RU2651627C1 - Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment - Google Patents
Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651627C1 RU2651627C1 RU2017110035A RU2017110035A RU2651627C1 RU 2651627 C1 RU2651627 C1 RU 2651627C1 RU 2017110035 A RU2017110035 A RU 2017110035A RU 2017110035 A RU2017110035 A RU 2017110035A RU 2651627 C1 RU2651627 C1 RU 2651627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- plate
- platform
- pair
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для аэродинамических испытаний, и может быть использовано в авиастроении для аэродинамических испытаний объектов авиационной техники.The invention relates to devices intended for aerodynamic testing, and can be used in the aircraft industry for aerodynamic testing of objects of aviation technology.
При испытаниях объекта авиационной техники, например, сверхзвукового летательного аппарата (ЛА) или его составных частей (фюзеляжа, крыльев, стабилизирующих поверхностей, двигателя, интегрированного в ЛА) для определения воздействующей на ЛА или его части суммарной силы определяют ее составляющие по трем ортогональным осям, а также аэродинамические моменты вокруг этих осей. Все эти величины возникают под воздействием силы тяги двигателя, а также пульсаций давления при обтекании потоком воздуха поверхностей корпуса и составных частей ЛА и являются важными характеристиками его аэродинамических свойств.When testing an object of aviation technology, for example, a supersonic aircraft (LA) or its components (fuselage, wings, stabilizing surfaces, an engine integrated in the aircraft), to determine the total force acting on the aircraft or its parts, determine its components in three orthogonal axes, as well as aerodynamic moments around these axles. All these quantities arise under the influence of the engine’s traction force, as well as pressure pulsations when the air flows around the surfaces of the body and components of the aircraft and are important characteristics of its aerodynamic properties.
Известен стенд по патенту RU 2276279 для измерения компонент силы тяги реактивного двигателя с отклоняемым вектором тяги. Стенд включает динамометрическую платформу для монтажа испытываемого двигателя, установленную при помощи гибких стоек на опорную раму с возможностью горизонтального перемещения по осям X и Z, три силоизмерительных датчика для измерения составляющих ±Rx, ±Ry, ±Rz силы тяги, установленных на опорной раме, рычажные передачи для обеспечения вертикального перемещения динамометрической платформы под действием компоненты силы тяги ±Ry, а также дополнительные рычажные передачи с грузами расчетного веса для обеспечения безлюфтовой работы при определении значений компонент тяги при реверсивной работе двигателя.Known bench according to patent RU 2276279 for measuring the components of the thrust of a jet engine with a deflected thrust vector. The bench includes a dynamometer platform for mounting the test engine mounted with flexible racks on the support frame with the possibility of horizontal movement along the X and Z axes, three load cells for measuring components ± Rx, ± Ry, ± Rz of the traction force installed on the support frame, lever gears for vertical movement of the dynamometer platform under the action of the component of the traction force ± Ry, as well as additional linkage gears with loads of the estimated weight to ensure backlash-free operation dividing the thrust component values for the reversing operation of the engine.
Равенство передаточных отношений у двух пар параллельно работающих силоприемных рычагов, воспринимающих нагрузку от динамометрической платформы, и двух пар силоизмерительных рычагов, взаимодействующих с силоизмерительными датчиками, обеспечивает уравновешивание сил на соединяющих их шарнирах от моментов относительно осей X, Y, Z, что исключает взаимовлияние сил на измеряемые компоненты сил тяги ±Rx, ±Ry, ±Rz.The equality of the gear ratios of two pairs of parallel power receiving arms, which take the load from the dynamometer platform, and two pairs of force measuring levers interacting with force measuring sensors, ensures the balance of forces on the joints connecting them from the moments relative to the X, Y, Z axes, which eliminates the interaction of forces on measured components of traction forces ± Rx, ± Ry, ± Rz.
Сложная конструкция стенда, наличие механических связей и многократная передача усилий через рычаги снижает точность и надежность измерения компонент тяги. Кроме того, при проведении высотных испытаний крупноразмерных моделей ЛА и их двигательных установок испытуемый объект размещают в ограниченных по объему аэродинамическом сопле и кормовом диффузоре термобарокамеры, в которой моделируются сверхзвуковые скорости полета. Применение различных схем и конструкций весов механического типа в связи с их большими размерами и сложной конструкцией не представляется возможным.The complex design of the stand, the presence of mechanical connections and multiple transmission of forces through the levers reduces the accuracy and reliability of the measurement of traction components. In addition, when conducting high-altitude tests of large-sized aircraft models and their propulsion systems, the test object is placed in a limited-volume aerodynamic nozzle and aft diffuser of a pressure chamber, in which supersonic flight speeds are simulated. The use of various schemes and designs of mechanical-type scales in connection with their large size and complex design is not possible.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является стенд для измерения вертикальной нагрузки, воздействующей на объект авиационной техники (патент RU 127464). Стенд содержит динамометрическую платформу с закрепленным на ней объектом, установленную на неподвижную опорную раму посредством четырех гибких стоек, например, жестко закрепленных с платформой и рамой пластин. Гибкие стойки обеспечивают возможность перемещения динамометрической платформы по трем ортогональным осям. Каждая стойка включает средний жесткий участок, на котором установлены трехкомпонентные пьезоэлектрические датчики виброускорений со встроенными усилителями напряжения. Такая стойка может быть выполнена в виде пластины с двумя гибкими участками, каждый из которых сопряжен с жесткими участками. Одна из трех ортогональных измерительных осей каждого датчика направлена вдоль гибкой стойки. Усилители напряжения через кабели подключены к источникам питания. Источники питания через кабели подсоединены к регистратору-анализатору сигналов напряжения.The closest analogue of the claimed technical solution is a stand for measuring the vertical load acting on the object of aircraft (patent RU 127464). The bench comprises a dynamometer platform with an object fixed on it, mounted on a fixed support frame by means of four flexible racks, for example, rigidly fixed to the platform and the frame of the plates. Flexible racks provide the ability to move the dynamometer platform along three orthogonal axes. Each rack includes a middle hard section where three-component piezoelectric acceleration sensors with built-in voltage amplifiers are installed. Such a rack can be made in the form of a plate with two flexible sections, each of which is paired with hard sections. One of the three orthogonal measuring axes of each sensor is directed along the flexible strut. The voltage amplifiers are connected to power sources through cables. Power sources are connected via cables to the voltage signal recorder analyzer.
При испытании объекта авиационной техники виброускорения поперечных колебаний гибких пластин регистрируются датчиками виброускорений. Собственная частота поперечных колебаний каждой гибкой пластины изменяется в зависимости от приложенной к ней вертикальной силы, совпадающей с ее осью. До или после испытаний выполняется расчет собственных частот поперечных колебаний гибкой пластины в зависимости от приложенной к ней вдоль ее оси вертикальной нагрузки. Для экспериментально зарегистрированных частот собственных поперечных колебаний гибкой пластины по расчетным зависимостям определяют значения величины вертикальной нагрузки, действующей на гибкую стойку. По алгебраической сумме вертикальных нагрузок, действующих на каждую гибкую стойку, определяется равнодействующая вертикальная нагрузка (сила), действующая на объект авиационной техники. Кроме того, по равнодействующей вертикальной силе можно вычислить момент тангажа М(тнж) относительно выбранной в пространстве точки, в качестве которой может рассматриваться центр масс объекта авиационной техники.When testing an object of aviation technology, vibration accelerations of lateral vibrations of flexible plates are recorded by vibration acceleration sensors. The natural frequency of transverse vibrations of each flexible plate varies depending on the vertical force applied to it, which coincides with its axis. Before or after the tests, the natural frequencies of the transverse vibrations of the flexible plate are calculated depending on the vertical load applied to it along its axis. For experimentally recorded frequencies of natural transverse vibrations of a flexible plate, the values of the vertical load acting on the flexible rack are determined from the calculated dependencies. The algebraic sum of the vertical loads acting on each flexible rack determines the resultant vertical load (force) acting on the object of aircraft. In addition, by the resultant vertical force, the pitch moment M (tf) can be calculated relative to the point selected in space, which can be considered the center of mass of an aircraft.
