RU2312318C2

RU2312318C2 - Device for measuring force

Info

Publication number: RU2312318C2
Application number: RU2005102847/28A
Authority: RU
Inventors: нов Геннадий Васильевич Уль (RU); Геннадий Васильевич Ульянов
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2007-12-10
Also published as: RU2005102847A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: device comprises four parallel tubes that lie in a single plane in pair. The outer end sections of the pipes are connected with the rigid joining members. The inner end section of the first coaxial pipe pair is secured to the base, and the second one is secured to the plate. The same member made of four tubes is mounted to be perpendicular to the plane of the first member. The inner sections of the second pair of the coaxial pipes are secured to the frame suspended on the conical support whose top is in coincidence with the point of intersection of the axes of plate tubes. The tubes and passages made in the base, rigid joining members, plate, and frame are the members for supplying heat-transfer agent to the object to be tested that is mounted coaxially to the device on the frame.

EFFECT: enhanced precision.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения боковых составляющих силы, возникающих, в частности, при работе жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ) в стендовых условиях.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used to measure the lateral components of the force arising, in particular, when the liquid propellant small thrust engine (LRE) in bench conditions.

Известно устройство для измерения крутящего момента, представляющее собой закрепленную трубу, свободный конец которой воспринимает крутящий момент, а на тонкостенной центральной части наклеены датчики, измеряющие деформацию [1]. С помощью такого устройства можно измерять момент силы и силу, но нельзя определить боковые составляющие силы.A device for measuring torque is known, which is a fixed pipe, the free end of which senses torque, and strain gauges are glued on the thin-walled central part [1]. With the help of such a device, it is possible to measure the moment of force and force, but it is not possible to determine the lateral components of the force.

Известно устройство для измерения силы, состоящее из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними: одна соосная пара труб - в основании, а вторая - в площадке, воспринимающей измеряемое усилие [2].A device for measuring the force is known, consisting of four pipes lying in the same plane, fixed in pairs coaxially and parallel to the external end sections in the rigid connecting elements, and internal: one coaxial pair of pipes is at the base, and the second is in the area receiving the measured force [ 2].

Это устройство позволяет измерять силы, действующие по оси устройства, но не позволяет измерять силы и их направление, действующие в плоскости, перпендикулярной оси устройства.This device allows you to measure the forces acting along the axis of the device, but does not allow you to measure the forces and their direction, acting in a plane perpendicular to the axis of the device.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, расширение возможностей измерения составляющих силы и повышение точности измерения.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages, expanding the ability to measure the components of the force and improving the accuracy of the measurement.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения силы, состоящем из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними: одна соосная пара труб - в основании, а вторая - в площадке, воспринимающей усилие, дополнительно согласно изобретению в площадке, в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения труб, установлена симметрично вторая пара труб так, что оси первой и второй пары труб пересекаются, а внешние концевые участки их закреплены в жестких соединительных элементах, в которых также закреплены концевые участки другой пары труб, параллельной первой и лежащей в плоскости оси устройства, а внутренние их участки закреплены в раме, вывешенной на конической опоре, вершина которой совпадает с точкой пересечения осей труб площадки, а трубы и каналы, выполненные в основании, жестких соединительных элементах, площадке и раме, являются магистралями подачи энергоносителя к испытываемому объекту, закрепленному на раме, воспринимающей измеряемое усилие.This goal is achieved by the fact that in the known device for measuring the force, consisting of four pipes lying in the same plane, fixed in pairs coaxially and parallel to the outer end sections in the rigid connecting elements, and internal: one coaxial pair of pipes in the base, and the second in the site receiving the force, additionally according to the invention, in the site, in the plane perpendicular to the plane of the pipe arrangement, the second pair of pipes is installed symmetrically so that the axes of the first and second pairs of pipes intersect, and their external end sections are fixed in rigid connecting elements, in which the end sections of another pair of pipes parallel to the first and lying in the plane of the device axis are also fixed, and their internal sections are fixed in a frame hung on a conical support, the top of which coincides with the intersection point of the pipe axes sites, and pipes and channels made in the base, rigid connecting elements, site and frame, are the energy supply lines to the test object, mounted on a frame that accepts expandable and effort.

Предлагаемое устройство для измерения силы представлено на чертежах.The proposed device for measuring force is presented in the drawings.

На фиг.1 показан общий вид устройства, ортогональная проекция.Figure 1 shows a General view of the device, orthogonal projection.

На фиг.2 показан вид сбоку.Figure 2 shows a side view.

На фиг.3 показано сечение А-А по площадке.Figure 3 shows a section aa along the site.

Устройство для измерения силы (фиг.1, 2, 3) состоит из основания 1 с установленными в нем трубопроводами 2 подачи энергоносителя, например горючего и окислителя для ЖРДМТ, и каналами 3, сообщенными с трубами 4, которые закреплены в жестких соединительных элементах 5 с каналами 6. Вторая пара труб 7 соединяет жесткие соединительные элементы 5 и площадку 8. В площадке 8 от мест крепления труб 7 до мест крепления труб 9 выполнены каналы 10 (фиг.3). Трубы 9 через каналы 6 в жестких соединительных элементах 5 сообщены с трубами 11, установленными внутренними концевыми участками в раме 12, воспринимающей усилие от работающего двигателя 13 (ЖРДМТ). Рама 12 вывешена на конической опоре 14 с вершиной 15, установленной на кронштейне 16. Каналы 17 в раме 12 через трубопроводы 18 соединяют магистрали подачи энергоносителя с двигателем 13. Отклонение рамы от нормального положения при работающем двигателе фиксируют датчики 19. Вершина 15 конической опоры 14 лежит в точке пересечения осей труб 7 и 9 площадки 8.The force measuring device (Figs. 1, 2, 3) consists of a base 1 with pipelines 2 for supplying an energy carrier, for example, fuel and an oxidizing agent for liquid propellant rocket engines, and channels 3 in communication with pipes 4, which are fixed in rigid connecting elements 5 s channels 6. The second pair of pipes 7 connects the rigid connecting elements 5 and the platform 8. In the site 8 from the places of fastening of pipes 7 to the places of fastening of pipes 9 channels 10 are made (Fig. 3). Pipes 9 through channels 6 in the rigid connecting elements 5 are in communication with the pipes 11 installed by the inner end sections in the frame 12, which receives the force from the working engine 13 (LRTM). The frame 12 is hung on a conical support 14 with an apex 15 mounted on the bracket 16. The channels 17 in the frame 12 connect the energy supply lines to the engine 13 through pipelines 18. Sensors 19 fix the frame deviation from the normal position when the engine is running. The top 15 of the conical support 14 lies at the intersection of the axes of the pipes 7 and 9 of the platform 8.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Энергоноситель (компоненты ракетного топлива окислитель и горючее) поступает по трубопроводам 2, каналам 3, трубам 4, 7, 9, 11, связанным каналами 6 и 17, трубопроводам 18 к двигателю 13. Конструкция трубопроводов устройства для измерения силы позволяет свести к минимуму влияние температуры и давления окислителя и горючего на результаты измерений. В данной конструкции практически отсутствуют изгибающие моменты от сил давления в трубопроводах окислителя и горючего, т.к. нет криволинейных участков трубопроводов, а соединительные элементы 5 с каналами 6 являются жесткими, т.е. в пределах рабочего давления практически не деформируются. Трубопроводы 18 от каналов 17 до двигателя 13 не оказывают существенного влияния на результаты измерений, т.к. рама 12 является жесткой и предусмотрено жесткое крепление двигателя 13 к ней. При высоком входном давлении и рабочей температуре производят настройку нулевых показаний от датчиков 19. Затем включают двигатель 13 и на установившемся режиме работы записывают значения сигналов, поступающих от датчиков 19, которые зависят от скручивания и прогиба труб 4, 7, 9 и 11, а следовательно, от упругих свойств материала этих труб. Величина отклонения рамы 1 от нормального положения при повороте ее вокруг осей труб 7 и 9, проходящих через вершину 15 конической опоры 14, пропорциональна боковому усилию в каждом из взаимно перпендикулярных направлений. Боковые составляющие силы, возникающие в плоскости, перпендикулярной оси двигателя в двух взаимно перпендикулярных направлениях, фиксируют (записывают), а суммарную боковую силу и ее направление вычисляют.The energy carrier (components of rocket fuel oxidizer and fuel) comes through pipelines 2, channels 3, pipes 4, 7, 9, 11, connected channels 6 and 17, pipelines 18 to the engine 13. The design of the pipelines of the force measuring device allows minimizing the influence of temperature and the pressure of the oxidizing agent and fuel on the measurement results. In this design, there are practically no bending moments from pressure forces in the pipelines of the oxidizer and fuel, because there are no curved sections of pipelines, and the connecting elements 5 with channels 6 are rigid, i.e. within the working pressure practically do not deform. Pipelines 18 from channels 17 to engine 13 do not significantly affect the measurement results, because the frame 12 is rigid and provides a rigid mounting of the engine 13 to it. At a high inlet pressure and operating temperature, zero readings from the sensors 19 are made. Then the engine 13 is turned on and, in the steady state operation mode, the values of the signals received from the sensors 19 are recorded, which depend on the twisting and deflection of the pipes 4, 7, 9 and 11, and therefore , from the elastic properties of the material of these pipes. The deviation of the frame 1 from its normal position when it rotates around the axes of the pipes 7 and 9 passing through the top 15 of the conical support 14 is proportional to the lateral force in each of the mutually perpendicular directions. The lateral force components arising in a plane perpendicular to the axis of the engine in two mutually perpendicular directions are recorded (recorded), and the total lateral force and its direction are calculated.

Изобретение позволяет за счет применения взаимно перпендикулярных трубных конструкций с достаточной точностью разделить усилия по направлениям и найти направление результирующего бокового усилия, что в дальнейшем приводит к повышению точности управления космическим летательным аппаратом. Кроме того, такая трубная конструкция существенно повышает точность измерения силы путем минимизации влияния температуры и давления энергоносителя.The invention allows, due to the use of mutually perpendicular pipe structures, with sufficient accuracy to separate the forces in the directions and find the direction of the resulting lateral force, which further leads to an increase in the accuracy of control of the spacecraft. In addition, such a tube design significantly increases the accuracy of force measurements by minimizing the influence of temperature and pressure of the energy carrier.

Использованные источники:Used sources:

1. Заявка ФРГ №2625803, МКИ G01L 1/04, публ. 22 декабря 1977 г., №51.1. Application of Germany No. 2625803, MKI G01L 1/04, publ. December 22, 1977, No. 51.

2. Заявка ФРГ №2557868, МКИ G01L 1/04, публ. 30 июня 1977 г., №26.2. Application of Germany No. 2557868, MKI G01L 1/04, publ. June 30, 1977, No. 26.

Claims

A device for measuring force, consisting of four pipes lying in the same plane, fixed in pairs coaxially and parallel to the outer end sections in the rigid connecting elements, and internal one coaxial pair of pipes at the base, and the second in the site, characterized in that the site is perpendicular the plane of the pipe arrangement is symmetrically installed the second pair of pipes so that the axes of the first and second pairs of pipes intersect, and their outer end sections are fixed in rigid connecting elements, which are also fixed to central sections of another pair of pipes parallel to the first and lying in the plane of the device axis, and their internal sections are fixed in a frame hung on a conical support, the top of which coincides with the intersection point of the axes of the platform pipes, and pipes and channels made in the base, rigid connecting elements , platform and frame, are the energy supply lines to the test object, mounted on the frame.