JP6690835B2 - 6-component force measuring device for measuring fluid force acting on an elongated model - Google Patents

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Description

この発明は、船体または車輛等の細長い模型(以下、細長模型という。)の流体力計測における力とモーメント(6分力)を高精度で計測するために使用する計測装置に関する。なお、前記流体力計測は、水槽試験または風洞試験用の細長模型に計測装置を固定し、流体を通流した際に流体力とモーメントを計測する場合と、流体通流下において前記細長模型を加振機構を用いて強制加振して力とモーメントを計測する場合とを含む。以下の説明においては、主に強制加振の場合について述べる。   The present invention relates to a measuring device used to measure a force and a moment (6 component force) in a fluid force measurement of an elongated model (hereinafter referred to as an elongated model) such as a hull or a vehicle with high accuracy. In addition, the fluid force measurement is performed by fixing the measuring device to an elongated model for a water tank test or a wind tunnel test, measuring the fluid force and moment when flowing the fluid, and applying the elongated model under the fluid flow. Including the case where force and moment are measured by forcibly exciting using a vibration mechanism. In the following description, the case of forced vibration will be mainly described.

船舶が航行中には、船体に大きな振動や衝撃が加わるので、予め、強制加振試験を行って、使用時の振動や衝撃に耐えられることを評価する必要がある。また、鉄道車両においては、横風による衝撃的流体力に対する評価を行う必要がある。以下の説明においては、説明の便宜上、主に船体の模型(以下、単に船体ともいう。)を対象として述べ、車輛の模型に関しては、適宜補足的に述べる。
例えば、船体の強制加振試験における6分力計測装置においては、一般に船底にねじ止めされた計測装置本体に多分力検出器を複数個分散配置した上で、船体を加振機構により強制加振し、その際、出力される前記多分力検出器の複数の検出値に基づいて、船体に加わる6分力を演算により求める(詳細は、本発明の実施態様において説明する)。
上記船体の強制加振試験における6分力計測装置においては、下記のような問題点があった。即ち、多分力検出器を複数個分散配置した計測装置本体が、船底に固定設置されているため、強制加振状態において船体に生ずる変形が、多分力検出器の検出部に作用して、測定すべき本来の力およびモーメントに誤差をもたらす問題があった。前記車輛の模型に関しても、同様の問題があった。
Since a large vibration or shock is applied to the hull while the ship is sailing, it is necessary to perform a forced vibration test in advance to evaluate that it can withstand the vibration and shock during use. In railway vehicles, it is necessary to evaluate the impact fluid force due to cross wind. In the following description, for convenience of explanation, a model of a hull (hereinafter, also simply referred to as a hull) will be mainly described, and a model of a vehicle will be supplementarily described as appropriate.
For example, in a 6-component force measuring device in a forced vibration test of a hull, generally, a plurality of component force detectors are dispersedly arranged on the measuring device main body screwed to the bottom of the ship, and then the hull is forcibly excited by a vibrating mechanism. Then, at that time, the 6-component force applied to the hull is calculated based on the plurality of detected values of the output of the multi-component force detector (details will be described in the embodiments of the present invention).
The 6-component force measuring device in the above-mentioned forced vibration test of the ship has the following problems. That is, since the measuring device main body in which a plurality of multi-component force detectors are dispersedly arranged is fixedly installed on the ship's bottom, the deformation that occurs in the hull in the forced vibration state acts on the detection part of the multi-component force detector to measure There was a problem of causing errors in the original force and moment to be performed. The vehicle model also had similar problems.

この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、船体や車輛等の前記細長模型の流体力計測試験(強制加振の場合を含む)における6分力計測装置において、流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形が多分力検出器の検出部に作用しないようにして、測定精度の向上を図ることにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a 6-component force in a fluid force measurement test (including a case of forced vibration) of the elongated model such as a hull or a vehicle. In the measuring device, it is intended to prevent the deformation of the elongated model from acting on the detecting portion of the component force detector when receiving the fluid force or the forced excitation force so as to improve the measurement accuracy.

前述の課題を解決するために、この発明の6分力計測装置は下記のようなものとする。即ち、水槽試験または風洞試験用の細長模型に、計測装置本体を固定し、流体を通流した際に、または、流体通流下において前記細長模型を加振機構を用いて強制加振した際に、前記細長模型の回転運動中心を原点とする直交座標系(X,Y,Z)において細長模型に作用する6分力(X,Y,Z方向に作用する流体力F,F,F、および、X,Y,Z軸周りに作用するモーメントM,M,M)を計測する、細長模型に作用する流体力計測のための6分力計測装置において、前記6分力計測装置は、前記計測装置本体を前記細長模型に対して支持する第1のリンク機構と、第2のリンク機構と、第3のリンク機構とを備え、ここで、前記各リンク機構は、それぞれ、前記細長模型が流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形に伴って発生する力およびモーメントが、6分力計測用の検出部に伝達されないように、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるものとし、また、前記第1のリンク機構と計測装置本体との間に3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)を備え、前記第2のリンク機構と計測装置本体との間に2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)を備え、前記第3のリンク機構と前記細長模型との間に1分力検出器(F検出用の検出器)を備え、さらに、前記3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)の検出値と、2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)の検出値と、1分力検出器(F検出用の検出器)の検出値とに基づき、前記6分力を、下記により演算して求める演算装置を備えることを特徴とする6分力計測装置、但し、Lは第1のリンク機構と第2のリンク機構との間のX軸方向の中心間距離とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the 6-component force measuring device of the present invention is as follows. That is, when the measuring device main body is fixed to a slender model for a water tank test or a wind tunnel test and a fluid is allowed to flow, or when the slender model is forced to be excited under a fluid flow using a vibrating mechanism. , A 6-component force acting on the slender model (fluid forces F x , F y , F acting in the X, Y, Z directions) in the Cartesian coordinate system (X, Y, Z) whose origin is the rotational movement center of the slender model. z, and, X, Y, moment M x acting about the Z axis, M y, measures the M z), the 6-component measuring device for a fluid force measurement acting on the elongated model, the 6-component The measuring device includes a first link mechanism that supports the measuring device body with respect to the elongated model, a second link mechanism, and a third link mechanism, where each of the link mechanisms is , When the slender model is subjected to fluid force or forced excitation force A structure in which a universal joint and a bearing are combined is provided so that the force and the moment generated due to the deformation generated in the long model are not transmitted to the detection unit for measuring the 6-component force, and the first link is also provided. A three-component force detector (detector for detecting F y1 , F z1 , M x ) is provided between the mechanism and the measuring device main body, and two component force is detected between the second link mechanism and the measuring device main body. A detector (for detecting F y2 and F z2 ), a 1-component force detector (a detector for detecting F x ) between the third link mechanism and the elongated model, and further, Detection value of 3 component force detector (F y1 , F z1 , detector for M x detection), detection value of 2 component force detector (detector for F y2 , F z2 detection), and 1 component force based on the detected value of the detector (F x detection of the detector), the 6-component, Serial by 6 component force measuring device, characterized in that it comprises an arithmetic unit for obtaining by calculation, however, L is the distance between the centers of the X-axis direction between the first link mechanism and the second link mechanism.