Стенд компактен и конструктивно прост, однако не позволяет измерить усилия, действующие вдоль осей, направленных в продольном и поперечном направлениях к объекту, и определить по ним момент рысканья и момент тангажа.The stand is compact and structurally simple, but it does not allow to measure the forces acting along the axes directed in the longitudinal and transverse directions to the object, and to determine the yaw moment and pitch moment from them.
Среди устройств, предназначенных для аэродинамических испытаний объектов авиационной техники, не выявлены стенды с широкими функциональными возможностями, достаточно простые и компактные для применения в условиях, имитирующих высотный полет, позволяющие измерять вертикальную, продольную и поперечную нагрузки, действующие на объект, и по результатам измерений определять моменты крена, рысканья и тангажа.Among the devices intended for aerodynamic testing of objects of aviation technology, there were no stands with wide functional capabilities, quite simple and compact for use in conditions simulating high-altitude flight, which make it possible to measure the vertical, longitudinal and transverse loads acting on the object, and determine from the results of measurements moments of roll, yaw and pitch.
Таким образом, техническая проблема заключается в том, что при испытаниях ЛА не обеспечивается имитация всех нагрузок (вертикальной, продольной и поперечной, моментов крена, рысканья и тангажа), действующих на ЛА.Thus, the technical problem lies in the fact that when testing the aircraft does not provide simulation of all loads (vertical, longitudinal and transverse, moments of roll, yaw and pitch) acting on the aircraft.
Предлагаемый стенд для измерения нагрузок, воздействующих на объект авиационной техники, обладает всеми требуемыми функциональными характеристиками: в жестких условиях испытаний, связанных с имитацией высотного сверхзвукового полета, в том числе в условиях пространственного ограничения, позволяет определить все компоненты нагрузки, моменты крена, рысканья и тангажа.The proposed bench for measuring the loads acting on the object of aircraft, has all the required functional characteristics: in the harsh test conditions associated with simulating high-altitude supersonic flight, including in conditions of spatial limitation, it allows to determine all load components, moments of roll, yaw and pitch .
Технический результат заключается в том, что стенд для измерения нагрузок, воздействующих на объект авиационной техники, обеспечивает повышение точности имитации условий сверхзвукового полета ЛА.The technical result consists in the fact that the stand for measuring the loads acting on the object of aviation technology, provides improved accuracy of simulating the conditions of a supersonic flight of an aircraft.
Стенд для измерения нагрузок, воздействующих на объект авиационной техники включает динамометрическую платформу, предназначенную для закрепления объекта, установленную посредством по меньшей мере четырех пластин переменной жесткости на неподвижную опорную платформу с возможностью перемещения динамометрической платформы по трем ортогональным осям, причем каждая пластина выполнена с гибким участком, сопряженным с жесткими участками, и снабжена элементом измерения нагрузки, и отличается тем, что дополнительно содержит датчик, регистрирующий продольные перемещения динамометрической платформы и предназначенный для измерения продольной нагрузки, а элемент измерения нагрузки выполнен в виде двух пар одинаковых тензорезисторных датчиков, предназначенных для измерения вертикальных и поперечных нагрузок, установленных на хотя бы одном гибком участке каждой пластины на одном уровне относительно неподвижной опорной платформы, датчики каждой пары установлены на противоположных широких сторонах пластины, причем вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков одной пары ориентированы вдоль вертикальной оси симметрии широкой стороны пластины, а вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков другой пары параллельны ей, датчики подключены в одно плечо отдельных измерительных мостов, причем датчики каждой пары подключены последовательно.The stand for measuring the loads acting on the object of aviation technology includes a dynamometer platform designed to fix the object, mounted by at least four variable-rigidity plates on a fixed support platform with the possibility of moving the dynamometer platform along three orthogonal axes, each plate having a flexible section, paired with hard sections, and is equipped with a load measuring element, and is characterized in that it further comprises a sensor, a register which measures the longitudinal displacements of the dynamometer platform and is designed to measure the longitudinal load, and the load measuring element is made in the form of two pairs of identical strain gauge sensors designed to measure vertical and lateral loads installed on at least one flexible section of each plate at the same level with respect to the stationary support platform, the sensors of each pair are mounted on opposite wide sides of the plate, with the vertical axis of symmetry of the sensitive elements of the dates the sensors of one pair are oriented along the vertical axis of symmetry of the wide side of the plate, and the vertical axis of symmetry of the sensitive elements of the sensors of the other pair are parallel to it, the sensors are connected to one shoulder of the individual measuring bridges, and the sensors of each pair are connected in series.
Существенные признаки изобретения позволяютThe essential features of the invention allow
- определять моменты тангажа, крена, рысканья;- determine the moments of pitch, roll, yaw;
- измерять продольную нагрузку, воздействующую на объект авиационной техники, с помощью датчика, регистрирующего продольные перемещения динамометрической платформы и предназначенного для измерения продольной нагрузки (датчик силы), взаимодействующего с динамометрической платформой и неподвижной опорной платформой;- measure the longitudinal load acting on the aircraft object using a sensor that records the longitudinal displacements of the dynamometer platform and is designed to measure the longitudinal load (force sensor) interacting with the dynamometer platform and the fixed support platform;
- измерять вертикальную и поперечную нагрузки с использованием следующих технических решений:- measure vertical and lateral loads using the following technical solutions:
- попарная установка одинаковых тензорезисторных датчиков на одном уровне относительно неподвижной опорной пластины, с последовательным включением датчиков пары в одно плечо измерительного моста позволяет исключить влияние продольной нагрузки на показание измерительного моста;- pairwise installation of the same strain gauge sensors at the same level with respect to the fixed base plate, with the pair sensors being connected in series to one shoulder of the measuring bridge eliminates the influence of the longitudinal load on the reading of the measuring bridge;
- установка одной пары датчиков вдоль вертикальной оси симметрии широкой стороны пластины (нейтральной оси) с последовательным включением датчиков пары в одно плечо измерительного моста позволяет исключить влияние поперечной нагрузки на показание измерительного моста и измерить вертикальную нагрузку, действующую на испытываемый объект;- the installation of one pair of sensors along the vertical axis of symmetry of the wide side of the plate (neutral axis) with the sequential inclusion of the pair sensors in one shoulder of the measuring bridge eliminates the influence of the transverse load on the reading of the measuring bridge and measures the vertical load acting on the test object;
- установка второй пары датчиков параллельно первой паре, на том же уровне, со сдвигом только по горизонтали, с последовательным включением датчиков пары в одно плечо измерительного моста, позволяет определить поперечную нагрузку по напряжениям на измерительных мостах, возникающим под действием вертикальной и поперечной нагрузок и измеренным отдельно напряжениям на измерительных мостах, возникающих под действием вертикальных нагрузок.- installation of the second pair of sensors parallel to the first pair, at the same level, with horizontal shift only, with the pair sensors being connected in series on one shoulder of the measuring bridge, allows you to determine the transverse load from the stresses on the measuring bridges arising under the action of vertical and lateral loads and measured separately voltages on measuring bridges arising under the action of vertical loads.
Для описания возможной конструкции стенда и его работы представлены фиг. 1-12, гдеTo describe the possible design of the stand and its operation, FIG. 1-12 where
на фиг. 1 изображена в аксонометрической проекции динамометрическая платформа с закрепленным на ней объектом авиационной техники, установленная на опорной платформе;in FIG. 1 shows a perspective view of a dynamometric platform with an aircraft mounted on it, mounted on a support platform;
на фиг. 2 изображен датчик силы, соединенный с динамометрической платформой и опорной платформой через тягу и упоры и через выводные проводники включенный в одно плечо отдельного измерительного моста;in FIG. 2 shows a force sensor connected to a dynamometer platform and a support platform through traction and stops and through lead wires connected to one shoulder of a separate measuring bridge;
на фиг. 3 представлен вид пластины с тензорезисторными датчиками, в недеформированном состоянии;in FIG. 3 shows a view of a plate with strain gauge sensors in an undeformed state;
на фиг. 4 представлен вид E, указанный на фиг. 3 (вид пластины слева);in FIG. 4 is a view of E shown in FIG. 3 (view of the plate on the left);
на фиг. 5 представлен вид слева пластины в деформированном состоянии под воздействием вертикальной Fy и горизонтальной продольной Fx нагрузок;in FIG. 5 is a left view of a plate in a deformed state under the influence of vertical Fy and horizontal longitudinal Fx loads;
на фиг. 6 представлен вид Г, указанный на фиг. 3 пластины (вид справа);in FIG. 6 is a view of D indicated in FIG. 3 plates (right view);
на фиг. 7 представлен вид пластины справа в деформированном состоянии под воздействием вертикальной Fy и горизонтальной продольной Fx нагрузок;in FIG. 7 is a view of the plate on the right in a deformed state under the influence of vertical Fy and horizontal longitudinal Fx loads;
на фиг. 8 представлен местный вид А (фиг. 1) с указанием внутренних сил;in FIG. 8 is a partial view A (FIG. 1) showing internal forces;
на фиг. 9 представлена пластина в деформированном состоянии под действием горизонтальной поперечной нагрузки Fz;in FIG. 9 shows a plate in a deformed state under the action of horizontal lateral load Fz;
на фиг. 10 представлен местный вид Б (фиг. 1) с указанием внутренних поперечных сил и моментов;in FIG. 10 is a partial view B (FIG. 1) showing internal transverse forces and moments;
на фиг. 11 представлен вид В (фиг. 1) с указанием внутренних поперечных сил;in FIG. 11 is a view B (FIG. 1) showing internal lateral forces;
на фиг. 12 изображены зарегистрированные во время высотных испытаний сигналы с измерительных диагоналей отдельных измерительных мостов, к каждому из которых подключены пары датчиков с каждой пластины, расположенные на оси симметрии большей ее поверхности.in FIG. 12 shows the signals recorded during the high-altitude tests from the measuring diagonals of individual measuring bridges, each of which is connected to a pair of sensors from each plate located on the axis of symmetry of its larger surface.
Стенд для измерения нагрузок, воздействующих на исследуемый объект 1, например, объект авиационной техники (фиг. 1), содержит подвижную динамометрическую платформу 2 с закрепленным на ней объектом 1 и неподвижную опорную платформу 3. Платформы 2 и 3 соединены между собой по углам посредством четырех гибких пластин 4, 5, 6, 7, которые обеспечивают возможность перемещения платформы 2 по трем ортогональным осям, причем ее поверхность остается практически параллельной горизонтальной плоскости неподвижной платформы 3. Неподвижная платформа 3 жестко связана с корпусом барокамеры (не показано). Объект 1 закреплен на динамометрической платформе 2 при помощи обтекаемого пилона 8. Гибкие пластины закрепляют на противоположных сторонах динамометрической платформы и соответствующих им сторонах неподвижной платформы параллельными парами, обеспечивая параллельность поверхностей платформ, причем каждая пара пластин симметрично расположена на стороне динамометрической платформы (на фиг. 1 - по углам платформы 2).The stand for measuring the loads acting on the studied
Гибкие пластины представляют собой пластины переменной жесткости с хотя бы одним гибким участком, сопряженным с жесткими участками. Гибкие участки имеют параллельные плоские поверхности, на которых устанавливают тензометрические датчики. Предпочтительно каждая пластина (фиг. 3) выполнена с двумя гибкими участками 9 и 10, сопряженными с центральным жестким участком 11 (показано на пластине 4, фиг. 1) и двумя крайними, которыми пластины прикрепляются к динамометрической и неподвижной платформам. На фиг. 3-9 пластины имеют прямоугольные выемки в верхней и нижней частях для крепления к платформам. Пластины имеют продольную и, предпочтительно, поперечную плоскости симметрии.Flexible plates are plates of variable stiffness with at least one flexible section conjugated to rigid sections. Flexible sections have parallel flat surfaces on which strain gauge sensors are installed. Preferably, each plate (Fig. 3) is made with two
К неподвижной платформе 3 со стороны динамометрической платформы 2 прикреплен упор 12 с датчиком силы 14, а к платформе 2 со стороны платформы 3 - упор 13 с жестко связанной с ним тягой 15, ось которой параллельна продольной оси симметрии динамометрической платформы (фиг. 1, 2) и совпадает с осью датчика силы 14. Датчик силы 14 регистрирует продольные перемещения динамометрической платформы и предназначен для измерения продольной нагрузки. В варианте исполнения стенда, представленном на фиг. 1, используют тензорезисторный датчик силы.An
На хотя бы одном гибком участке каждой пластины размещают тензорезисторные датчики, предназначенные для измерения вертикальных и поперечных нагрузок, причем на всех пластинах устанавливают одинаковые датчики. В представленном варианте исполнения стенда (фиг. 1) датчики установлены на верхнем гибком участке 9 каждой пластины. Датчики размещают на параллельных широких сторонах гибкого участка пластины двумя парами. На (фиг. 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9) указаны датчики 16, 18, расположенные с внешней стороны пластины 5, и датчики 17, 19, расположенные с внутренней стороны пластины 6. Чувствительный элемент датчика выполнен прямоугольным, имеет оси симметрии, обычно обозначенные метками на корпусе датчика, что облегчает его установку. Датчики установлены на одном уровне относительно поверхности неподвижной платформы 3, то есть фронтальные проекции датчиков каждой пары датчиков совпадают, совпадают также профильные проекции датчиков 16, 18 и 17, 19, расположенных на одной стороне пластины. Вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков 16, 17 одной пары ориентированы вдоль вертикальной оси симметрии широкой стороны пластины, а вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков 18, 19 другой пары параллельны ей.On at least one flexible section of each plate, strain gauge sensors are designed for measuring vertical and lateral loads, and the same sensors are installed on all plates. In the presented embodiment of the stand (Fig. 1), the sensors are installed on the upper
Тензорезисторные датчики каждой пары, установленные на пластинах, через выводные проводники 20 последовательно подключены в одно плечо отдельного измерительного моста (фиг. 5, 7). Тензорезисторный датчик силы 14 через выводные проводники 20 также подключен в одно плечо отдельного измерительного моста (фиг. 2). Измерительный мост состоит из четырех сопротивлений (плеч) и соединен с отдельным аналого-цифровым измерительным преобразователем (АЦП) со встроенным источником питания и измерительным усилителем сигнала датчика. К точкам А, Б моста подводится напряжение питания U, а точки В, Г подключены к измерительным усилителям АЦП. Все АЦП включены в состав многоканального регистратора-анализатора сигналов 21, связанного высокоскоростным каналом связи 22 со станцией 23 сбора и обработки данных (фиг. 1). Объект 1 в сборе с динамометрической платформой 2 и неподвижной опорной платформой 3 может быть установлен в барокамере (не показано).The strain gauge sensors of each pair mounted on the plates through the
Стенд для измерения нагрузок, воздействующих на объект авиационной техники, работает следующим образом. Объект 1, установленный на пилоне 8, обтекается потоком воздуха, имитирующим полетные условия, и перемещается вместе с динамометрической платформой 2, которая связана с неподвижной платформой 3 гибкими пластинами 4, 5, 6, 7 (фиг. 1). Жесткое закрепление гибких пластин к подвижной платформе 2 и неподвижной платформе 3 допускает перемещение подвижной платформы 2 в продольном, вертикальном и поперечном направлениях, причем ее поверхность остается практически параллельной горизонтальной плоскости платформы 3 при незначительных перемещениях, возникающих при испытаниях.The stand for measuring the loads acting on the object of aircraft, operates as follows. The
При продольных перемещениях подвижной динамометрической платформы 2 на жестко связанный с ней через упор 13 и тягу 15 тензорезисторный датчик силы 14, прикрепленный к упору 12 на неподвижной платформе 3, передается растягивающая или сжимающая нагрузка Fx. При этом происходит увеличение или уменьшение длины чувствительного элемента датчика в зависимости от направления перемещения подвижной платформы 2. Тензорезисторный датчик силы 14 последовательно включен через выводной проводник 20 в одно плечо отдельного измерительного моста (фиг. 2). При изменении длины чувствительного элемента тензорезисторного датчика силы 14 меняется его сопротивление R14 и, соответственно, сопротивление плеча, в которое он включен. Поэтому между точками В и Г измерительной диагонали моста появляется разность потенциалов (напряжение разбаланса моста), регистрируемая измерительным усилителем АЦП. Зарегистрированное между точками В и Г измерительной диагонали моста напряжение V (фиг. 2) на выходе из АЦП, входящего в состав многоканального регистратора-анализатора сигналов 21, преобразуется в цифровой код, который по высокоскоростному каналу связи 22 передается на станцию сбора и обработки данных 23 (фиг. 1).When the movable
Результаты измерений обрабатываются по программе, в которой предполагается, что в напряженно-деформированном состоянии датчик 14 находится в пределах упругих деформаций. Тогда зависимость между показаниями датчика силы 14 и величиной действующей на него растягивающей или сжимающей горизонтальной нагрузки Fx также будет линейной. Коэффициент пропорциональности Кх, имеющий размерность [Н/В], определяется предварительно на стенде в ходе тарировочного нагружения растягивающими или сжимающими силами. Значение продольной нагрузки Fx определяется по зарегистрированному между точками В и Г измерительной диагонали моста напряжения V и коэффициенту пропорциональности Кх:The measurement results are processed according to the program, in which it is assumed that in the stress-strain state, the
Действительный знак продольной нагрузки Fx будет определяться знаком измеренного напряжения V между точками В и Г измерительной диагонали моста, в который включен датчик 14 (фиг. 2). Знак плюс соответствует растягивающим, а знак минус - сжимающим продольным силам.The actual sign of the longitudinal load Fx will be determined by the sign of the measured voltage V between points B and D of the measuring diagonal of the bridge, in which the
Под действием нагрузки Fx, вызывающей продольное перемещение динамометрической платформы (фиг. 5, 7), вследствие изгибных деформаций пластин изменения длины датчиков пары будут одинаковы по величине, но противоположны по знаку: со стороны растяжения пластины - увеличение длины и уменьшение - со стороны сжатия пластины. Поэтому при сложении сопротивлений от изгибных составляющих деформаций каждого датчика из отдельной пары R16, R17 и R18, R19, включенных последовательно в одно плечо отдельного измерительного моста, изменения сопротивлений взаимно уничтожатся, напряжение на мосте не регистрируется.Under the action of the load Fx, which causes the longitudinal movement of the dynamometer platform (Figs. 5, 7), due to bending deformations of the plates, changes in the length of the pair sensors will be identical in magnitude but opposite in sign: on the stretch side of the plate — increase in length and decrease on the side of compression of the plate . Therefore, when adding the resistances from the bending components of the deformations of each sensor from a separate pair of R16, R17 and R18, R19, connected in series in one shoulder of a separate measuring bridge, the resistance changes mutually cancel, the voltage on the bridge is not recorded.
Под действием нагрузки Fy, вызывающей вертикальное перемещение динамометрической платформы, изменение длин и сопротивлений всех датчиков будут одинаковы и по величине, и по знаку. Сопротивление каждой пары датчиков, включенных в плечо отдельного моста последовательно, будет равно удвоенному сопротивлению одного датчика. При условии, что в напряженно-деформированном состоянии гибкие участки пластин находятся в пределах упругих деформаций, величина вертикальной нагрузки, действующей на каждую пластину, будет пропорциональна регистрируемому напряжению разбаланса моста:Under the action of the load Fy, which causes the vertical movement of the dynamometer platform, the change in the lengths and resistances of all sensors will be the same in magnitude and sign. The resistance of each pair of sensors included in the arm of an individual bridge in series will be equal to twice the resistance of one sensor. Provided that in the stress-strain state the flexible sections of the plates are within elastic deformations, the magnitude of the vertical load acting on each plate will be proportional to the detected bridge unbalance voltage:
где Ку - коэффициент пропорциональности, [Н/В], V - напряжение между точками В и Г измерительной диагонали моста, [В].where Ku is the coefficient of proportionality, [N / V], V is the voltage between points B and G of the measuring diagonal of the bridge, [V].
Коэффициент пропорциональности Ку определяется предварительно на стенде, в ходе тарировочного нагружения. Для всех пластин коэффициент пропорциональности Ку одинаков, поскольку одинаковы и пластины, и датчики.The proportionality coefficient Ku is preliminarily determined at the stand during calibration loading. For all plates, the proportionality coefficient Ku is the same, since the plates and the sensors are the same.
Равнодействующая вертикальная нагрузка Fy (рав) равна алгебраической сумме вертикальных нагрузок, действующих на каждую гибкую стойку:The resultant vertical load Fy (equal) is equal to the algebraic sum of the vertical loads acting on each flexible rack:
где Fy1, Fy2, Fy3, Fy4 - нагрузки, определяемые с помощью датчиков 16, 17, установленных вдоль вертикальных осей симметрии широких сторон пластин (фиг. 1, 3, 5).where F y1 , F y2 , F y3 , F y4 are the loads determined using
Действительные знаки вертикальных нагрузок, действующих на каждую пластину, будут определяться знаками измеренных напряжений V между точками В и Г измерительных диагоналей отдельных мостов, к одному плечу которых подключены датчики 16, 17 (см. фиг. 5). Знак плюс соответствует растягивающим, а знак минус - сжимающим стойку вертикальным силам.The actual signs of the vertical loads acting on each plate will be determined by the signs of the measured voltages V between points B and D of the measuring diagonals of the individual bridges, to which one
За нулевое значение измерений для каждой пластины принимается начальное значение напряжения V между точками В и Г измерительной диагонали отдельной пары датчиков, когда гибкие пластины уже нагружены весом испытуемого объекта 1, установленного на подвижной динамометрической платформе 2 при помощи обтекаемого пилона 8 (см. фиг. 1). В этом случае нет необходимости заранее знать вес объекта и учитывать его при обработке результатов измерений, полученных в процессе испытания.For a zero measurement value for each plate, the initial voltage V between the points B and D of the measuring diagonal of a separate pair of sensors is taken when the flexible plates are already loaded with the weight of the
При определении равнодействующей вертикальной нагрузки Fy(рав) учитываются только вертикальные нагрузки Fy, определенные с помощью датчиков 16, 17, установленных вдоль вертикальных осей симметрии широких сторон пластин (см. фиг. 1, 3, 5), то есть так, что вертикальные оси симметрии чувствительных элементов и фронтальных сечений датчиков 16, 17 совпадают с вертикальными осями симметрии широких сторон пластин (фиг. 3). При деформации этих датчиков от изгиба при поперечных перемещениях динамометрической платформы под действием поперечной нагрузки Fz (см. фиг. 9) их длина останется без изменения, так как вертикальные оси симметрии широких сторон пластин и оси симметрии фронтальных сечений каждого датчика совпадают с их нейтральными осями. Следовательно, сопротивления датчиков при такой деформации не изменяются. Поэтому регистрируемые на соответствующих измерительных мостах напряжения изменяются только под действием вертикальной нагрузки на испытуемый объект.When determining the resultant vertical load Fy (rav), only the vertical loads Fy determined using
Для каждого из пары тензорезисторных датчиков 18, 19 (фиг. 1, 3), установленных параллельно вертикальным осям симметрии широких сторон пластин, изменение длины и сопротивления будет происходить от деформаций сжатия и растяжения, вызванных действием вертикальной нагрузки, и деформаций от изгиба, вызванных действием поперечной нагрузки при пространственном перемещении динамометрической платформы (см. фиг. 7, 9). Поэтому суммарное изменение длины и соответственно изменение сопротивления каждого из пары датчиков будет определяться деформациями сжатия (растяжения) и изгиба.For each of the pair of
По величинам моментов внутренних сил, действующих относительно оси Z, проходящей через центр тяжести объекта (ЦТ), определяется момент тангажа М(тнж). Пример такой расчетной схемы приведен на фиг. 8. Внутренние растягивающие или сжимающие вертикальные силы в поперечных сечениях гибких участков каждой пластины определены по результатам измерений. При расчете принимается, что внутренняя растягивающая вертикальная сила Ry1=Fy1 действует в поперечном сечении А1 гибкого участка пластины 5, внутренняя растягивающая вертикальная сила Ry4=Fy4 действует в поперечном сечении А4 гибкого участка пластины 6 (фиг. 1, 8), внутренняя растягивающая вертикальная сила Ry2=Fy2 действует в поперечном сечении А2 (не показано) гибкого участка пластины 4 (фиг. 1), а внутренняя растягивающая вертикальная сила Ry3=Fy3 действует в поперечном сечении A3 (не показано) гибкого участка пластины 7 (фиг. 1). В поперечном сечении тяги 15 действует внутренняя растягивающая продольная сила Rx=Fx. Момент тангажа определяют по формулеFrom the values of the moments of internal forces acting relative to the Z axis passing through the center of gravity of the object (CT), the pitch moment M (tf) is determined . An example of such a design scheme is shown in FIG. 8. The internal tensile or compressive vertical forces in the cross sections of the flexible sections of each plate are determined by the measurement results. In the calculation, it is assumed that the internal tensile vertical force R y1 = F y1 acts in the cross section A1 of the flexible section of the
где P1z, P2z, P3z, P4z - расстояния между плоскостью YZ, проходящей через центр тяжести, и параллельными ей плоскостями, проходящими через вертикальные оси симметрии каждой пластины, P5z - расстояние между плоскостью XZ, проходящей через центр тяжести, и параллельной ей плоскостью, проходящей через горизонтальную ось симметрии тяги; расстояние равно длине отрезка, перпендикулярного к указанным плоскостям.where P 1z , P 2z , P 3z , P 4z are the distances between the YZ plane passing through the center of gravity and the parallel planes passing through the vertical axis of symmetry of each plate, P 5z is the distance between the XZ plane passing through the center of gravity, and parallel to it by a plane passing through the horizontal axis of symmetry of the thrust; the distance is equal to the length of the segment perpendicular to the indicated planes.
При суммировании знак плюс соответствует моментам, действующим против часовой стрелки, а знак минус соответствует моментам, действующим по часовой стрелке. Знаки моментов в (4) определяются согласно сформулированному правилу в соответствии с выбранными на схеме расчета направлениями внутренних вертикальных сил Ry и продольной силы Rx. Действительные знаки вертикальных нагрузок Fy, действующих на каждую пластину 4, 5, 6, 7, и продольной нагрузки Fx, действующей на тягу 15 (фиг. 1), будут определяться знаками измеренных напряжений V между точками В и Г измерительных диагоналей отдельных мостов. Знак плюс соответствует растягивающим, а знак минус - сжимающим пластины и тягу 15 нагрузкам (формулы 1, 2).When summing, the plus sign corresponds to the moments acting counterclockwise, and the minus sign corresponds to the moments acting clockwise. The signs of moments in (4) are determined according to the formulated rule in accordance with the directions of the internal vertical forces Ry and the longitudinal force R x selected in the calculation scheme. The actual signs of the vertical loads Fy acting on each
Под действием поперечной нагрузки Fz, вызывающей поперечное перемещение динамометрической платформы, как уже отмечено, длина датчиков 16, 17 не изменяется. Тогда как вызванное деформацией от изгиба изменение длин и сопротивлений датчиков 18, 19, расположенных не на нейтральных осях сторон пластин, будут одинаковы и по величине, и по знаку (фиг. 9). Суммарное изменение сопротивления каждой такой пары датчиков равно удвоенному изменению сопротивления одного датчика.Under the action of the transverse load Fz, causing the lateral movement of the dynamometer platform, as already noted, the length of the
Каждый из пары датчиков 18, 19 будет изменять длину и сопротивление от деформаций сжатия (растяжения) пластин, вызванных вертикальным перемещением динамометрической платформы под действием вертикальной нагрузки Fy. При этом изменения длин и сопротивлений датчиков 18, 19 на каждой пластине будут одинаковы и по величине, и по знаку, и суммарное сопротивление подключенных последовательно в одно плечо датчиков 18, 19 (фиг. 7) будет равно удвоенному сопротивлению одного датчика.Each of the pair of
Изменение длины и сопротивления каждого датчика 18, 19 на всех пластинах от изгиба под действием поперечной нагрузки Fz (фиг. 9) и от сжатия (растяжения) под действием вертикальной нагрузки Fy (фиг. 7) будет равно сумме изменения длины и сопротивления от каждой силы. В напряженно-деформированном состоянии все датчики находятся в пределах упругих деформаций, поэтому напряжение V(сум) между точками В и Г измерительных диагоналей каждого моста, в одно плечо которого включена пара датчиков 18, 19, будет также равно сумме напряжений, вызванных изменением сопротивлений датчиков от изгиба V(изг) и сжатия (растяжения) V(сж):The change in the length and resistance of each
Напряжение V(сж) одинаково для каждой пары датчиков 16, 17 и 18, 19 на одной пластине и измерено для пары датчиков 16, 17, поэтому напряжение от изменения сопротивления датчиков 18, 19 от изгиба V(изг) будет определяться разностью между суммарным V(сум) напряжением между точками В и Г с измерительной диагонали отдельного моста, в одно плечо которого включена пара датчиков 18, 19 (фиг. 7), и напряжением между точками В и Г с измерительной диагонали отдельного моста, в одно плечо которого включена пара датчиков 16, 17 (фиг. 5).The voltage V (s) is the same for each pair of
Для определения поперечной нагрузки Fz вычисляют внутренний изгибающий момент Мх, действующий в сечениях гибких участков 9 каждой пластины, где расположены тензорезисторные датчики 16, 18 (фиг. 9), в направлении оси X относительно центра тяжести сечения пластины, по соотношению:To determine the transverse load Fz, the internal bending moment Mx, acting in the sections of the
где J - момент инерции поперечного сечения гибкого участка пластины относительно оси, параллельной оси X, проходящей через центр тяжести поперечного сечения пластины в месте расположения датчиков (фиг. 9);where J is the moment of inertia of the cross section of the flexible section of the plate relative to the axis parallel to the axis X passing through the center of gravity of the cross section of the plate at the location of the sensors (Fig. 9);
S - площадь поперечного сечения гибкого участка пластины в месте расположения датчиков;S is the cross-sectional area of the flexible portion of the plate at the location of the sensors;
V(изг) - напряжение между точками В и Г измерительной диагонали отдельного моста, вызванное изменением сопротивлений датчиков 18, 19 только от изгиба под действием поперечной силы Fz;V (izg) is the voltage between points B and D of the measuring diagonal of an individual bridge, caused by a change in the resistances of the
Lz - расстояние между центрами фронтальных сечений датчиков 16 и 18;Lz is the distance between the centers of the frontal sections of the
Kу - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность [Н/В], определенный непосредственно на стенде, в ходе тарировочного нагружения (см. фиг. 1) динамометрической платформы 2 растягивающими или сжимающими вертикальными силами Fy.Kу is the proportionality coefficient having the dimension [N / V], determined directly on the stand, during calibration loading (see Fig. 1) of the
Знак плюс соответствует моменту, действующему против часовой стрелки согласно приведенной на фиг. 9 схеме расчета. Действительные знаки изгибающих моментов Мх, действующих на каждую пластину, будут определяться знаками вычисленных по соотношениям (5) напряжений V(изг). Знаки V(сум) и V(сж) в соотношении (5) определяются знаками измеренных напряжений (фиг. 5,7).The plus sign corresponds to the moment acting counterclockwise according to FIG. 9 calculation scheme. The actual signs of the bending moments Mx acting on each plate will be determined by the signs of the stresses V (arcs) calculated from relations (5 ) . The signs V (sum) and V (squ) in relation (5) are determined by the signs of the measured voltages (Fig. 5.7).
Как отмечалось, коэффициенты пропорциональности Ку, определяющие зависимость между приложенными вертикальными силами при тарировке и напряжениями V(сж) между точками В и Г измерительных диагоналей моста (см. фиг. 5), одинаковы для одинаковых пластин и тензорезисторных датчиков в пределах упругих деформаций. Поэтому для деформаций пластин и датчиков под действием вертикальной нагрузки Fy и поперечной нагрузки Fz выполняется свойство линейности, когда суммарная деформация и изменение сопротивления равны сумме изменения длин и сопротивлений датчиков от каждой силы в отдельности. Поэтому полагается, что коэффициенты пропорциональности Кz, имеющие размерность [Н/В], определяющие линейную зависимость между приложенными поперечными силами Fz и напряжениями V(изг) на измерительных мостах с датчиками 18, 19, одинаковы для всех пластин и принимаются равными Ку.As noted, the proportionality coefficients Ku, which determine the relationship between the applied vertical forces during calibration and the stresses V (s) between points B and D of the measuring diagonals of the bridge (see Fig. 5), are the same for the same plates and strain gauge sensors within elastic deformations. Therefore, for the deformations of the plates and sensors under the action of the vertical load Fy and the transverse load Fz, the linearity property is fulfilled, when the total deformation and the change in resistance are equal to the sum of the change in the lengths and resistances of the sensors from each force separately. Therefore, it is assumed that the proportionality coefficients Кz, having the dimension [N / V], which determine the linear dependence between the applied transverse forces Fz and the voltages V (ar) on the measuring bridges with
В соотношении (6) для внутреннего изгибающего момента Мх в сечениях гибких участков 9 каждой пластины, где расположены тензорезисторные датчики 16, 18, V(изг) определяется удвоенным изменением сопротивления каждого из датчиков 18, 19, и коэффициент 2 в знаменателе учитывает изменение напряжения при изменении сопротивления только одного датчика 18 (фиг. 9) под действием поперечной нагрузки Fz.In relation (6) for the internal bending moment Mx in the cross sections of the
При известном значении внутреннего изгибающего момента Мх поперечная сила Fz определяется соотношениемWith a known value of the internal bending moment Mx, the transverse force Fz is determined by the relation
где Ly - расстояние между двумя плоскостями, параллельными плоскости XZ, одна из которых проходит через точку перегиба, которая для пластины использованной конструкции расположена на середине нейтральной оси широкой стороны, другая - через горизонтальную ось симметрии чувствительных элементов датчиков 16, 18 или 17, 19.where Ly is the distance between two planes parallel to the XZ plane, one of which passes through the inflection point, which for the plate of the used construction is located on the middle of the neutral axis of the wide side, the other through the horizontal axis of symmetry of the sensitive elements of the
Действительные знаки поперечных нагрузок Fz, действующих на каждую пластину, будут определяться действительными знаками внутренних изгибающих моментов Мх, вычисленных по соотношениям (6).The actual signs of the transverse loads Fz acting on each plate will be determined by the actual signs of the internal bending moments Mx, calculated from relations (6).
Для определения равнодействующей поперечной нагрузки Fz(рав), действующей на испытуемый объект, проводится алгебраическое суммирование поперечных сил, действующих на каждую пластину:To determine the resultant lateral load F z (rav) acting on the test object, an algebraic summation of the transverse forces acting on each plate is carried out:
Значение поперечной нагрузки Fz, определяемой по соотношениям (6, 7), в предложенной схеме установки тензорезисторных датчиков на каждой пластине не зависит от расстояний Lz и Ly, определяющих места установки датчиков (фиг. 1, 3, 9). В направлении оси Z на каждую пластину действует только поперечная нагрузка Fz. Поэтому при деформации пластины от изгиба под действием поперечной нагрузки Fz величина изгибающего момента Мх для каждой пластины изменяется только при перемещении датчиков вдоль оси Y так, что в соотношении (7) при изменении расстояния Ly значение поперечной нагрузки Fz должно оставаться постоянным. Для каждого поперечного сечения гибкого участка пластины с датчиками, характеризуемого расстоянием Ly от точки перегиба (ТП), момент Мх будет иметь постоянное значение, определяемое интегралом от эпюры напряжений, возникающих в этом сечении при изгибе от действия поперечной нагрузки Fz. Поэтому при изменении расстояния Lz из-за перемены расположения на пластинах датчиков 19 вдоль оси Z (фиг. 9), под действием поперечной силы Fz произойдет изменение их длин и сопротивлений и, следовательно, напряжений Vизг вследствие деформаций от изгиба, вызванных действием поперечной силы Fz. Однако эти деформации и вызванные ими напряжения от изгиба в поперечных сечениях гибких участков пластины будут такими, что полученные по результатам измерений и их обработки с использованием соотношений (6) значения изгибающих моментов Мх не будут зависеть от изменения расстояний Lz, определяющих взаимное расположении датчиков 16, 18 или 17, 19 на стойке, при заданном значении Ly.The value of the transverse load Fz, determined by the relations (6, 7), in the proposed installation scheme of strain gauge sensors on each plate does not depend on the distances Lz and Ly, which determine the location of the sensors (Fig. 1, 3, 9). In the direction of the Z axis, only the transverse load Fz acts on each plate. Therefore, when a plate deforms from bending under the action of a transverse load Fz, the magnitude of the bending moment Mx for each plate changes only when the sensors move along the Y axis so that in relation (7) when the distance Ly changes, the value of the transverse load Fz must remain constant. For each cross section of a flexible section of the plate with sensors, characterized by the distance Ly from the inflection point (TP), the moment Mx will have a constant value determined by the integral of the diagram of the stresses arising in this section during bending from the action of the transverse load Fz. Therefore, when the distance Lz changes due to a change in the position of the
Момент крена М(крн) определяется суммой моментов от внутренних поперечных Rz сил и изгибающих моментов Мх, действующих в поперечных сечениях гибких участков 9 всех пластин (см. фиг. 1, 10) относительно оси X, проходящей через центр тяжести ЦТ объекта 1 (фиг. 10). Пример расчетной схемы приведен на фиг. 10. Внутренние изгибающие силы Rz3, Rz4 в поперечных сечениях верхних гибких участков каждой пластины 6,7 равны по величине поперечным нагрузкам Fz, действующим на каждую пластину. При расчете принимается, что внутренняя поперечная сила Rz3=Fz3 действует в поперечном сечении A3 верхнего гибкого участка пластины 7, а внутренняя поперечная сила Rz4=Fz4 действует в поперечном сечении А4 верхнего гибкого пластины 6 (фиг. 1, 10). Для расчета принимается, что внутренняя поперечная сила Rz1=Fz1 (фиг. 11) действует в поперечном сечении A1 (не показано) верхнего гибкого участка пластины 5 (фиг. 1), а внутренняя поперечная сила Rz2=Fz2 (фиг. 11) действует в поперечном сечении А2 (не показано) верхнего гибкого участка пластины 4 (фиг. 1). Принимается, что направления действия внутренних поперечных сил Rz1, Rz2 совпадают с направлениями действия внутренних поперечных сил Rz3, Rz4.The heeling moment M (krn) is determined by the sum of the moments from the internal transverse Rz forces and bending moments Mx acting in cross sections of the
В поперечных сечениях A3, А4 пластин 7, 6 (фиг. 1, 10) действуют в направлении оси X относительно центра тяжести (ЦТ) объекта 1 внутренние изгибающие моменты Мх3, Мх4, определенные по результатам измерений и расчетам по соотношениям (6, 7). Также для расчета принимается, что в поперечных сечениях A1, А2 пластин 5, 4 (фиг. 1) действуют в направлении оси X относительно центра тяжести (ЦТ) объекта 1 внутренние изгибающие моменты Mx1, Мх2 (не показано). В схеме расчета принимается, что направление действия изгибающих моментов Mx1, Мх2 совпадает с направлением действия изгибающих моментов Мх3, Мх4.In the cross sections A3, A4 of the
Момент крена М(крн) согласно приведенной на фиг. 10 схеме расчета определяется по соотношениюThe roll moment M (crc) according to FIG. 10 calculation scheme is determined by the ratio
где P1x, Р2х, Р3х, Р4х - расстояния между плоскостью XZ, проходящей через центр тяжести, и параллельными ей плоскостями, проходящими через поперечные сечения A1, А2, A3, А4 каждой пластины (фиг. 1, 10). Расстояния равны длинам отрезков, перпендикулярных указанным плоскостям.where P1x, P2x, P3x, P4x are the distances between the XZ plane passing through the center of gravity and the parallel planes passing through the cross sections A1, A2, A3, A4 of each plate (Fig. 1, 10). The distances are equal to the lengths of the segments perpendicular to the indicated planes.
При суммировании знак плюс соответствует моментам, действующим против часовой стрелки, а знак минус соответствует моментам, действующим по часовой стрелке при принятой на фиг. 10 схеме расчета. Действительные знаки моментов в (9) будут определяться знаками поперечных нагрузок Fz, действующих на каждую стойку, вычисленных по соотношениям (7).When summing, the plus sign corresponds to the moments acting counterclockwise, and the minus sign corresponds to the moments acting clockwise when adopted in FIG. 10 calculation scheme. The actual signs of the moments in (9) will be determined by the signs of the transverse loads Fz acting on each rack, calculated by the relations (7).
Момент рысканья М(рск) определяется суммой моментов внутренних поперечных сил Rz, действующих в поперечных сечениях верхних гибких участков 9 всех пластин относительно оси Y, проходящей через центр тяжести ЦТ объекта 1 (фиг. 1, 10, 11). Внутренние поперечные силы Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 равны по величине определенным по результатам измерений и расчетам по соотношениям (6, 7) поперечным силам Fz, действующим на каждую пластину. Принимается, что направления действия всех внутренних поперечных сил совпадают (фиг. 11).The yaw moment M (rsk) is determined by the sum of the moments of the internal transverse forces Rz acting in the cross sections of the upper
Момент рысканья М(рск) согласно приведенной на фиг. 11 схеме расчета определяется по соотношениюThe yaw moment M (rsk) according to FIG. 11 calculation scheme is determined by the ratio
где P1y, Р2у, Р3у, Р4у - расстояния между плоскостью YZ, проходящей через центр тяжести (ЦТ), и параллельными ей плоскостями, проходящими через поперечные сечения A1, A2, A3, А4 каждой пластины (фиг. 1, 10, 11). Расстояния равны длинам отрезков, перпендикулярных указанным плоскостям.where P1y, P2y, P3y, P4y are the distances between the YZ plane passing through the center of gravity (CT) and its parallel planes passing through the cross sections A1, A2, A3, A4 of each plate (Fig. 1, 10, 11). The distances are equal to the lengths of the segments perpendicular to the indicated planes.
При суммировании знак плюс соответствует моментам, действующим против часовой стрелки, а знак минус соответствует моментам, действующим по часовой стрелке. Действительные знаки моментов в (10) будут определяться знаками поперечных нагрузок Fz, действующих на каждую пластину, вычисленным по соотношениям (6, 7).When summing, the plus sign corresponds to the moments acting counterclockwise, and the minus sign corresponds to the moments acting clockwise. The actual signs of the moments in (10) will be determined by the signs of the transverse loads Fz acting on each plate, calculated by the relations (6, 7).
На фиг. 12 приведены зарегистрированные во время высотных испытаний объекта (сверхзвукового ЛА) сигналы измеренных напряжений V между точками В и Г измерительных диагоналей отдельных мостов, к одному плечу которых подключена пара датчиков 16, 17 (см. фиг. 5), установленных на наружных и внутренних широких сторонах верхних гибких участков пластин 4, 5, 6, 7 вдоль вертикальных осей симметрии (нейтральных осей) этих сторон (фиг. 1, 3, 4). Временной интервал ΔT соответствует рабочему режиму при работающей двигательной установке ЛА. Средние значения измеренных напряжений на этом интервале равны следующим значениям:In FIG. Figure 12 shows the signals of the measured voltages V recorded between the points B and D of the measuring diagonals of individual bridges recorded during high-altitude testing of the object (supersonic aircraft), to one arm of which a pair of
пластина 5 (линия А) - V5=-0.184 В; пластина 4 (линия Б) - V4=-0.153 В;plate 5 (line A) - V5 = -0.184 V; plate 4 (line B) - V4 = -0.153 V;
пластина 7 (линия В) - V7=+0.002; пластина 6 (линия Г) - V6=+0.106 В.plate 7 (line B) - V7 = + 0.002; plate 6 (line G) - V6 = + 0.106 V.
