DE1648767B1 - Rollwaage zum Messen der Momente und Kraefte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modelles - Google Patents

Rollwaage zum Messen der Momente und Kraefte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modelles

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DE1648767B1
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roller scale
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Lutz Hamann
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Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
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Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G01M9/062Wind tunnel balances; Holding devices combined with measuring arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rollwaage zum Messen der Momente und Kräfte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modells, insbesondere eines Flugkörpers, die im Innern des Modells angeordnet ist und zusammen mit dem Modell mittels eines Winkelgestänges von einer Antriebsquelle in Umdrehung versetzt und bei der zwischen dem an der Rollwaage befestigten Teil der Halterung und dem Rollwaagengehäuse zumindest eine elastische Verbindung besteht, welche die Ermittlung des Rollmoments und der Kraft in Richtung der Längsachse des Modells mittels Meßstreifen ermöglicht und hinter welcher Biegestäbe zur Messung des Giermoments und des Kippmoments vorgesehen sind.
  • Es ist bekannt, derartige Rollwaagen zu Windkanalmessungen von Flugniodellen zu verwenden und Mehrkomponenten-Rollwaagen so auszubilden, daß eine gleichzeitige Messung der aus den aerodynamischen Kräften resultierenden Roll-, Nick- und Giermomente ermöglicht wird.
  • Hierbei ist vorgesehen, daß in einem gabelförmigen Aufnahmearm ein kreuzförmiges Bauelement angeordnet ist, welches zwei Wälzlagerpaare aufweist.
  • In dem einen Wälzlagerpaar ist das kreuzförmige Bauelement zur Momentenermittlung um die Nickachse drehbar aufgehängt. Das in der Richtung des Ausschlages eingeleitete Moment wird hierbei durch Torsionselemente aufgenommen. Die Torsionselemente sind in dem kreuzförmigen Bauelement durch Bolzen gegen Verdrehung gesichert und ferner über geschlitzte Halteplatten gegenüber dem gabelförmigen Aufnahmearm verdrehsicher angeordnet.
  • Die geschlitzten Halteplatten sind dabei zu beiden Seiten des gabelförmigen Aufnahmearmes fest angeordnet.
  • Das andere Wälzlagerpaar ermöglicht die Momentenermittlung um die Gierachse. Die beiden Wälzlager sind in je einem Seitenteil angeordnet und weisen eine geschlitzte Halteplatte auf. In die geschlitzten Halteplatten greifen die in Achsrichtung der Wälzlager liegenden Torsionselemente ein, die ebenfalls in dem kreuzförmigen Bauelement durch Bolzen verdrehsicher angeordnet sind.
  • Der gabelförmige Aufnahmearm dieser bekannten Anordnung ist hohl ausgebildet und nimmt die Elemente zur Torsionsmessung und zur Messung der Kraft in Richtung der Längsachse des Modells auf.
  • Bei dieser Anordnung besteht der Mangel, daß insbesondere zur Messung der Nick- und Giermomente eine große Anzahl von Bauelementen einander zugeordnet werden müssen und somit eine relativ aufwendige Mehrkomponenten-Rollwaage mit unerwünschtem großem Bauvolumen geschaffen wird.
  • Ferner ist es erforderlich, daß bei der vorgenannten Anordnung der Schwerpunkt des zu untersuchenden Modells mit der zugeordneten Rollwaage ein Punkt der Rotationsachse sein muß, um eine fehlerfreie Messung zu ermöglichen. Bei einer Abweichung von der Rotationsachse werden die durch das Nick-bzw. Giermoment an den Torsionsstäben hervorgerufenen Torsionsspannungen von den durch die Fliehkräfte sich ergebenen Biegespannungen überlagert und beeinträchtigen das Meßergebnis.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine mechanisch einfache Anordnung von Biegestäben zum Messen der Momente bei Rollwaagen zu schaffen, die eine gegenseitige Beeinflussung ausschalten und damit eine Meßwertverfälschung vermeiden sowie eine Abweichung des Modellschwerpunkts von der Rotationsachse ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Rollwaagengehäuse über ein Pendellager mit dem Halteteil verbunden ist und zum Messen des Gier- und Kippmoments die Biegestäbe zwischen dem Rollwaagengehäuse und dem Halteteil so angeordnet sind, daß sie mit dem Halteteil fest verbunden und am Rollwaagengehäuse in der Meßrichtung über Führungselemente gehalten sind.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Biegestäbe an dem dem Rollwaagengehäuse zugewandten Ende quer zur Meßrichtung beiderseits in Form einer Führungsfläche abgefacht sind und daß als Führungselement Kugeln angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Reibung zwischen den Biegestäben und den Führungselementen klein zu halten.
  • Weiterhin ist vorgesehen, daß die Führungselemente einstellbar sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Mehrkomponenten-Rollwaage, Fig.2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III der Fig. 1, Fig.4 einen Querschnitt nach Linie W-IV der Fig. 1 und F i g. 5 eine Meßanordnung im Windkanal in schematischer Darstellung.
