominellen Schubgröße entspricht. In dieser Phase erfolgt ein Abgleich des Schubmesssystems. Nach erfolgtem Abgleich wird die Plattform mit dem kalibrierten Gewicht 21 wieder angehoben, so dass das kalibrierte Gewicht 21 über das Seil 23 keine Kraft mehr auf den Schubmesstisch 4 ausübt. Die Schubmessbrücke befindet sich dann in einem unbelasteten Zustand, in dem das zu prüfende Triebwerk 2 hinsichtlich seiner Schubkraft überprüft werden kann.The thrust measuring bridge according to the invention furthermore has a balancing device 20 , This serves to balance the thrust measuring bridge against a reference force at the beginning of a test of a test specimen, since the thrust of an engine is not yet known at the beginning of the test. The balancing device comprises a calibrated weight 21 which is over a rope 23 with the tabletop 5 of the push table 4 connected is. About one on a boom 24 stored roll 22 becomes the rope 23 diverted. The calibrated weight 21 superimposed on a platform, which has a pestle 26 , an eccentric 27 and a motor 25 can be adjusted in height. Is the calibrated weight 21 , on the rope 32 hanging freely, so will the calibrated weight 21 appropriate force on the sliding table, or the table top 5 exercised, which corresponds to a nominal thrust size. In this phase, the thrust measuring system is adjusted. After adjustment, the platform becomes calibrated weight 21 raised again so that the calibrated weight 21 over the rope 23 no more power on the sliding table 4 exercises. The Push-measuring bridge is then in an unloaded state, in which the engine to be tested 2 in terms of its thrust can be checked.

11: SchubmessbrückeThrust cradle
22: Triebwerkengine
33: BasisBase
44: SchubmesstischThrust measuring table
55: Tischplattetabletop
6, 6'6 6 ': Verformungselementflexure
77: Haltevorrichtungholder
88th: TriebwerkshalterEngine bracket
99: Hitzeschildheat shield
1010: Vorrichtung zur Erfassung der Verformung des Schubmesstischscontraption for detecting the deformation of the sliding table
1111: Beugungsgitterdiffraction grating
1212: Δx-DetektorAx-detector
1313: Lichtquellelight source
1414: Lichtempfängerlight receiver
1515: Interpolator (Auswerteeinrichtung)interpolator (Evaluation)
1616: Auswerteeinrichtungevaluation
2020: Abgleicheinrichtungmatcher
2121: kalibriertes Gewichtcalibrated Weight
2222: Rollerole
2323: Seilrope
2424: Auslegerboom
2525: Motorengine
2626: Stößeltappet
2727: Exzentereccentric
30.1, 30.2, 30.330.1, 30.2, 30.3: KühlkreislaufCooling circuit
3131: Eingang Kühlkreislaufentrance Cooling circuit
3232: Ausgang Kühlkreislaufoutput Cooling circuit
F_Schub F _thrust: Schubkraftthrust
F_kal F _kal: Kraftforce
ΔxAx: Auslenkungdeflection

Claims

Shear bridge ( 1 ) for measuring the thrust of engines ( 2 ), comprising: - a sliding table ( 4 ), which has a table top ( 5 ) and at least one elastically under force (F _thrust ) deformable deformation element ( 6 ) comprising the tabletop ( 5 ) with a base ( 3 ), whereby the sliding table ( 4 ) for receiving and holding the engine to be tested ( 2 ), - a device ( 10 ) for determining a quantity (Δx) coincident with that due to the thrust of the engine ( 2 ) caused deformation of the at least one deformation element ( 6 ), and - a device ( 16 ) for determining the thrust force (F _thrust ) of the engine from the size (Δx), - wherein the device ( 10 ) works to determine the size (Δx) based on a non-contact method.

Push-measuring bridge according to claim 1, characterized in that the device ( 10 ) for determining the size (Δx) an optoelectronic sensor ( 11 . 12 ).

Push-measuring bridge according to claim 1 or 2, characterized in that the device ( 10 ) for determining the size (Δx) a transmission diffraction grating ( 11 ), a light source ( 12 ) and a light receiver ( 13 ), which are arranged in such a way to each other that - from the light source ( 12 ) emitted radiation, the diffraction grating ( 11 ) and from the light receiver ( 13 ), - the diffraction grating ( 11 ) relative to the light source ( 12 ) and the light receiver ( 13 ) is movably mounted and has a fixed connection to the sliding table, so that a by the thrust of the engine ( 2 ) caused deformation of the at least one deformation element ( 6 ) movement of the diffraction grating relative to the light source ( 12 ) and the light receiver ( 13 ).

Push-measuring bridge according to claim 3, characterized in that the diffraction grating ( 11 ) on the table top ( 5 ) of the push table ( 4 ) is arranged.

Push-measuring bridge according to claim 3 or 4, characterized in that the diffraction grating ( 11 ) is produced holographically.