=F, F=Fy1+Fy2, F=Fz1+Fz2 =M, M=(Fz1−Fz2)×(L/2), M=(Fy2−Fy1)×(L/2)
上記装置によれば、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるリンク機構を備えるので、従来の計測装置の場合に測定誤差の要因となっていた前記細長模型に生ずる変形が、多分力検出器の検出部に作用しないようにすることができ、力学的に静定な状態(静定構造)となるので、高精度で計測できる。その理由の詳細については、発明を実施するための形態の項で、図に基づいて具体的に後述するが、前記静定構造とその作用原理の総括的説明に関しては、図11〜図15に基づいて以下に述べる。
F x = F x, F y = F y1 + F y2, F z = F z1 + F z2 M x = M x, M y = (F z1 -F z2) × (L / 2), M z = (F y2 -Fy1 ) x (L / 2)
According to the above-mentioned device, since the link mechanism having the configuration in which the universal joint and the bearing are combined is provided, the deformation caused in the elongated model, which is the cause of the measurement error in the case of the conventional measuring device, is probably the force detector. Can be prevented from acting on the detection unit, and a mechanically static state (statically stable structure) can be obtained, so that highly accurate measurement can be performed. The details of the reason will be specifically described later with reference to the drawings in the section of the embodiment for carrying out the invention, but for a general description of the statically determinable structure and its working principle, see FIGS. Based on the following.

なお、上記において、リンク機構やユニバーサルジョイントは、一般的によく知られた用語であり、リンク機構とは、例えば、「数個の剛体を回転自在のピンで結合して、各部分の動きと位置が一義的に決まるような運動(拘束された相対運動)を行うようにした機構」と説明されている。また、ユニバーサルジョイントは、自在継手とも言われ、継手のなかでも特に2つの材の接合する角度が自由に変化する継手のことをいう。基本概念はジンバルに由来する。ジンバルは1つの軸を中心として物体を回転させる回転台の一種である。軸が直交するようにジンバルを設置すると、内側のジンバルに載せられたロータの向きを常に一定に保つことができる。   In the above description, the link mechanism and the universal joint are generally well-known terms, and the link mechanism means, for example, that "several rigid bodies are connected by a rotatable pin to move each part. The mechanism is designed to perform a motion (constrained relative motion) whose position is uniquely determined. " The universal joint is also called a universal joint, and in particular, the universal joint refers to a joint in which the angle at which two materials are joined freely changes. The basic concept comes from the gimbal. A gimbal is a type of rotating table that rotates an object around one axis. If the gimbals are installed so that their axes are orthogonal to each other, the orientation of the rotor mounted on the inner gimbal can be always kept constant.

図8および9は、市販品のユニバーサルジョイントの一例を示すもので、図8は2個の二方向リンク(ジンバル)を備えた例、図9は1個の二方向リンク(ジンバル)を備えた例である。本願発明においては市販品のユニバーサルジョイントをそのまま使用するのではなく、ベアリングと組み合わせて、本願発明固有の構成を採用している。なお、リンク機構の構成は後述する実施形態に限定されることなく、目的に応じて、種々の変形した形態が採用可能である。   8 and 9 show an example of a commercially available universal joint. FIG. 8 shows an example having two bidirectional links (gimbals), and FIG. 9 has one bidirectional link (gimbals). Here is an example. In the present invention, a commercially available universal joint is not used as it is, but is combined with a bearing to adopt a configuration unique to the present invention. The configuration of the link mechanism is not limited to the embodiment described below, and various modified forms can be adopted according to the purpose.

次に、前記静定構造とその作用原理について図11〜図15に基づいて概説する。   Next, the statically determinable structure and its working principle will be outlined with reference to FIGS. 11 to 15.

材料力学の文献によれば、両端支持梁に外力が作用する場合の面内静定拘束の2次元的説明が、図11の例によりなされている。この例によれば、回転支持点A点およびB点には、F,Fz1およびFz2として一義的に作用する面内静定構造であって、固定側構造及び供試体の構造の変形には影響されない構造が示されている。 According to the literature of material mechanics, a two-dimensional description of the in-plane statically constrained constraint in the case where an external force acts on both-end support beams is given by the example of FIG. 11. According to this example, the rotational support points A and B are in-plane statically definite structures that act uniquely as F x , F z1 and F z2 , and the fixed side structure and the structure of the specimen are modified. The structure not affected by is shown.

上記機能を、リンク機構を用いて具体的に構成した例を図12および図13に示す。図12において前記A点のリンクには、外力に対する反力F,Fz1の2種の負荷が作用し、B点のリンクには、Fz2の負荷が作用する。図13の例においては、A点のリンクにはFz1の負荷が,B点のリンクにはFz2の負荷が,C点のリンクにはFの負荷が作用する。各リンクの部分に負荷を検出する計測器を組み込めば全体で多分力計測装置となる。 An example in which the above function is concretely configured by using a link mechanism is shown in FIGS. 12 and 13. In FIG. 12, two types of loads of reaction forces F x and F z1 against an external force act on the link at the point A, and a load of F z2 acts on the link at the point B. In the example of FIG. 13, the load of F z1 acts on the link of point A, the load of F z2 acts on the link of point B, and the load of F x acts on the link of point C. If a measuring device that detects the load is incorporated in each link, the whole device will be a force measuring device.

図12の例は図13の例に比べて構造が簡単になる。しかしながら、図12の例ではA点のリンクにF,Fz1の2種の負荷が作用するので、Fの負荷よりもFz1の負荷の方がかなり大きい場合に、F検出器はFz1の負荷の影響を受け易くなり、その干渉により、計測誤差が大きくなる難点がある。 The example of FIG. 12 has a simpler structure than the example of FIG. However, F x to the link at the point A in the example of FIG. 12, since the two load F z1 is applied, in the case towards the load F z1 than the load of F x is rather large, F x detector The load of F z1 is more likely to be affected, and the interference thereof causes a large measurement error.

実際の計測では負荷は3次元的になり、6分力の計測が必要になる場合が多い。本発明はこの種の6分力を精度良く計測するためのものである。しかしながら、6分力の計測以外の少ない分力の計測にも適用できる。   In actual measurement, the load becomes three-dimensional, and it is often necessary to measure 6-component force. The present invention is for accurately measuring this type of 6-component force. However, it can be applied to measurement of small component force other than 6 component force measurement.

図14および図15に、3次元計測のためのリンク機構の例を示す。図14は図12の3次元構造を示し、図15は図13の3次元構造を示す。図14および図15は、3次元において静定構造であり、図12および図13と同様に、固定側構造及び供試体の構造に若干の変形があっても、精度の高い計測ができる。   14 and 15 show an example of a link mechanism for three-dimensional measurement. 14 shows the three-dimensional structure of FIG. 12, and FIG. 15 shows the three-dimensional structure of FIG. 14 and 15 show a statically-determined structure in three dimensions, and similar to FIGS. 12 and 13, even if the fixed-side structure and the structure of the specimen are slightly deformed, highly accurate measurement can be performed.

なお、計測に影響のないリンクについては、それを適宜省略することが可能である。また、本発明に係る装置は、強制加振でなくとも、通常の水槽試験や風洞試験に対しても適用できる。   For links that do not affect measurement, it is possible to omit them as appropriate. Further, the device according to the present invention can be applied to a normal water tank test and a wind tunnel test, instead of the forced vibration.

上記本願発明の好ましい実施態様は下記のとおりである。   The preferred embodiments of the invention of the present application are as follows.

まず、上記本願発明の装置において、前記第1のリンク機構および第2のリンク機構は、それぞれ、座標軸Yと平行に設けた一方向リンクと、前記一方向リンクを自由に旋回可能とするベアリング装置と、前記一方向リンクの上方に在って、前記一方向リンクに平行な方向と垂直な方向の二直交方向の軸のまわりに旋回可能な二方向リンクとを備えることが好ましい。   First, in the above-mentioned device of the present invention, the first link mechanism and the second link mechanism each have a one-way link provided parallel to the coordinate axis Y and a bearing device that allows the one-way link to freely rotate. And a bidirectional link located above the unidirectional link and capable of pivoting about an axis of two orthogonal directions perpendicular to the direction parallel to the unidirectional link.

また、前記第3のリンク機構は、前記計測装置本体内において、回転可能であって、座標軸X方向に延伸し2個の二方向リンクからなるユニバーサルジョイント部を有する軸を設け、前記軸を座標軸X周りに旋回可能とするベアリング装置を備えることが好ましい。   Further, the third link mechanism is provided in the measuring device main body with a shaft that is rotatable and that has a universal joint portion that extends in the coordinate axis X direction and that is composed of two bidirectional links. It is preferable to provide a bearing device capable of turning around X.

さらに、前記計測装置本体における前記第2のリンク機構側には、細長模型が強制加振を受けた際に細長模型に発生するローリングによって計測誤差が生ずることを抑制するためのローリング影響抑制用リンク機構が設けられ、前記ローリング影響抑制用リンク機構は、座標軸Xを中心として旋回可能な部分回転軸と、前記回転軸を旋回可能とするベアリング装置と、ベアリングを支持するためのスリーブとを備えることが好ましい。
また、前述した発明の装置において、前記細長模型は、船体用の細長模型であることが好ましい。
さらに、前述の課題を解決するために、この発明の6分力計測装置は下記のようなものとすることもできる。即ち、水槽試験または風洞試験用の細長模型に、計測装置本体を固定し、流体を通流した際に、または、流体通流下において前記細長模型を加振機構を用いて強制加振した際に、前記細長模型の回転運動中心を原点とする直交座標系(X,Y,Z)において細長模型に作用する6分力(X,Y,Z方向に作用する流体力F,F,F、および、X,Y,Z軸周りに作用するモーメントM,M,M)を計測する、細長模型に作用する流体力計測のための6分力計測装置において、前記6分力計測装置は、前記計測装置本体を前記細長模型に対して支持する第4のリンク機構と、第5のリンク機構とを備え、ここで、前記各リンク機構は、それぞれ、前記細長模型が流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形に伴って発生する力およびモーメントが、6分力計測用の検出部に伝達されないように、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるものとし、また、前記第4のリンク機構と計測装置本体との間に第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)を備え、前記第5のリンク機構と計測装置本体との間に第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器を備え、さらに、前記第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)の検出値と、第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器)の検出値とに基づき、前記6分力を、下記により演算して求める演算装置を備えることを特徴とする6分力計測装置、但し、Lは第4のリンク機構と第5のリンク機構との間のX軸方向の中心間距離とする。
Further, on the side of the second link mechanism in the main body of the measuring device, a rolling effect suppressing link for suppressing occurrence of measurement error due to rolling generated in the elongated model when the elongated model is subjected to forced vibration. A mechanism is provided, and the rolling effect suppressing link mechanism includes a partial rotation shaft that can rotate about a coordinate axis X, a bearing device that allows the rotation shaft to rotate, and a sleeve that supports the bearing. Is preferred.
Moreover, in the apparatus of the invention described above, it is preferable that the elongated model is an elongated model for a hull.
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the 6-component force measuring device of the present invention may be as follows. That is, when the measuring device main body is fixed to a slender model for a water tank test or a wind tunnel test and a fluid is allowed to flow, or when the slender model is forced to be excited under a fluid flow using a vibrating mechanism. , A 6-component force acting on the slender model (fluid forces F x , F y , F acting in the X, Y, Z directions) in the Cartesian coordinate system (X, Y, Z) whose origin is the rotational movement center of the slender model z, and, X, Y, moment M x acting about the Z axis, M y, measures the M z), the 6-component measuring device for a fluid force measurement acting on the elongated model, the 6-component The measuring device includes a fourth link mechanism for supporting the measuring device main body with respect to the elongated model, and a fifth link mechanism, wherein each of the link mechanisms has a fluid force of the elongated model. Or deformation that occurs in the slender model when subjected to forced excitation force A structure in which a universal joint and a bearing are combined is provided so that the force and moment generated therewith are not transmitted to the detection unit for measuring the 6-component force, and the fourth link mechanism and the measuring device body are provided. And a first three-component force detector (detector for detecting F y1 , F z1 , and M x ), and a second three-component force detector between the fifth link mechanism and the measuring device body. A detector (for detecting F x , F y2 , F z2 ), and further, a detection value of the first three-component force detector (detector for detecting F y1 , F z1 , M x ), 2 of 3 component force detector based on the detection value of (F x, F y2, F z2 detector for detection), the 6-component, characterized in that it comprises an arithmetic unit for determining by calculation by the following 6-component force measuring device, where L is a fourth link mechanism and a fifth link mechanism And the center distance in the X-axis direction.

=F, F=Fy1+Fy2, F=Fz1+Fz2
=M, M=(Fz1−Fz2)×(L/2), M=(Fy2−Fy1)×(L/2)また、上記発明の装置において、前記細長模型は、車輛用の細長模型であることことが好ましい。
F x = F x , F y = F y1 + F y2 , F z = F z1 + F z2
M x = M x , M y = (F z1 −F z2 ) × (L / 2), M z = (F y2 −F y1 ) × (L / 2) In the device of the invention, the elongated model is used. Is preferably an elongated model for vehicles.

この発明の6分力計測装置によれば、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるリンク機構を備えるものとすることにより、流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形が多分力検出器の検出部に作用しないようにして力学的に静定な状態としたので、測定すべき本来の力およびモーメントに誤差をもたらす従来の問題点を解消し、測定精度の向上を図ることことができる。   According to the 6-component force measuring device of the present invention, by providing a link mechanism having a configuration in which a universal joint and a bearing are combined, deformation occurring in the elongated model when subjected to a fluid force or a forced excitation force. Since it does not act on the detection part of the force detector and is in a statically dynamic state, it eliminates the conventional problems that cause errors in the original force and moment to be measured, and improves measurement accuracy. It can be planned.

本発明の実施例に係る6分力計測装置の構成図であって、(a)は上面図、(b)は(a)図を下方から見た側面図、(c)は(b)を右方から見た側面図。It is a block diagram of the 6-component force measuring device which concerns on the Example of this invention, (a) is a top view, (b) is the side view which looked at (a) figure from the bottom, (c) shows (b). Side view seen from the right. 図1(b)の左方におけるA部の詳細拡大図。FIG. 2 is a detailed enlarged view of a portion A on the left side of FIG. 図1(b)の右方におけるB部の詳細一部断面拡大図。The detail partial cross-section enlarged view of the B section in the right side of FIG.1 (b). 図1および図3におけるP−P線に沿う拡大断面図。The expanded sectional view which follows the PP line in FIG.1 and FIG.3. 図1(b)の中央部におけるC部の詳細一部断面拡大図。The detail partial cross-section enlarged view of the C section in the center part of FIG.1 (b). 加振機構を備えた6分力計測装置の実施例の構成図であって、(a)は(b)におけるR−R矢示平面図、(b)は側面図、(c)は(b)におけるQ−Q矢示断面図。It is a block diagram of the Example of the 6-component force measuring device provided with the oscillating mechanism, (a) is a RR arrow plane view in (b), (b) is a side view, (c) is (b). 9 is a sectional view taken along the line Q-Q in FIG. 本発明に係るリンク機構の作用効果を説明する概念的模式図であって、(a)は加振負荷のない状態を示す図、(b)は計測装置がリンク機構を備えない場合において、加振負荷時の計測装置の変形状態を示す図、(c)は本発明に係り、計測装置がリンク機構を備えた場合において、加振負荷時の計測装置の変形状態を示す図。It is a conceptual schematic diagram explaining the effect of the link mechanism which concerns on this invention, (a) is a figure which shows the state without an oscillating load, (b) is a case where a measuring device is not equipped with a link mechanism. The figure which shows the deformation | transformation state of a measuring device at the time of a vibration load, (c) is based on this invention, When a measuring device is equipped with a link mechanism, a figure which shows the deformation | transformation state of a measuring device at the time of a vibration load. 2個の二方向リンクを備えたユニバーサルジョイントの市販品の一例を示す図。The figure which shows an example of the commercial item of the universal joint provided with two bidirectional links. 1個の二方向リンクを備えたユニバーサルジョイントの市販品の一例を示す図。The figure which shows an example of the commercial item of the universal joint provided with one bidirectional link. 本発明を車輛に適用した場合の実施態様を模式的に説明する図であって、(a)は車輛模型を進行方向と直角に断面して見た模式的断面図、(b)は(a)図において接続板75の上方から見た模式的概略上面図、(c)は(b)図を下方から見た模式的概略側面図。It is a figure which illustrates typically the embodiment at the time of applying this invention to a vehicle, (a) is a typical sectional view which saw the vehicle model in a cross section at right angles to the advancing direction, and (b) is (a). ) Is a schematic schematic top view seen from above the connection plate 75, and (c) is a schematic schematic side view seen from below in (b). 両端支持梁に外力が作用する場合の面内静定拘束の2次元的説明図。2D is a two-dimensional explanatory diagram of in-plane static constraint when an external force acts on both-end support beams. FIG. 図11にリンク機構を適用した構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the structure which applied the link mechanism to FIG. 図11にリンク機構を適用した異なる構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a different structure which applied the link mechanism to FIG. 3次元計測のための3次元静定拘束の説明図であって図12に対応する図。FIG. 13 is an explanatory diagram of a three-dimensional static constraint for three-dimensional measurement and is a diagram corresponding to FIG. 12. 3次元計測のための3次元静定拘束の説明図であって図13に対応する図。FIG. 14 is an explanatory diagram of a three-dimensional static constraint for three-dimensional measurement and is a diagram corresponding to FIG. 13.

上記の図1〜図7および図10に基づき、本発明の細長模型に作用する流体力計測のための6分力計測装置の実施の形態について以下に述べる。なお、図1〜図7は本発明を主として船体に適用した場合の実施態様を示し、図1〜図7において、同一部材または同一機能を有する部材には同一符号を付して、詳細説明を省略する。また、図10は本発明を主として車輛に適用した場合の実施態様を示す。   An embodiment of a 6-component force measuring device for measuring a fluid force acting on an elongated model according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7 and 10. 1 to 7 show an embodiment in which the present invention is mainly applied to a hull, and in FIGS. 1 to 7, the same members or members having the same function are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be given. Omit it. Further, FIG. 10 shows an embodiment in which the present invention is mainly applied to a vehicle.

図1および図6に示す本発明の6分力計測装置(1)の実施の形態によれば、その基本的構成は下記のとおりである。即ち、計測装置本体(60)が船体の長手方向に沿って船底に、取付台(5)を介して、例えば、ねじ止めにより固定される。6分力計測装置(1)は、前記船体を例えばピッチング加振機構(51)を用いて強制加振した際に、前記船体の回転運動中心(O)を原点とする直交座標系(X,Y,Z)において船体に作用する6分力(X,Y,Z方向に作用する流体力Fx,Fy,Fz、および、X,Y,Z軸周りに作用するモーメントMx,My,Mz)を計測する。   According to the embodiment of the six-component force measuring device (1) of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 6, its basic configuration is as follows. That is, the measuring device body (60) is fixed to the ship bottom along the longitudinal direction of the hull via the mounting base (5), for example, by screwing. The 6-component force measuring device (1), when the hull is forcibly vibrated by using, for example, a pitching vibrating mechanism (51), a rectangular coordinate system (X, 6 component forces acting on the hull in (Y, Z) (fluid forces Fx, Fy, Fz acting in the X, Y, Z directions, and moments Mx, My, Mz acting about the X, Y, Z axes) measure.

前記ピッチング加振機構(51)は、主支柱(52)を支柱連結装置(53)を介して計測装置本体(60)に接続され、加振ロッド連結装置(56)を介して接続した上下加振ロッド(54)を用いてピッチング加振を行う。上下加振ロッド(54)は、例えば、図示しない油圧加振装置により上下の加振力を受ける。   The pitching oscillating mechanism (51) has a main column (52) connected to a measuring device main body (60) via a column connecting device (53), and a vertical oscillating system connected via an oscillating rod connecting device (56). Pitching vibration is performed using the vibration rod (54). The vertical vibrating rod (54) receives vertical vibrating force by, for example, a hydraulic vibrating device (not shown).

図1において、前記6分力計測装置(1)は、前記計測装置本体(60)を前記取付台(5)に対して、各支持台(521,531,541)を介して支持する第1のリンク機構(21)と、第2のリンク機構(31)と、第3のリンク機構(41)とを備える。前記各リンク機構(21)、(31)および(41)の詳細に関しては、後述する。
また、前記第1のリンク機構(21)と計測装置本体(60)との間に3分力検出器(Fy1,Fz1,Mx検出用の検出器)(2)を備え、前記第2のリンク機構(31)と計測装置本体(60)との間に2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)(3)を備え、前記第3のリンク機構(41)と前記支持台(541)との間に1分力検出器(Fx検出用の検出器)(4)を備え、さらに、前記3分力検出器(Fy1,Fz1,Mx検出用の検出器)(2)の検出値と、2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)(3)の検出値と、1分力検出器(Fx検出用の検出器)(4)の検出値とに基づき、前記6分力を前記の演算式により、図示しない演算装置を用いて求める。
In FIG. 1, the 6-component force measuring device (1) first supports the measuring device main body (60) with respect to the mounting base (5) via respective supporting bases (521, 531, 541). The link mechanism (21), the second link mechanism (31), and the third link mechanism (41). Details of the link mechanisms (21), (31) and (41) will be described later.
Further, a three-component force detector (detector for detecting Fy1, Fz1, Mx) (2) is provided between the first link mechanism (21) and the measuring device body (60), and the second link is provided. A two-component force detector (detector for detecting Fy2 and Fz2) (3) is provided between the mechanism (31) and the measuring device body (60), and the third link mechanism (41) and the support base ( 541) and a 1-component force detector (detector for Fx detection) (4), and further detection of the 3-component force detector (detector for Fy1, Fz1, Mx detection) (2). Based on the value, the detected value of the two-component force detector (detector for detecting Fy2, Fz2) (3), and the detected value of the one-component force detector (detector for Fx detection) (4), The 6-component force is calculated by the above-mentioned arithmetic expression using an arithmetic device (not shown).

次に、図2〜5に基づき、本発明の6分力計測装置(1)の実施形態の詳細について述べる。
図2は、図1(b)の左方におけるA部の詳細拡大図である。図2には、第1のリンク機構(21)に接続された3分力検出器(2)とその検出器出力用コネクタ(22)を示す。また、3分力検出器(2)の上方のビームには計測用のストレーンゲージ(S)をイメージ的に示す。
Next, details of the embodiment of the 6-component force measuring device (1) of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a detailed enlarged view of part A on the left side of FIG. FIG. 2 shows the three-component force detector (2) connected to the first link mechanism (21) and the detector output connector (22). Further, a strain gauge (S) for measurement is schematically shown in the beam above the three-component force detector (2).

図2における第1のリンク機構(21)は、前記第2のリンク機構(31)と同様の構成を備え、その詳細は図4に示す。図4は、図1および図3におけるP−P線に沿う拡大断面図である。図4によれば、前記第1のリンク機構(21)および第2のリンク機構(31)は、それぞれ、座標軸Yと平行に設けた一方向リンク(10)と、前記一方向リンクを自由に旋回可能とするベアリング装置(B)と、前記一方向リンク(10)の上方に在って、前記一方向リンクに平行な方向と垂直な方向の二直交方向の軸のまわりに旋回可能とするベアリング装置(B)を有する二方向リンク(11)とを備える。図2において、(12)、(13)はそれぞれ、軸受支持具である。   The first link mechanism (21) in FIG. 2 has the same configuration as the second link mechanism (31), and details thereof are shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along the line P-P in FIGS. 1 and 3. According to FIG. 4, the first link mechanism (21) and the second link mechanism (31) can freely connect the one-way link (10) provided parallel to the coordinate axis Y and the one-way link, respectively. A bearing device (B) that can be swung, and a swivel device that is above the one-way link (10) and can be swiveled about an axis in two orthogonal directions that are perpendicular to the direction parallel to the one-way link. A bidirectional link (11) with a bearing device (B). In FIG. 2, (12) and (13) are bearing supports.

次に、図5について述べる。図5は、図1(b)の中央部におけるC部の詳細一部断面拡大図である。図5によれば、前記第3のリンク機構(41)と前記支持台(541)との間に1分力検出器(F検出用の検出器)(4)を備え、さらに前記第3のリンク機構(41)は、前記計測装置本体(60)内において、回転可能であって、座標軸X方向に延伸し2個の二方向リンクからなるユニバーサルジョイント部(U)を有する軸(15)を設け、前記軸(15)を座標軸X周りに旋回可能とするベアリング装置(B)を備える構成を示す。(14)は、軸受支持具である。また、図5には、1分力検出器出力用コネクタ42を示し、1分力検出器(F検出用の検出器)(4)には、計測用のストレーンゲージ(S)をイメージ的に示す。上記構成によれば、船体の変形に影響されることなく座標軸X方向に働く力の向きが一定となり、Fが精度よく検出できる。 Next, FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a detailed partial cross-sectional enlarged view of the C portion in the central portion of FIG. According to FIG. 5, a 1-component force detector (detector for detecting F x ) (4) is provided between the third link mechanism (41) and the support base (541), and further the third component The link mechanism (41) is rotatable within the measuring device body (60) and has a universal joint (U) extending in the coordinate axis X direction and having two bidirectional links (15). And a bearing device (B) that can rotate the shaft (15) around the coordinate axis X. (14) is a bearing support. Further, FIG. 5 shows the 1-component force detector output connector 42, and the 1-component force detector (detector for F x detection) (4) is conceptually a strain gauge (S) for measurement. Shown in. According to the above configuration, the direction of the force acting in the coordinate axis X direction becomes constant without being affected by the deformation of the hull, and F x can be accurately detected.

ところで、前記F検出用の検出部を、後述するように他の分力検出器(例えば、前記2分力検出器(3))に組み込むことも可能であるが、上記のように、1分力検出器(4)として独立して設ける理由とその特徴について以下に述べる。 By the way, it is possible to incorporate the detection unit for detecting F x into another component force detector (for example, the two component force detector (3)) as described later. The reason why the component force detector (4) is provided independently and its characteristics will be described below.

検出部を他の分力検出部に組み込んだ場合には、そのF検出部にその他の分力の負荷も作用する。従って、他の分力負荷による干渉出力が計測すべきF検出部の出力に混入する。そして、前記干渉出力はF計測に対する誤差の要因となる。 When the F x detection unit is incorporated in another component force detection unit, the load of other component force also acts on the F x detection unit. Therefore, the interference output due to the other component load is mixed with the output of the F x detection unit to be measured. Then, the interference output causes an error with respect to the F x measurement.

他の分力負荷が小さい場合には、干渉成分も小さいので線型補正により補正することが可能であるが、他の分力負荷が大きい場合には、干渉成分も大きくなると共に、非線型成分やヒステリシスが入り込む可能性が生じ、計測性能が悪くなる。最悪の場合、この検出器が破壊する場合もある。   When the other component force load is small, the interference component is also small, so it is possible to correct by linear correction. However, when the other component force load is large, the interference component also becomes large and the nonlinear component and There is a possibility that hysteresis will be introduced, and the measurement performance will deteriorate. In the worst case, this detector may be destroyed.

これに対し、F検出器を分離しておくと、リンク機構を精度良く制作すれば、他の分力負荷の影響を殆ど受けない高精度の検出部となる。 On the other hand, if the F x detector is separated, if the link mechanism is manufactured with high precision, it becomes a highly accurate detection unit that is hardly affected by other component load.

次に、図3について述べる。図3は、図1(b)の右方におけるB部の詳細一部断面拡大図である。図3によれば、前記計測装置本体(60)における前記第2のリンク機構(31)側には、船体が強制加振を受けた際に船体に発生するローリングによって計測誤差が生ずることを抑制するためのローリング影響抑制用リンク機構(30)が設けられ、前記ローリング影響抑制用リンク機構(30)は、座標軸Xを中心として旋回可能な部分回転軸(33)と、前記回転軸(33)を旋回可能とするベアリング装置(B,NB)と、ベアリングを支持するためのスリーブ(34,35)とを備える。Bは、ボールベアリング、NBはニードルベアリングである。また、図3には図2と同様に、第2のリンク機構(31)に接続された2分力検出器(3)とその検出器出力用コネクタ(32)を示し、さらに、2分力検出器(3)の下方のビームには計測用のストレーンゲージ(S)をイメージ的に示す。上記構成によれば、船体にローリングが発生して船体が座標軸Xを中心に捩じられた場合において船体の右側に発生するモーメントMが、3分力検出器(2)のM計測値に影響を及ぼさないようにすることができる。 Next, FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a detailed partial cross-sectional enlarged view of the B portion on the right side of FIG. According to FIG. 3, on the side of the second link mechanism (31) of the measuring device body (60), it is possible to prevent a measurement error from occurring due to rolling that occurs in the hull when the hull is subjected to forced vibration. A rolling influence suppressing link mechanism (30) for controlling the rolling influence suppressing link mechanism (30) is provided, and the rolling effect suppressing link mechanism (30) is rotatable about a coordinate axis X and a partial rotation shaft (33) and the rotation shaft (33). A bearing device (B, NB) that can rotate the bearing and sleeves (34, 35) for supporting the bearing are provided. B is a ball bearing, and NB is a needle bearing. Further, FIG. 3 shows the two-component force detector (3) connected to the second link mechanism (31) and its detector output connector (32), similarly to FIG. In the beam below the detector (3), a strain gauge (S) for measurement is schematically shown. According to the above configuration, when rolling occurs in the hull and the hull is twisted about the coordinate axis X, the moment M x generated on the right side of the hull is the M x measurement value of the three-component force detector (2). Can be prevented from affecting.

次に、本発明に係るリンク機構の作用効果を説明する概念的模式図である図7について述べる。図7には、船底への取付台(5)と、計測装置本体(60)と、3分力検出器(2)と、2分力検出器(3)と、第1のリンク機構(21)相当部と、第2のリンク機構(31)相当部と、一方向リンク(10)と、二方向リンク(11)などを模式的に示す。   Next, FIG. 7 which is a conceptual schematic diagram for explaining the operation effect of the link mechanism according to the present invention will be described. FIG. 7 shows a mounting base (5) on the ship bottom, a measuring device body (60), a three-component force detector (2), a two-component force detector (3), and a first link mechanism (21). ) Corresponding parts, second link mechanism (31) equivalent parts, one-way link (10), two-way link (11) and the like are schematically shown.

図7(a)は加振負荷のない状態を示す図であり、いずれの部材にも、力およびモーメントは発生せず、変形もない。図7(b)は計測装置がリンク機構を備えない場合において、加振負荷(F)作用時の計測装置の変形状態を示す図であり、変形は説明の便宜上誇張して図示している。また、Z方向に作用する力と、Y軸周りに作用するモーメントとを示している。なお、図7(b)では、取付台(5)は変形するが、計測装置本体(60)は変形していない状態を示すが、計測装置本体(60)が変形する場合も同様である。図7(c)は本発明に係り、計測装置がリンク機構を備えた場合において、加振負荷(F)作用時の計測装置の変形状態を示す図であって、図7(b)と同様に、Z方向に作用する力と、Y軸周りに作用するモーメントとを示している。   FIG. 7A is a diagram showing a state in which no vibration load is applied, and neither member nor force is generated and no deformation occurs. FIG. 7B is a diagram showing a deformed state of the measuring device when a vibration load (F) is applied when the measuring device does not include a link mechanism, and the deformation is exaggerated for convenience of explanation. Also, the force acting in the Z direction and the moment acting around the Y axis are shown. Note that, in FIG. 7B, although the mounting base (5) is deformed, the measuring device main body (60) is not deformed, but the same applies when the measuring device main body (60) is deformed. FIG. 7 (c) is a view showing a deformed state of the measuring device when a measuring device is provided with a link mechanism according to the present invention when a vibration load (F) is applied, and is similar to FIG. 7 (b). Shows the force acting in the Z direction and the moment acting around the Y axis.

図7(b)の場合、Fz1≠Fz2≠0、My1≠My2≠0、であり、また、F方向の負荷が生じる。一方、図7(c)の場合には、第1のリンク機構(21)および第2のリンク機構(31)にはモーメントが生じることはなく、引張、圧縮のみが作用する。そして、Fz1´≠Fz2´≠0、My1´=My2´=0、であり、また、F方向の負荷は生じない。 In the case of FIG. 7B, F z1 ≠ F z2 ≠ 0, M y1 ≠ M y2 ≠ 0, and a load in the F x direction occurs. On the other hand, in the case of FIG. 7C, no moment is generated in the first link mechanism (21) and the second link mechanism (31), and only tension and compression act. Then, F z1 '≠ F z2' ≠ 0, M y1 '= M y2' = 0, it is also a load of F x-direction does not occur.

最後に、図10について述べる。図10は、本発明を車輛に適用した場合の実施態様を模式的に説明する図であって、(a)は車輛模型を進行方向と直角に断面して見た模式的断面図、(b)は(a)図において接続板(75)の上方から見た模式的概略上面図、(c)は(b)図を下方から見た模式的概略側面図である。
図10においては、車輛に適用した場合の主要部材のみを模式的に示し、(2a)は第1の3分力検出器、(3a)は第2の3分力検出器、(70)は車輛模型の台車、(71)は車輛模型のボディ、(72)は車輛模型の車輪、(75)は接続板を示す。また、(81)は図示しない第4のリンク機構、(91)は図示しない第5のリンク機構を示すが、それらの中心を、それぞれ、P,Pで示し、第4のリンク機構と第5のリンク機構との間のX軸方向の中心間距離をLで示す。Vは車輛模型のボディに対する横風をイメージ的に示す。
Finally, FIG. 10 will be described. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle, in which (a) is a schematic cross-sectional view of a vehicle model taken at a right angle to the traveling direction, (b) (A) is a schematic schematic top view seen from above the connection plate (75) in (a), and (c) is a schematic schematic side view seen from below in (b).
In FIG. 10, only the main members when applied to a vehicle are schematically shown, (2a) is a first three-component force detector, (3a) is a second three-component force detector, and (70) is A vehicle model dolly, (71) a vehicle model body, (72) a vehicle model wheel, and (75) a connecting plate. Further, although (81) shows a fourth link mechanism not shown and (91) shows a fifth link mechanism not shown, their centers are shown by P 1 and P 2 , respectively, and The distance between the centers of the fifth link mechanism in the X-axis direction is indicated by L. V is an image showing a side wind to the body of the vehicle model.

図10における6分力計測装置は、前述のように、計測装置本体を前記細長模型に対して支持する前記第4のリンク機構(81)と、第5のリンク機構(91)とを備え、ここで、前記各リンク機構は、それぞれ、前記細長模型が強制加振を受けた際に細長模型に生ずる変形に伴って発生する力およびモーメントが、6分力計測用の検出部に伝達されないように、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるものとし、また、前記第4のリンク機構(81)と計測装置本体との間に第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2a)を備え、前記第5のリンク機構(91)と計測装置本体との間に第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器(3a)を備え、さらに、前記第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2a)の検出値と、第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器)(3a)の検出値とに基づき、前記6分力を、前記の演算式により、図示しない演算装置を用いて求める。
なお、図10における6分力計測装置においては、図1において示した、独立設置のF検出用の検出部を、第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器)(3a)に組み込んだ態様で示す。
As described above, the 6-component force measuring device in FIG. 10 includes the fourth link mechanism (81) for supporting the measuring device main body with respect to the elongated model, and the fifth link mechanism (91), Here, in each of the link mechanisms, the force and the moment generated due to the deformation of the elongated model when the elongated model is subjected to the forced vibration are not transmitted to the detection unit for measuring the 6-component force. In addition, a structure in which a universal joint and a bearing are combined is provided, and a first third component force detector (F y1 , F z1 ) is provided between the fourth link mechanism (81) and the measuring device body. A detector for detecting M x ) (2a), and a second three-component force detector (for detecting F x , F y2 , F z2 ) between the fifth link mechanism (91) and the measuring device main body. The detector (3a) of The detection value of the first three-component force detector (F y1 , F z1 , M x detection detector) (2a) and the second three-component force detector (F x , F y2 , F z2 detection Based on the detection value of the detector) (3a), the 6-component force is calculated by the above-mentioned arithmetic expression using an arithmetic unit (not shown).
In addition, in the 6-component force measuring device in FIG. 10, the detection unit for independently detecting F x shown in FIG. 1 is used as a second 3-component force detector (for detecting F x , F y2 , and F z2) . (Detector) (3a).

上記のように本願発明によれば、流体力または強制加振力を受けた際に船体または車輛などの細長模型に生ずる変形が多分力検出器の検出部に作用しないようにして力学的に静定な状態としたので、測定すべき本来の力およびモーメントに誤差をもたらす従来の問題点を解消し、測定精度の向上を図ることことができる。   As described above, according to the present invention, deformation caused in a slender model such as a hull or a vehicle when subjected to a fluid force or a forced vibration force may not act on the detection portion of the force detector, and may be mechanically static. Since the state is constant, it is possible to solve the conventional problem that causes an error in the original force and moment to be measured, and improve the measurement accuracy.

1:6分力計測装置、2:3分力検出器、2a:第1の3分力検出器、3:2分力検出器、3a:第2の3分力検出器、4:1分力検出器、5:船底への取付台、10:一方向リンク、11:二方向リンク、21:第1のリンク機構、30:ローリング影響抑制用リンク機構、31:第2のリンク機構、41:第3のリンク機構、22,32,42:検出器出力用コネクタ、33:部分回転軸、34,35:スリーブ、51:ピッチング加振機構、52:主支柱、53:支柱連結装置、54:上下加振ロッド、56:加振ロッド連結装置、60:計測装置本体、70:台車、71:ボディ、72:車輪、75:接続板、81:第4のリンク機構、91:第5のリンク機構、521,531,541:第1,第2,第3のリンク機構の支持台、B:ベアリング、L:第1のリンク機構と第2のリンク機構との間のX軸方向の中心間距離、または、第4のリンク機構と第5のリンク機構との間のX軸方向の中心間距離、NB:ニードルベアリング、S:ストレンゲージ、U:ユニバーサルジョイント部。   1: 6 component force measuring device, 2: 3 component force detector, 2a: first 3 component force detector, 3: 2 component force detector, 3a: second 3 component force detector, 4: 1 minute Force detector, 5: Mounting base on ship bottom, 10: One-way link, 11: Two-way link, 21: First link mechanism, 30: Rolling influence suppressing link mechanism, 31: Second link mechanism, 41 : Third Link Mechanism, 22, 32, 42: Detector Output Connector, 33: Partial Rotating Shaft, 34, 35: Sleeve, 51: Pitching Vibration Mechanism, 52: Main Post, 53: Post Connecting Device, 54 : Vertical vibration rod, 56: Vibration rod connecting device, 60: Measuring device main body, 70: Bogie, 71: Body, 72: Wheels, 75: Connection plate, 81: Fourth link mechanism, 91: Fifth Link mechanism, 521, 531, 541: support bases for the first, second, and third link mechanisms, : Bearing, L: center distance in the X-axis direction between the first link mechanism and the second link mechanism, or center in the X-axis direction between the fourth link mechanism and the fifth link mechanism Distance, NB: Needle bearing, S: Strain gauge, U: Universal joint part.

Claims (7)

水槽試験または風洞試験用の細長模型に、計測装置本体を固定し、流体を通流した際に、または、流体通流下において前記細長模型を加振機構を用いて強制加振した際に、前記細長模型の回転運動中心を原点とする直交座標系(X,Y,Z)において細長模型に作用する6分力(X,Y,Z方向に作用する流体力F,F,F、および、X,Y,Z軸周りに作用するモーメントM,M,M)を計測する、細長模型に作用する流体力計測のための6分力計測装置において、
前記6分力計測装置は、前記計測装置本体を前記細長模型に対して支持する第1のリンク機構(21)と、第2のリンク機構(31)と、第3のリンク機構(41)とを備え、ここで、前記各リンク機構は、それぞれ、前記細長模型が流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形に伴って発生する力およびモーメントが、6分力計測用の検出部に伝達されないように、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるものとし、また、前記第1のリンク機構(21)と計測装置本体(60)との間に3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2)を備え、前記第2のリンク機構(31)と計測装置本体(60)との間に2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)(3)を備え、前記第3のリンク機構(41)と前記細長模型との間に1分力検出器(F検出用の検出器)(4)を備え、さらに、前記3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2)の検出値と、2分力検出器(Fy2,Fz2検出用の検出器)(3)の検出値と、1分力検出器(F検出用の検出器)(4)の検出値とに基づき、前記6分力を、下記により演算して求める演算装置を備えることを特徴とする6分力計測装置、但し、Lは第1のリンク機構(21)と第2のリンク機構(31)との間のX軸方向の中心間距離。
=F, F=Fy1+Fy2, F=Fz1+Fz2
=M, M=(Fz1−Fz2)×(L/2), M=(Fy2−Fy1)×(L/2)
In a slender model for a water tank test or a wind tunnel test, the measuring device main body is fixed, and when a fluid is allowed to flow, or when the slender model is forcedly excited by using a vibrating mechanism under flowing fluid, In the Cartesian coordinate system (X, Y, Z) with the center of rotation of the slender model as the origin, the six-component force acting on the slender model (fluid forces F x , F y , F z acting in the X, Y, Z directions, and, X, Y, moment M x acting about the Z axis, M y, measures the M z), the 6-component measuring device for a fluid force measurement acting on the elongated model,
The 6-component force measuring device includes a first link mechanism (21) that supports the measuring device body with respect to the elongated model, a second link mechanism (31), and a third link mechanism (41). Wherein each of the link mechanisms has a force and a moment generated by deformation of the slender model when the slender model is subjected to a fluid force or a forced excitation force, for measuring 6-component force. A universal joint and a bearing are combined so as not to be transmitted to the detection section of the measurement device, and a three-component force detector is provided between the first link mechanism (21) and the measuring device body (60). (F y1 , F z1 , M x detection detectors) (2), and a two-component force detector (F y2 , F y2 , between the second link mechanism (31) and the measuring device body (60). F z2 detector for detection) with a (3), Comprising a serial 1 component force detector between the elongate Model third link mechanism and (41) (F x detection of the detector) (4), further, the 3 component force detector (F y1, F z1 , M x detection detector) (2) detection value, 2 component force detector (F y2 , F z2 detection detector) (3) detection value, 1 component force detector (F A detector for x detection) (4), and a 6-component force measuring device characterized by comprising a computing device for computing the 6-component force by the following, where L is the first The center-to-center distance in the X-axis direction between the link mechanism (21) and the second link mechanism (31).
F x = F x , F y = F y1 + F y2 , F z = F z1 + F z2
M x = M x, M y = (F z1 -F z2) × (L / 2), M z = (F y2 -F y1) × (L / 2)
請求項1に記載の装置において、前記第1のリンク機構(21)および第2のリンク機構(31)は、それぞれ、座標軸Yと平行に設けた一方向リンク(10)と、前記一方向リンクを自由に旋回可能とするベアリング装置(B)と、前記一方向リンク(10)の上方に在って、前記一方向リンクに平行な方向と垂直な方向の二直交方向の軸のまわりに旋回可能とするベアリング装置(B)を有する二方向リンクとを備えることを特徴とする装置。   The device according to claim 1, wherein the first link mechanism (21) and the second link mechanism (31) are respectively a unidirectional link (10) provided parallel to the coordinate axis Y and the unidirectional link. And a bearing device (B) that can freely rotate, and swivel about an axis of two orthogonal directions that is above the one-way link (10) and is perpendicular to a direction parallel to the one-way link. A two-way link having a bearing device (B) that enables the device. 請求項1または2に記載の装置において、前記第3のリンク機構(41)は、前記計測装置本体(60)内において、回転可能であって、座標軸X方向に延伸し2個の二方向リンクからなるユニバーサルジョイント部(U)を有する軸(15)を設け、前記軸(15)を座標軸X周りに旋回可能とするベアリング装置(B)を備えることを特徴とする装置。 The device according to claim 1 or 2 , wherein the third link mechanism (41) is rotatable in the measuring device body (60) and extends in the coordinate axis X direction to form two bidirectional links. An apparatus comprising a shaft (15) having a universal joint part (U) and comprising a bearing device (B) capable of rotating the shaft (15) around a coordinate axis X. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装置において、前記計測装置本体(60)における前記第2のリンク機構(31)側には、細長模型が強制加振を受けた際に細長模型に発生するローリングによって計測誤差が生ずることを抑制するためのローリング影響抑制用リンク機構(30)が設けられ、前記ローリング影響抑制用リンク機構(30)は、座標軸Xを中心として旋回可能な部分回転軸(33)と、前記回転軸(33)を旋回可能とするベアリング装置(B,NB)と、ベアリングを支持するためのスリーブ(34,35)とを備えることを特徴とする装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the elongated model is provided on the side of the second link mechanism (31) of the measuring device body (60) when the elongated model is subjected to forced vibration. A rolling influence suppressing link mechanism (30) is provided for suppressing the occurrence of a measurement error due to rolling that occurs in the roller. The rolling effect suppressing link mechanism (30) is capable of turning about a coordinate axis X as a partial rotation. A device comprising a shaft (33), a bearing device (B, NB) capable of rotating the rotating shaft (33), and a sleeve (34, 35) for supporting the bearing. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の装置において、前記細長模型は、船体用の細長模型であることを特徴とする装置。   The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the elongated model is an elongated model for a hull. 水槽試験または風洞試験用の細長模型に、計測装置本体を固定し、流体を通流した際に、または、流体通流下において前記細長模型を加振機構を用いて強制加振した際に、前記細長模型の回転運動中心を原点とする直交座標系(X,Y,Z)において細長模型に作用する6分力(X,Y,Z方向に作用する流体力F,F,F、および、X,Y,Z軸周りに作用するモーメントM,M,M)を計測する、細長模型に作用する流体力計測のための6分力計測装置において、
前記6分力計測装置は、前記計測装置本体を前記細長模型に対して支持する第4のリンク機構(81)と、第5のリンク機構(91)とを備え、ここで、前記各リンク機構は、それぞれ、前記細長模型が流体力または強制加振力を受けた際に細長模型に生ずる変形に伴って発生する力およびモーメントが、6分力計測用の検出部に伝達されないように、ユニバーサルジョイントとベアリングとを組み合わせた構成を備えるものとし、また、前記第4のリンク機構(81)と計測装置本体との間に第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2a)を備え、前記第5のリンク機構(91)と計測装置本体との間に第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器(3a)を備え、さらに、前記第1の3分力検出器(Fy1,Fz1,M検出用の検出器)(2a)の検出値と、第2の3分力検出器(F,Fy2,Fz2検出用の検出器)(3a)の検出値とに基づき、前記6分力を、下記により演算して求める演算装置を備えることを特徴とする6分力計測装置、但し、Lは第4のリンク機構(81)と第5のリンク機構(91)との間のX軸方向の中心間距離。
=F, F=Fy1+Fy2, F=Fz1+Fz2
=M, M=(Fz1−Fz2)×(L/2), M=(Fy2−Fy1)×(L/2)
In a slender model for a water tank test or a wind tunnel test, the measuring device main body is fixed, and when a fluid is allowed to flow, or when the slender model is forcedly excited by using a vibrating mechanism under flowing fluid, In the Cartesian coordinate system (X, Y, Z) with the center of rotation of the slender model as the origin, the six-component force acting on the slender model (fluid forces F x , F y , F z acting in the X, Y, Z directions, and, X, Y, moment M x acting about the Z axis, M y, measures the M z), the 6-component measuring device for a fluid force measurement acting on the elongated model,
The 6-component force measuring device includes a fourth link mechanism (81) and a fifth link mechanism (91) for supporting the measuring device main body with respect to the elongated model, where each of the link mechanisms is included. In order to prevent the force and the moment generated by the deformation of the slender model when the slender model is subjected to the fluid force or the forced excitation force from being transmitted to the detection unit for measuring the 6-component force, respectively. A structure in which a joint and a bearing are combined is provided, and a first three-component force detector (F y1 , F z1 , M x detection is provided between the fourth link mechanism (81) and the measuring device body. detector) equipped with a (2a) of use, the fifth link mechanism (91) and the second three component force detector between the measuring unit (F x, F y2, F z2 detector for detecting (3a), further comprising the first three-component force The detection value of the detector (detector for detecting F y1 , F z1 , M x ) (2a) and the second three-component force detector (detector for detecting F x , F y2 , F z2 ) (3a ), The 6-component force measuring device is provided with a computing device for computing the 6-component force by the following, where L is the fourth link mechanism (81) and the fifth component. The center-to-center distance in the X-axis direction with the link mechanism (91).
F x = F x , F y = F y1 + F y2 , F z = F z1 + F z2
M x = M x, M y = (F z1 -F z2) × (L / 2), M z = (F y2 -F y1) × (L / 2)
請求項6に記載の装置において、前記細長模型は、車輛用の細長模型であることを特徴とする装置。   The apparatus according to claim 6, wherein the elongated model is an elongated model for vehicles.
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