  • Die Rollwaage wird im Innern des zu untersuchenden Modells 1 angeordnet und von einem Antriebsaggregat 2 über ein Winkelgestänge 3 angetrieben. Als Verbindungsteil zur Rollwaage dient eine Welle 4, die über Lager 5 in einer Hülse 6 angeordnet ist. Die Welle 4 besitzt an ihrem Ende einen Zapfen7, der formschlüssig mit einem Torsionselement 8 verbunden ist. Das Torsionselement 8 wird im wesentlichen durch schmale Stege 9 gebildet, die Dehnungsstreifen 10 aufweisen. Das Torsionselement 8 wird durch die am Modell 1 auftretenden Rollelemente entsprechend tordiert.
  • An das Torsionselement 8 schließt sich zur Messung der axialen Verschiebung ein elastisches Element 11 an, das über eine Schraube 12 mit der Hülse 6 verbunden ist und Dehnungsstreifen 13 trägt.
  • Die Hülse 6 ist über ein als Welle ausgebildetes Halteteil 14 mit dem eigentlichen Rolwaagengehäuse 16 verbunden, wobei ein Pendelkugellager 15 als Verbindungselement zwischengeschaltet ist.
  • Außerdem sind zur Messung des Gier- und Kippmomentes zwischen dem Rollwaagengehäuse 16 und dem Halteteil 14 zwei Biegestäbe 17 und 18 außermittig angeordnet. Die Biegestäbe 17 und 18 sind durch einen Flansch 19 mit dem Halteteil 14 verbunden und besitzen eine entsprechende Endausbildung 20 und 21, um das gegenseitige Verdrehen zu verhindern.
  • An dem anderen Ende besitzen die Biegestäbe 17 und 18 parallele Führungsflächen 22 bzw. 24, die durch als Führungselemente dienende Kugeln 23 bzw.
  • 25 gehalten sind, um eine Auslenkung des Biegestabes 17 bzw. 18 nur in der Meßrichtung zu ermöglichen. Die Kugeln 23 und 25 sind in einem Lagerbock 29 einstellbar angeordnet, der über einen Flansch 30 mit dem Rollwaagengehäuse fest verbunden ist. Die Führungsflächen 22 und 24 sind um 90° versetzt angeordnet, so daß jeder Biegestab 17 bzw.
  • 18 einer Meßrichtung zugeordnet ist. An dem dem Halteteil 14 zugekehrten Ende der Biegestäbe 17 und 18 sind entsprechend den Führungsflächen 22 und 24 Dehnungsmeßstreifen 26 und 27 angeordnet. so daß nur die Durchbiegungen der Biegestäbe 17 und 18 senkrecht zu ihrer Auslenkrichtung gemessen werden.
  • Auf diese Weise können die Verfälschungen der Meßergebnisse durch die in den Biegestäben 17 und 18 auftretenden Durchbiegungen infolge von Fliehkräften ausgeschaltet werden.
  • Durch die am Modell 1 auftretenden Kipp- und Giermomente wird das Rollwaagengehäuse 16 um den Drehpunkt 28 des Pendelkugellagers 15 verschwenkt und die Biegestäbe 17 und 18 in ihren Meßrichtungen beansprucht. Die als Kugeln 23 und 25 ausgebildeten Führungselemente wirken in Verbindung mit dem Pendelkugellager 15 selbstjustierend.
  • Im Regelfall wird der Schwerpunkt des Modells 1 mit dem Drehpunkt 28 der Rollwaage bzw. des Pendelkugellagers 15 zusammenfallen. Es lassen sich aber auch bei Abweichungen überlagerungsfreie Messungen durchführen. Ebenso ist es möglich, richtige Meßergebnisse zu erhalten, wenn der Modellschwerpunkt sich nicht auf der Rotationsachse befindet, da die Fliehkräfte über das Pendelkugellager 15 vom Halteteill4 aufgenommen werden, ohne die Biegestäbe 17 und 18 zu belasten.
  • Gemäß Fig. 5 ist eine Meßanordnung im Windkanal dargestellt, wobei ein um einen Winkel 31 verstellbares Winkelgestänge 3 über die Rollwaage mit dem zu untersuchenden Modell 1 verbunden ist und durch ein Antriebsaggregat 2 über eine Verbindungswelle 32 angetrieben wird. Die Verbindungswelle32 besitzt ferner eine Kupplung 34 und trägt einen Kol- lektor 33 zur Abnahme der Meßströme der Dehnungsmeßstreifen.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Rollwaage zum Messen der Momente und Kräfte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modells, insbesondere eines Flugkörpers, die im Innern des Modells angeordnet ist und zusammen mit dem Modell mittels eines Winkelgestänges von einer Antriebsquelle in Umdrehung versetzt wird und bei der zwischen dem an der Rollwaage befestigten Teil der Halterung und dem Rollwaagengehäuse zumindest eine elastische Verbindung besteht, welche die Ermittlung des Rollmoments und der Kraft in Richtung der Längsachse des Modells mittels Meßstreifen ermöglicht und hinter welcher Biegestäbe zur Messung des Giermoments und des Kippmoments vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollwaagengehäuse (16) über ein Pendellager (15) mit dem Halteteil (14) verbunden ist und zum Messen des Gier- und Kippmoments die Biegestäbe (17, 18) zwischen dem Rollwaagengehäuse und dem Halteteil (14) so angeordnet sind, daß sie mit dem Halteteil (14) fest verbunden und am Rollwaagengehäuse (16) in der Meßrichtung über Führungselemente (23, 25) gehalten sind.
  2. 2. Rollwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegestäbe (17, 18) an dem dem Rollwaagengehäuse (16) zugewandten Ende quer zur Meßrichtung beiderseits in Form einer Führungsfläche (22, 24) abgeflacht sind und daß als Führungselement Kugeln (23, 25) angeordnet sind.
  3. 3. Rollwaage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (23, 25) einstellbar sind.
DE19671648767D 1967-01-31 1967-01-31 Rollwaage zum Messen der Momente und Kraefte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modelles Pending DE1648767B1 (de)

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