Push-measuring bridge according to one of claims 3 to 5, characterized in that the diffraction grating ( 11 ) has a locally periodic structure with successive sections of different transparency.

Push-measuring bridge according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 10 ) is designed to determine the size (Δx) for a relative movement of the diffraction grating ( 11 ) with respect to the light source ( 12 ) and the light receiver ( 13 ) to detect a periodic change in amplitude of the light radiation and to determine the number of maxima or minima of the light radiation.

Push-measuring bridge according to one of the preceding claims, characterized in that the rigidity of the at least one deformation element ( 6 ) is dimensioned such that the natural frequency of the shear bridge ( 1 ) is outside the frequency range at intermittent operation.

Push measuring bridge after one of the previous ones Claims, characterized in that the construction materials of the shear bridge ( 1 ) have a smallest possible thermal expansion coefficient.

Push-measuring bridge according to one of the preceding claims, characterized in that this at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) having.

Push-measuring bridge according to claim 10, characterized in that the thrust measuring table ( 4 ) the at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) having.

Push-measuring bridge according to claim 10 or 11, characterized in that the at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) has a fluid as a working medium and a heat exchanger.

Thrust cradle according to claim 12, characterized in that the fluid is water is.

Push-measuring bridge according to one of claims 10 to 12, characterized in that in a plurality of cooling circuits ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) Each of the cooling circuits is operated with its own working medium.

Push-measuring bridge according to one of claims 10 to 14, characterized in that a cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) is provided in one or more of the following assemblies: - the tabletop ( 5 ) of the sliding table, - one on the table top ( 5 ) arranged engine mount ( 8th ) on which the engine to be tested ( 2 ), - one at the shear bridge ( 1 ) fixed heat shield ( 9 ).

Push-measuring bridge according to one of claims 10 to 15, characterized in that the at least one deformation element ( 6 ) a portion of the at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ).

Push-measuring bridge according to one of the preceding claims, characterized in that a balancing device ( 20 ) is provided, with which the shear bridge ( 1 ) Can be calibrated against a reference size.

Push-measuring bridge according to claim 17, characterized in that the balancing device ( 20 ) via a with the sliding table ( 4 ) connected calibrated weight ( 21 ), which for comparison purposes the thrust measuring table ( 4 ) is acted upon by a defined force and a deformation of the at least one deformation element to be evaluated ( 6 ) and which otherwise no force on the thrust table ( 4 ) exercises.

Using a shear bridge according to one of the previous claims for detecting the thrust of engines in the shear classes of some Millinewton, like ion drives or micropropulsion drives.

Method for measuring the thrust of engines ( 2 ) with a shear bridge ( 1 ), which has a sliding measuring table ( 4 ) comprising a table top ( 5 ) and at least one elastically under force (F _thrust ) deformable deformation element ( 6 ) comprising the tabletop ( 5 ) with a base ( 3 ), whereby the sliding table ( 4 ) for receiving and holding the engine to be tested ( 2 ), wherein - a size (Δx) is determined on the basis of a non-contact method, which is in accordance with the by the thrust of the engine ( 2 ) caused deformation of the at least one deformation element ( 6 ), and - the size (Δx) of the thrust (F _thrust ) of the engine is determined.

A method according to claim 20, characterized in that the size (Δx) with a transmission diffraction grating ( 11 ), a light source ( 12 ) and a light receiver ( 13 ), which are arranged in such a way that - from the light source ( 12 ) emitted radiation, the diffraction grating ( 11 ) and by the light receiver ( 13 ), - the diffraction grating ( 11 ) relative to the light source ( 12 ) and the light receiver ( 13 ) is movably mounted and has a fixed connection to the sliding table, so that a by the thrust of the engine ( 2 ) caused deformation of the at least one deformation element ( 6 ) has a movement of the diffraction grating result.

A method according to claim 20 or 21, characterized in that for determining the size (Δx) during a relative movement of the diffraction grating ( 11 ) with respect to the light source ( 12 ) and the light receiver ( 13 ) detects a periodic change in amplitude of the light radiation and the number of maxima or minima of the light radiation are determined.

Method according to one of claims 20 to 22, characterized in that during the test of the engine to be tested ( 2 ) a cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) is operated in one or more of the following assemblies: - the tabletop ( 5 ) of the push table ( 4 ), - one on the table top ( 5 ) arranged engine mount ( 8th ) on which the engine to be tested ( 2 ), - one at the shear bridge ( 1 ) attached heat sign ( 9 ).

A method according to claim 23, characterized in that the at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) is operated with a fluid as the working medium and with a heat exchanger.

Method according to Claim 24, characterized that the cooling circuit is operated with water.

A method according to claim 23, characterized in that in a plurality of cooling circuits ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) Each of the cooling circuits is operated in parallel with the working medium.

Method according to one of claims 24 to 26, characterized in that the working medium by the at least one deformation element ( 6 ) of the at least one cooling circuit ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ).