RU2082082C1 - Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles - Google Patents
Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082082C1 RU2082082C1 RU94032644A RU94032644A RU2082082C1 RU 2082082 C1 RU2082082 C1 RU 2082082C1 RU 94032644 A RU94032644 A RU 94032644A RU 94032644 A RU94032644 A RU 94032644A RU 2082082 C1 RU2082082 C1 RU 2082082C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measurement
- restoring member
- range
- deformations
- elastic element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций гибких оболочек конструкций летательных аппаратов. Область применения авиастроение, судостроение, машиностроение и др. The invention relates to measuring technique, in particular to means for measuring the deformation of flexible shells of aircraft structures. Scope aircraft manufacturing, shipbuilding, mechanical engineering, etc.
Одной из важных задач, от решения которой в значительной мере зависит дальнейшее развитие летательных аппаратов с гибкими оболочками: воздушные шары, дирижабли, средства спасения в воздухе и на воде парашюты, надувные лодки, большие строительные сооружения типа надувных многослойных аппаратов и др. является создание средств деформаций этих конструкций при их испытаниях на прочность в лабораторных условиях до разрушения или контроле отклонений их форм при эксплуатации. Наиболее сложной из этих задач является обеспечение измерений деформаций гибких оболочек воздушных шаров с подогревом воздуха газовыми горелками. Для изготовления таких оболочек применяются материалы на основе лавсана или капрона с акрилосиликоновой и другими пропитками, удлинение которых соответственно достигает при эксплуатации δ
К измерительным устройствам такого типа предъявляются специфические и довольно жесткие требования по диапазону измерения деформаций, температурному диапазону, разбросу сопротивления в партии, погрешности измерения, собственной ползучести, температурной компенсации сопротивления, воспроизводимости характеристик и др. Анализ показал, что известные тензорезисторы и измерительные устройства указанным требованиям не отвечают, поэтому создание и внедрение предлагаемого устройства является актуальной задачей и найдет широкое применение при испытаниях мягких оболочек конструкций летательных аппаратов. Specific and rather stringent requirements are imposed on measuring devices of this type in terms of the strain measurement range, temperature range, variation in resistance in a batch, measurement error, self-creep, temperature compensation of resistance, reproducibility of characteristics, etc. Analysis showed that known strain gages and measuring devices indicate the indicated requirements do not answer, therefore, the creation and implementation of the proposed device is an urgent task and will be widely applied ie when testing soft shells aircraft structures.
Известны наклеиваемые термостойкие тензорезисторы, содержащие диэлектрическую подложку, чувствительную решетку и выводные провода [1]
Недостатком известных термостойких тензорезисторов являются: ограниченный диапазон измерения деформаций до ± 2000 • 10-6 отн. ед. отсутствие схемной компенсации температурного приращения сопротивления, наличие значительных погрешностей измерения при электромагнитных помехах, применение косвенного метода градуировки для определения чувствительности градуируется выборка из партии тензорезисторов и по ней присваиваются характеристики всей партии и др.Known glued heat-resistant strain gauges containing a dielectric substrate, a sensitive lattice and output wires [1]
A disadvantage of the known heat-resistant strain gages are: a limited range of strain measurements up to ± 2000 • 10 -6 Rel. units the absence of circuit compensation for the temperature increment of resistance, the presence of significant measurement errors during electromagnetic interference, the use of an indirect calibration method to determine the sensitivity, a sample from a batch of strain gages is graduated and the characteristics of the entire batch are assigned, etc.
Известен высокотемпературный тензорезистор типа НМТ-450, принятый за прототип для измерения деформаций конструкций в диапазоне температур 20-450oC [2]
Основа упругий элемент тензорезистора выполнен в виде плоской пластины из стальной фольги, прикрепляемый к конструкции в зоне измерения точечной сваркой. На внешней поверхности основы корпуса до монтажа устройства на конструкцию наклеивается одна чувствительная решетка, которая затем обмазывается цементом и подвергается тепловой обработке.Known high temperature strain gauge type NMT-450, adopted as a prototype for measuring structural deformations in the temperature range of 20-450 o C [2]
The basis of the elastic element of the strain gage is made in the form of a flat plate of steel foil, attached to the structure in the zone of measurement by spot welding. On the external surface of the housing base, before mounting the device, one sensitive grating is glued to the structure, which is then coated with cement and heat treated.
Недостатками устройства являются: ограниченный диапазон измерения деформаций до ±2000•10-6 отн. ед. большое значение температурного приращения сопротивления, величина температурной характеристики при 450oC достигает 14000•10-6 отн. ед. большая собственная жесткость устройства на растяжение сжатие, большое значение погрешностей измерения при воздействии электромагнитных помех.The disadvantages of the device are: a limited range of strain measurements up to ± 2000 • 10 -6 rel. units a large value of the temperature increment of the resistance, the value of the temperature characteristic at 450 o C reaches 14000 • 10 -6 Rel. units high intrinsic rigidity of the tensile compression device; great importance of measurement errors under the influence of electromagnetic interference.
Задача изобретения состоит в том, чтобы увеличить диапазон измерения деформаций в рабочем диапазоне температур гибких оболочек конструкций летательных аппаратов, повысить точность измерения деформаций, обеспечить возможность измерения деформаций при нестационарных тепловых режимах, сократить эксплуатационные расходы на подготовку и проведение испытаний и измерений. The objective of the invention is to increase the range of strain measurements in the operating temperature range of flexible shells of aircraft structures, increase the accuracy of strain measurements, provide the ability to measure strains under unsteady thermal conditions, reduce operating costs for the preparation and conduct of tests and measurements.
Технический результат достигается широким диапазоном измеряемых деформаций, высокой точностью и надежностью измерений в рабочем диапазоне температур летательного аппарата. The technical result is achieved by a wide range of measured strains, high accuracy and reliability of measurements in the operating temperature range of the aircraft.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве плоская металлическая основа, являющаяся одновременно упругим элементом, и одна чувствительная решетка термостойкого тензорезистора заменены на основу из неметаллического пластичного материала, снабженного тонкостенным кольцевым упругим элементом малой жесткостью на растяжение с легкоотъемными от испытываемой конструкции узлами крепления, в котором стенка упругого элемента с наклеенными на ней 2-4 термостойкими тензорезисторами ориентирована перпендикулярно поверхности корпуса устройства и испытываемой конструкции, а узлы крепления оснащены гибким защитным ограничителем хода упругого элемента. The technical result is achieved by the fact that in the known device a flat metal base, which is simultaneously an elastic element, and one sensitive lattice of a heat-resistant strain gauge are replaced by a base of non-metallic plastic material equipped with a thin-walled ring elastic element with low tensile strength with fastening assemblies easily removable from the tested structure, in where the wall of the elastic element with 2-4 heat-resistant strain gauges glued on it is oriented perpendicularly to xnosti of the device body and the tested design, and the attachment points are equipped with a flexible protective limiter of the course of the elastic element.
На фиг. 1 и 2 представлена конструкция измерительного устройства; на фиг. 3 представлена электрическая схема устройства и подключения его к многоканальной измерительной системе; на фиг. 4 приведена градуировочная характеристика устройства при работе с измерительной системой СИИТ-3. In FIG. 1 and 2 show the design of the measuring device; in FIG. 3 shows an electrical diagram of a device and its connection to a multi-channel measuring system; in FIG. 4 shows the calibration characteristic of the device when working with the SIIT-3 measuring system.
Устройство состоит из корпуса 1, тонкостенного кольцевого упругого элемента 2 и узлов крепления 3. На поверхности упругого элемента 2 установлены два или четыре термостойких тензорезисторов 4, соединенные провода которых подключены к монтажной колодочке 5. В отверстиях узлов крепления 3 установлен гибкий ограничитель хода 6 упругого элемента 2. Устройство прикрепляют к исследуемой гибкой оболочке конструкции 8 при помощи легкоотъемной накладки 7, узлов крепления или при помощи клея. На корпусе и упругом элементе установлены датчики температуры термодатчики 9. The device consists of a
Корпус изготовлен из эластичного материала, например из капрона или лавсана с акрилосиликатной пропиткой, служит для задания устройству базы измерения Б. При этом собственная жесткость корпуса должна подбираться с таким расчетом, чтобы дополнительная погрешность от ее взаимодействия с оболочкой конструкции не превышала половины основной погрешности измерения деформаций. В качестве клея для монтажа устройства применяется клей холодного отверждения, например клей ПИР-2. The case is made of an elastic material, for example, from kapron or lavsan with acrylosilicate impregnation, serves to set the base of measurement B. The body stiffness should be selected so that the additional error from its interaction with the shell does not exceed half of the basic error in the measurement of deformations . As glue for mounting the device, cold curing glue is used, for example, PIR-2 glue.
Упругий элемент изготавливается в виде цилиндрического кольца малой жесткости на растяжение сжатие из инструментальной стали. Стенка упругого элемента установлена перпендикулярно к поверхности корпуса устройства и исследуемой конструкции с целью уменьшения погрешностей, возникающих от изгибных деформаций. The elastic element is made in the form of a cylindrical ring of low tensile stiffness compression made of tool steel. The wall of the elastic element is installed perpendicular to the surface of the device body and the structure under study in order to reduce errors arising from bending deformations.
Тензорезисторы наклеивают на поверхности упругого элемента в растягиваемых и сжимаемых зонах, подключают по схеме измерительного полумоста или моста, что обеспечивает увеличение выходного сигнала соответственно в 2 или 4 раза, температурную компенсацию, снижение погрешностей измерения за счет электромагнитных помех и др. Strain gages are glued on the surface of the elastic element in stretched and compressible zones, connected according to the scheme of the measuring half-bridge or bridge, which provides an increase in the output signal by 2 or 4 times, respectively, temperature compensation, reduction of measurement errors due to electromagnetic interference, etc.
Ограничитель хода 6 изготавливают из капроновой лески или стального тросика с упорами на концах. The
Ограничитель хода 6 укреплен в отверстиях узлов крепления. Длина ограничителя хода определяется в зависимости от базы измерения и регламентируемого диапазона ее изменения. The
В качестве термодатчика в устройстве используются малоинерционные термопары, состоящие из термоэлектродов хромель и алюмель диаметром 0,05 мм, наклеиваемых на диэлектрическую подложку. The low-inertia thermocouples consisting of chromel and alumel thermoelectrics with a diameter of 0.05 mm glued on a dielectric substrate are used as a temperature sensor in the device.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом. The present invention works as follows.
Устройство укрепляют на поверхности конструкции в исследуемой зоне накладками узлов крепления или клеем холодного отверждения и подключают к измерительной аппаратуре. The device is strengthened on the surface of the structure in the studied area by overlays of attachment points or cold-cured adhesive and is connected to measuring equipment.
При испытаниях или подготовке к полету летательного аппарата гибкая оболочка заполняется газом под давлением или нагреваемым газовыми горелками воздухом, материал конструкции растягивается, что приводит к изменению базы измерения устройства "Б" см. фиг. 1. При изменении базы измерения расстояния между узлами крепления деформируется упругий элемент 2, что деформирует чувствительную решетку тензорезисторов 4, наклеенных на поверхность упругого элемента. При этом изменяется начальное сопротивление R плеча измерительного моста, например сопротивление тензорезисторов R1 и R3 увеличивается на величину ΔR1 и ΔR3 а тензорезисторов R2 и R4 - уменьшается на величину соответственно ΔR2 и ΔR4 что приводит к возникновению в измерительной диагонали моста электрического сигнала ΔU, пропорционального величине деформации поверхности конструкции, который регистрируется аппаратурой 10 и обрабатывается вычислительным устройством 11 с учетом градуировочной характеристики, предварительно полученной при помощи градуировочного приспособления до проведения испытаний A=Φ[ε] или A=Φ(f)
A0-i выходной сигнал измерительной аппаратуры при заданных величинах деформации εo-i или заданных величинах перемещений f0-i.When testing or preparing for the flight of an aircraft, the flexible shell is filled with gas under pressure or with air heated by gas burners, the construction material is stretched, which leads to a change in the measurement base of device “B”, see FIG. 1. When the measurement base of the distance between the attachment points changes, the
A 0-i the output signal of the measuring equipment at specified values of deformation ε oi or given values of displacements f 0-i .
В случае, если при испытаниях величина деформации конструкции в заданной зоне превысит предельно допустимый для данного типоразмера измерительного устройства диапазон, что соответствует установленной при изготовлении устройства длине тяги ограничителя хода 6, упорные концевые опоры ограничителя упрутся в стенки узлов крепления 3 упругих элементов, ограничат дальнейшее деформирование упругого элемента и тензорезисторов. If during testing the magnitude of the deformation of the structure in a given zone exceeds the maximum permissible range for a given size of the measuring device, which corresponds to the length of the
Величина выходного сигнала ΔU измерительного моста при четырех рабочих тензорезисторах равна:
где U напряжение питания измерительного моста;
R номинальное сопротивление каждого плеча тензорезистора измерительного моста;
ΔR приращение сопротивления при деформировании тензорезистора;
при R1=R2=R3=R4=R и ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR
т.е. выходной сигнал увеличивается в 4 раза по сравнению с одним рабочим тензорезистором.The value of the output signal ΔU of the measuring bridge with four working strain gages is equal to:
where U is the supply voltage of the measuring bridge;
R is the nominal resistance of each arm of the strain gauge of the measuring bridge;
ΔR resistance increment during strain gauge deformation;
when R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R and ΔR 1 = ΔR 2 = ΔR 3 = ΔR 4 = ΔR
those. the output signal is increased 4 times in comparison with one working strain gauge.
Формулу 1 можно представить в виде:
S чувствительность тензорезистора;
ε средняя деформация чувствительной решетки тензорезистора;
l2-l1 Б база измерения тензорезистора;
eуi деформация поверхности упругого элемента;
δ толщина упругого элемента;
dn толщина диэлектрической основы тензорезистора;
dп диаметр проволоки чувствительной решетки.
S sensitivity of the strain gauge;
ε average strain of the sensitive grating of the strain gauge;
l 2 -l 1 B base of the strain gauge measurement;
e уi deformation of the surface of the elastic element;
δ thickness of the elastic element;
d n the thickness of the dielectric base of the strain gauge;
d p wire diameter of the sensitive array.
Определение деформации упругого элемента εу производится по нелинейной теории изгиба стержней при больших перемещениях. Определение градуировочной характеристики зависимость выходного сигнала аппаратура А от задаваемой величины деформации ε или перемещения fA=Φ(ε) или A=Φ(f) устройства совместно с аппаратурой производится на градуировочной тензометрической установке или оптическом измерительном микроскопе.The deformation of the elastic element ε y is determined by the nonlinear theory of bending of rods at large displacements. The calibration characteristic is determined by the dependence of the output signal of equipment A on the specified strain value ε or displacement fA = Φ (ε) or A = Φ (f) of the device together with the equipment using a calibration strain gauge installation or an optical measuring microscope.
В качестве примера на фиг. 3 приведена зависимость A=Φ(f) для макетных образцов устройств с базами измерения Б, равными 15 и 20 мм для упругих элементов с двумя рабочими тензорезисторами, включенными по схеме измерительного полумоста и подключенными к системе СИИТ-3. As an example in FIG. Figure 3 shows the dependence A = Φ (f) for prototype devices with measurement bases B equal to 15 and 20 mm for elastic elements with two working strain gauges connected according to the measuring half-bridge circuit and connected to the SIIT-3 system.
Применение устройства обеспечивает возможность измерения деформации мягких оболочек и конструкций в диапазоне эксплуатационных температур, расширяют диапазон измерения деформаций в 50-100 раз, увеличивает точность измерений и сокращает в 1,5-2 раза эксплуатационные расходы на подготовку и проведение измерений при испытаниях конструкций. The use of the device provides the ability to measure the deformation of soft shells and structures in the range of operating temperatures, expand the range of measurement of deformations by 50-100 times, increases the accuracy of measurements and reduces 1.5-2 times the operating costs of preparing and conducting measurements during structural testing.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94032644A RU2082082C1 (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94032644A RU2082082C1 (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94032644A RU94032644A (en) | 1996-07-27 |
RU2082082C1 true RU2082082C1 (en) | 1997-06-20 |
Family
ID=20160278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94032644A RU2082082C1 (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2082082C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681431C1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Relative deformations and temperature measuring device |
-
1994
- 1994-09-08 RU RU94032644A patent/RU2082082C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Баранов А.Н. и др. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, с. 273 - 303. 2. Серьезнов А.Н. Измерения при испытаниях авиационных конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1976, с. 75 - 76. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681431C1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Relative deformations and temperature measuring device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94032644A (en) | 1996-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Murray et al. | The bonded electrical resistance strain gage: an introduction | |
US8525979B2 (en) | Monitoring device for detecting stress strain and method for using same | |
US3327270A (en) | Semi-conductor sensing assembly | |
CA2380372A1 (en) | A method and apparatus for measuring forces in the presence of external pressure | |
US3914991A (en) | Strain gage mounting assembly | |
RU2082082C1 (en) | Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles | |
US20170363487A1 (en) | Structure for strain detection | |
Saha et al. | A temperature compensated non-contact pressure transducer using Hall sensor and Bourdon tube | |
Qandil et al. | Considerations in the design and manufacturing of a load cell for measuring dynamic compressive loads | |
US3742757A (en) | Cell for measuring stresses in prestressed concrete | |
US2592223A (en) | Strain responsive gauge | |
Elbestawi | Force measurement | |
US2477026A (en) | Electric fluid pressure gauge | |
JP3784073B2 (en) | Apparatus for measuring shear in the core of a sandwich structure | |
RU2110766C1 (en) | Meter measuring deformations at increased temperatures | |
JPS58139048A (en) | Measuring method for displacement in testing of very low temperature material | |
SU1536196A1 (en) | Piezooptical meter of object deformations | |
Sobieszek et al. | Landing gear dynamic tests with strain gages | |
Pontius et al. | Inherent problems in force measurement: Some results in the study of force sensor-machine interaction, hysteresis, thermoelastic effect and creep are discussed | |
US20050145044A1 (en) | Six degrees of freedom mirrored cantilever extensometer | |
Walters et al. | An extensometer for creep-fatigue testing at elevated temperatures and low strain ranges (±0.2 per cent< δ∊< 1.0 per cent) | |
SU825945A1 (en) | Device for measuring strain in solid rock | |
RU2269103C1 (en) | Dynamometric device for strength test of aircrafts | |
Birks et al. | Design and development of Manganin and other wire sensors together with a resistance strain gauge transducer for use at pressures up to 200000 lbf/in2 (1.38 GN/m2) | |
SU1682823A1 (en) | Temperature transducer |