Значение коэффициента пропорциональности Ку, определенного в ходе тарировочного нагружения растягивающими и сжимающими вертикальными силами подвижной платформы 2 с установленным на ней при помощи обтекаемого пилона 8 объекта 1 (фиг. 1), составило Ку=13800 [Н/В]. Вертикальные нагрузки Fy, действующие на каждую пластину, согласно (2) принимают следующие значения:The value of the proportionality coefficient Ku, determined during calibration loading by the tensile and compressive vertical forces of the
Fy5≈-2539 Н, Fy4≈-2111 Н, Fy5≈+28 Н, Fy6≈+1463 Н.F y5 ≈-2539 N, F y4 ≈-2111 N, F y5 ≈ + 28 N, F y6 ≈ + 1463 N.
Равнодействующая вертикальная нагрузка Fy(рав), действующая на ЛА, согласно (3) равна алгебраической сумме всех вертикальных нагрузок:The resultant vertical load F y (rav) acting on the aircraft, according to (3), is equal to the algebraic sum of all vertical loads:
Fy(рав)=Fy1+Fy2+Fy3+Fy4=-3159 H.F y (equal) = Fy1 + Fy2 + Fy3 + Fy4 = -3159 H.
Это означает, что при работающей двигательной установке носовая часть сверхзвукового ЛА будет наклонена вниз, а кормовая часть ЛА будет поднята вверх (фиг. 1, 8). При стендовых испытаниях относительно горизонтальной плоскости ЛА перевернут по отношению к его положению при полете. Поэтому для летных условий полученный на стенде результат означает, что при работающей двигательной установке на ЛА действует положительная подъемная сила Fпод=3159 Н.This means that when the propulsion system is running, the bow of the supersonic aircraft will be tilted down, and the aft of the aircraft will be raised up (Fig. 1, 8). During bench tests with respect to the horizontal plane, the aircraft is inverted with respect to its position during flight. Therefore, for flight conditions, the result obtained at the stand means that, with the engine running, the aircraft has a positive lift force Fпод = 3159 N.
Предложенное техническое решение обеспечивает определение по предложенной схеме измерений продольных, вертикальных и поперечных нагрузок, воздействующих на объект авиационной техники при его обдуве потоком воздуха на стенде в барокамере, имитирующим высотные условия полета, а также позволяет определить моменты крена, рысканья и тангажа.The proposed technical solution provides the definition of the longitudinal, vertical and lateral loads acting on the aircraft object according to the proposed measurement scheme when it is blown by an air stream at a stand in a pressure chamber simulating altitude flight conditions, and also allows you to determine the moments of roll, yaw and pitch.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017110035A RU2651627C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017110035A RU2651627C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2651627C1 true RU2651627C1 (en) | 2018-04-23 |
Family
ID=62045297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017110035A RU2651627C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2651627C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113532789A (en) * | 2021-08-17 | 2021-10-22 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | Device for improving calibration uncertainty of half-mode balance and application |
CN114323550A (en) * | 2022-03-07 | 2022-04-12 | 武汉大学 | Driving type wind tunnel test system for simulating actual vibration form of structure |
CN114354043A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-15 | 徐州徐工挖掘机械有限公司 | System and method for measuring load of slewing bearing |
RU2781860C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Stand for measuring aerodynamic forces and moments |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2117272C1 (en) * | 1996-06-14 | 1998-08-10 | Акционерное общество открытого типа "Гипронииавиапром" | Testing unit for jet engine |
RU2276279C1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-05-10 | Оао "Гипронииавиапром" | Stand for measuring components of jet engine thrust force |
RU127464U1 (en) * | 2012-12-05 | 2013-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | STAND FOR MEASURING VERTICAL LOAD AFFECTING THE OBJECT OF AERONAUTICAL ENGINEERING |
RU2526787C2 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Уральский научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "УНИИМ") | Making of invariable-cross-section beam pure bending and device to this end |
-
2017
- 2017-03-27 RU RU2017110035A patent/RU2651627C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2117272C1 (en) * | 1996-06-14 | 1998-08-10 | Акционерное общество открытого типа "Гипронииавиапром" | Testing unit for jet engine |
RU2276279C1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-05-10 | Оао "Гипронииавиапром" | Stand for measuring components of jet engine thrust force |
RU127464U1 (en) * | 2012-12-05 | 2013-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | STAND FOR MEASURING VERTICAL LOAD AFFECTING THE OBJECT OF AERONAUTICAL ENGINEERING |
RU2526787C2 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Уральский научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "УНИИМ") | Making of invariable-cross-section beam pure bending and device to this end |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113532789A (en) * | 2021-08-17 | 2021-10-22 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | Device for improving calibration uncertainty of half-mode balance and application |
RU2781860C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Stand for measuring aerodynamic forces and moments |
CN114354043A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-15 | 徐州徐工挖掘机械有限公司 | System and method for measuring load of slewing bearing |
CN114354043B (en) * | 2021-12-29 | 2024-04-26 | 徐州徐工挖掘机械有限公司 | System and method for measuring slewing bearing load |
CN114323550A (en) * | 2022-03-07 | 2022-04-12 | 武汉大学 | Driving type wind tunnel test system for simulating actual vibration form of structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7918143B2 (en) | Platform balance | |
CN108195554B (en) | Six-component optical fiber aerodynamic force measurement balance and output signal combination method | |
US4850552A (en) | Landing gear load transducer | |
US6564626B2 (en) | Apparatus and method for measuring forces and moments acting on models tested in aerodynamic wind tunnels | |
RU2287795C1 (en) | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment | |
Tavakolpour-Saleh et al. | A novel multi-component strain-gauge external balance for wind tunnel tests: Simulation and experiment | |
JPH1090087A (en) | Estimation method for load acting on structure | |
RU2651627C1 (en) | Stand for measurement of loads influencing on the object of aviation equipment | |
CN108254153A (en) | Optical fiber aerodynamics force measurement balance temperature-compensation method | |
KR19980068244A (en) | Parallel 6-axis force-moment measuring device | |
Liu et al. | Suspension force measuring system for hypersonic wind tunnel test: Design and tests | |
US20130311112A1 (en) | Method and apparatus for determining the thrust on a vehicle | |
RU2287796C1 (en) | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment | |
RU2595321C1 (en) | Five-component strain-gage weigher | |
RU127464U1 (en) | STAND FOR MEASURING VERTICAL LOAD AFFECTING THE OBJECT OF AERONAUTICAL ENGINEERING | |
Zhang et al. | Mechanical analysis of normal force interference on axial force measurement for internal sting balance | |
US20060191355A1 (en) | Platform balance | |
CN106768791A (en) | A kind of micro wind-tunnel balance | |
KR20060132859A (en) | Platform balance for wind tunnel | |
RU2681251C1 (en) | Hinge moment of the rejected surface measurement device | |
RU2283483C1 (en) | Device for measuring tractive force | |
Liu et al. | Three components strain-gauge type aircraft surface friction resistance sensor: Design, manufacturing, and calibration | |
RU2781860C1 (en) | Stand for measuring aerodynamic forces and moments | |
RU2743778C1 (en) | Method for determining the non-stationary force and a device for its implementation | |
RU198463U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING GAS DYNAMIC LOADS ON MODELS OF ELEMENTS OF A STARTING STRUCTURE IN A GAS DYNAMIC STAND WITH A MODEL ENGINE UNIT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |