RU2798685C1

RU2798685C1 - Single component load balance for hinge moment measurement

Info

Publication number: RU2798685C1
Application number: RU2023104266A
Authority: RU
Inventors: Олег Евгеньевич Барышников; Владимир Дмитриевич Вермель; Сергей Викторович Кажичкин; Александр Вячеславович Левицкий; Казбек Федорович Лацоев; Антон Олегович Шардин
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-06-23

Abstract

FIELD: aeromechanical measurements.

SUBSTANCE: invention can be used to measure the hinge moments acting on the controls and take-off and landing mechanization of aerodynamic models of aircraft in the wind tunnel flow. The device includes a measuring head and a shank constructed according to a two-beam scheme, while the measuring head of the load balance is rigidly attached to the deflectable steering surface and is located on its axis of rotation. The measuring head and the balance shank are made in a single cylinder with a diameter D and a height L=0.25÷0.3D. Moreover, the measuring head of the load balance is fixed with screws through the bracket on the steering surface, the tail of the load balance is rigidly fixed with a screw on the fuselage, and the rotation axes of the steering surface, the load balance and the screw coincide.

EFFECT: load balance with high rigidity and minimum dimensions.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано для измерения шарнирных моментов, действующих на органы управления и взлетно-посадочную механизацию аэродинамических моделей летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы.The invention relates to the field of aeromechanical measurements and can be used to measure the hinge moments acting on the controls and takeoff and landing mechanization of aerodynamic models of aircraft in the wind tunnel flow.

Для измерения шарнирных моментов, действующих на модели с различными углами установок органов управления элеронов, интерцепторов, воздушных тормозов и других отклоняемых элементов моделей летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы применяются однокомпонентные тензовесы. Данная технология выполнения эксперимента описана в Руководстве для конструкторов (РДК-43). Том 1, Аэродинамика. Гидромеханика. Прочность. Издательство Бюро новой техники, 1943 г. Однокомпонентные тензовесы для измерения шарнирного момента, действующего на органы управления и взлетно-посадочную механизацию аэродинамических моделей в целом описаны в целом ряде публикаций.Single-component strain gauges are used to measure hinge moments acting on models with different setting angles of aileron controls, spoilers, air brakes, and other deflected elements of aircraft models in a wind tunnel flow. This technology for performing the experiment is described in the Manual for Designers (RDK-43). Volume 1, Aerodynamics. Hydromechanics. Strength. Bureau of New Technology Publishing, 1943. Single-component strain gauges for measuring the hinge moment acting on the controls and take-off and landing mechanization of aerodynamic models are generally described in a number of publications.

Известны однокомпонентные аэродинамические весы (а. с. SU № 147823, МПК G01G21/10, 1962 г.). Данные однокомпонентные тензометрические аэродинамические весы могут найти применение для измерения малых сил при испытании моделей b аэродинамических трубах. В однокомпонентных аэродинамических весах применены в качестве чувствительных элементов балочки с наклеенными тензодатчиками, установленные на подвижных стержнях измерительного параллелограмма, гидравлический шариковый демпфер, установленный вертикально на корпусе весов и связанный гибкой тягой с одним из подвижных стержней.Single-component aerodynamic balances are known (AS SU No. 147823, IPC G01G21/10, 1962). This one-component strain gauge aerodynamic balance can be used to measure small forces when testing models in wind tunnels. In single-component aerodynamic balances, they are used in as sensitive elements, beams with glued strain gauges mounted on the movable rods of the measuring parallelogram, a hydraulic ball damper installed vertically on the scale body and connected by a flexible rod to one of the movable rods.

Основной недостаток представленных тензовесов, состоит в том, что данные весы из-за их конструктивных особенностей невозможно разместить во внутренних объемах модели (габариты не позволяют). The main disadvantage of the presented load balances is that these scales, due to their design features, cannot be placed in the internal volumes of the model (dimensions do not allow).

Известен тензодинамометрический прибор (а. с. SU № 152744, МПК G01M9/06, G0L5/16, 1963 г.), преимущественно для измерения моментов крена при испытании моделей в аэродинамических трубах, состоящий из проволочных тензодатчиков, наклеенных на двух накрест лежащих упругих стойках, соединенных со втулкой и стержнем, втулка для крепления испытуемого объекта прикреплена к корпусу прибора посредством упругих пластин, расположенных параллельно стержню. Основной недостаток представленного тензодинамометрического прибора состоит в том, что данные изделия из-за их конструктивных особенностей невозможно разместить во внутренних объемах модели (габариты не позволяют).Known dynamometric device (AS SU No. 152744, IPC G01M9 / 06, G0L5 / 16, 1963), mainly for measuring roll moments when testing models in wind tunnels, consisting of wire strain gauges glued on two cross-lying elastic racks connected to the sleeve and the rod, the sleeve for fastening the object under test is attached to the body of the device by means of elastic plates located parallel to the rod. The main disadvantage of the presented strain-gauge device is that these products, due to their design features, cannot be placed in the internal volumes of the model (dimensions do not allow).

За прототип принято устройство измерения шарнирного момента отклоняемой поверхности (патент на изобретение RU №2 681251 С1, МПК 01G3/12, G01G19/00 2019 г.) Устройство измерения шарнирного момента отклоняемой поверхности, содержит механизм управления отклоняемой поверхностью, однокомпонентные тензовесы, построенные по двухбалочной схеме, включающие измерительную головку, хвостовик, однокомпонентные тензовесы установлены на отклоняемой поверхности, измерительная головка тензовесов жестко прикреплена к отклоняемой поверхности и расположена на ее оси вращения, а хвостовик тензовесов через вилку соединен с механизмом управления отклоняемой поверхности. Основной недостаток - данные тензовесы из-за больших габаритов невозможно разместить во внутренних объемах хвостовой части фюзеляжа модели, в районе крепления хвостовой державки.The prototype is a device for measuring the hinge moment of the deflected surface (patent for invention RU No. 2 681251 C1, IPC 01G3/12, G01G19/00 2019). scheme, including a measuring head, a shank, one-component strain gauges are installed on the deflected surface, the measuring head of the strain gauges is rigidly attached to the deflected surface and is located on its axis of rotation, and the strain gauge shank is connected through a fork to the deflected surface control mechanism. The main drawback is that due to their large dimensions, these strain gauges cannot be placed in the internal volumes of the tail section of the model fuselage, in the area where the tail holder is attached.

Размещение тензовесов во внутренних объемах модели представляет собой сложную техническую задачу, требующую решения в процессе проектирования. Наряду с элементами силового каркаса (сердечника, адаптера, продольных и поперечных балок) в модели требуется установка различных измерительных приборов и устройств (датчиков измерения давления, тензометрических весов для измерения суммарных аэродинамических характеристик модели, державок и т.д.). В результате наблюдается серьезный дефицит пространства внутри фюзеляжа (фиг. 1).Placement of load balances in the internal volumes of the model is a complex technical problem that needs to be solved in the design process. Along with the elements of the power frame (core, adapter, longitudinal and transverse beams), the model requires the installation of various measuring instruments and devices (pressure sensors, strain gauges for measuring the total aerodynamic characteristics of the model, holders, etc.). As a result, there is a serious shortage of space inside the fuselage (Fig. 1).

Задачей и техническим результатом является разработка и изготовление устройства измерения шарнирного момента - компактных однокомпонентных тензовесов, обладающих высокой жесткостью, минимальными размерами, что позволит разместить их в специальных выборках силового корпуса (фюзеляжа).The task and technical result is the development and manufacture of a device for measuring the hinge moment - compact single-component weight balances with high rigidity, minimum dimensions, which will allow them to be placed in special samples of the power housing (fuselage).

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что однокомпонентные тензовесы предназначенные для измерения шарнирных моментов (Мz) рулевой поверхности летательных аппаратов в аэродинамическом эксперименте, включающие измерительную головку и хвостовик, построенные по двухбалочной схеме, при этом измерительная головка тензовесов жестко прикреплена к отклоняемой поверхности и расположена на ее оси поворота, измерительная головка и хвостовик тензовесов выполнены в едином цилиндре диаметром D, высотой L равной 0.25-0.4 D, при этом измерительная головка тензовесов закреплена винтами через кронштейн на рулевой поверхности, хвостовик тензовесов жестко закреплен винтом на фюзеляже, а оси поворота рулевой поверхности, тензовесов и винта совпадают.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that single-component strain gauges designed to measure the hinge moments (Mz) of the control surface of aircraft in an aerodynamic experiment, including a measuring head and a shank, built according to a two-beam scheme, while the measuring head of the strain gauge is rigidly attached to the deflected surface and located on its axis of rotation, the measuring head and the weight balance shank are made in a single cylinder with a diameter D, height L equal to 0.25-0.4 D, while the measuring head of the weight balance is fixed with screws through the bracket on the steering surface, the weight balance shank is rigidly fixed with a screw on the fuselage, and the axis of rotation control surface, weights and screw are the same.

На фиг. 1 показан фрагмент фюзеляжа с установленными в нем устройствами (датчики измерения давления, тензометрические весы для измерения суммарных аэродинамических характеристик модели, державка, горизонтальное и вертикальное оперение. In FIG. 1 shows a fragment of the fuselage with devices installed in it (pressure measurement sensors, strain gauges for measuring the total aerodynamic characteristics of the model, holder, horizontal and vertical tail.

На фиг. 2 и 3 показана конструкция компактных однокомпонентных тензовесов.In FIG. 2 and 3 show the design of compact one-component strain gauges.

На фиг. 4 показаны винт, кронштейн и заглушка для установки компактных однокомпонентных тензовесов и рулевой поверхности (горизонтального оперения), закрепленной через тензовесы на фюзеляж.In FIG. 4 shows a screw, a bracket and a plug for installing compact one-component weight balances and a control surface (horizontal tail) fixed through the weight weights to the fuselage.

На фиг. 5 показано крепление измерительной головки тензовесов с помощью кронштейна на рулевую поверхность.In FIG. 5 shows the mounting of the measuring head of the load balance with the bracket on the steering surface.

На фиг. 6 показана установка компактных однокомпонентных тензовесов и рулевой поверхности, закрепленной на тензовесах на фюзеляж.In FIG. 6 shows the installation of compact one-component weight balances and the control surface mounted on the weight balance on the fuselage.

На фиг. 1 показана актуальность разработки компактных однокомпонентных тензовесов для рулевой поверхности 6. В зоне ее размещения существенный объем пространства внутри фюзеляжа 1 занимают хвостовые балка 4 и державка 2, а также датчики измерения давления 5, тензометрические весы 3 для измерения суммарных аэродинамических характеристик модели, вертикальное оперение 7. Предлагаемое техническое решение конструкции тензометрических весов направлено на минимизацию их габаритных размеров с целью размещения во внутренних объемах модели.In FIG. 1 shows the relevance of the development of compact single-component strain gauges for control surface 6. In the zone of its placement, a significant amount of space inside the fuselage 1 is occupied by tail booms 4 and holder 2, as well as pressure sensors 5, strain gauges 3 for measuring the total aerodynamic characteristics of the model, vertical tail 7 The proposed technical solution for the design of tensometric scales is aimed at minimizing their overall dimensions in order to accommodate them in the internal volumes of the model.

Предлагаемые тензометрические весы 3 предназначены для измерения шарнирного момента Mz, действующего на рулевую поверхность 6. Измерительная головка и хвостовик тензовесов выполнены в едином цилиндре диаметром D, высотой L равной 0.25-0.3 D (фигура 3).The proposed strain gauges 3 are designed to measure the hinge moment Mz acting on the steering surface 6. The measuring head and the shank of the strain gauges are made in a single cylinder with a diameter D, a height L equal to 0.25-0.3 D (figure 3).

Измерительная головка 13 с отверстиями 12 для крепления тензовесов к кронштейну 9 соединена с хвостовиком 11 упруго-чувствительными балками 10 с наклеенными тензорезисторами 16. При этом одна из упруго-чувствительных балок 10 работает на сжатие, а вторая на растяжениеMeasuring head 13 with holes 12 for attaching the load balance to the bracket 9 is connected to the shank 11 by elastically sensitive beams 10 with glued strain gauges 16. In this case, one of the elastically sensitive beams 10 works in compression, and the second in tension

В центральной части тензовесов 3 в хвостовике 11 выполнено отверстие 15 для крепления их к фюзеляжу 1 модели винтом 17 (фиг. 2, 3, 4, 5). Ось отверстия 15 совпадает с осью тензовесов 3 и осью вращения рулевой поверхности 6. Жесткая фиксация головки 13 тензовесов 3 на отклоняемой рулевой поверхности 6 осуществляется при помощи кронштейна 9, винтов 18 (фиг. 5, 6), через отверстия 12 в тензовесах, которые располагаются в нижней части конструкции тензовесов 3 (фиг. 2, 3, 4).In the central part of the weight balances 3 in the shank 11, a hole 15 is made for attaching them to the fuselage 1 of the model with a screw 17 (Fig. 2, 3, 4, 5). The axis of the hole 15 coincides with the axis of the weight balance 3 and the axis of rotation of the steering surface 6. Rigid fixation of the head 13 of the weight balance 3 on the deflectable steering surface 6 is carried out using the bracket 9, screws 18 (Fig. 5, 6), through the holes 12 in the weight balance, which are located in the lower part of the load balance design 3 (Fig. 2, 3, 4).

В верхней части тензовесов 3 размещено отверстие 14 для крепления обводообразующей крышки 8 (фиг. 2, 4). Тензовесы 3 жестко крепятся к фюзеляжу 1 специальным винтом 17, таким образом испытываемая рулевая поверхность 6 крепится кронштейном 9 к тензовесам 3, а тензовесы 3 крепятся к фюзеляжу 1 винтом 17, ось винта 17 совпадает с осью поворота рулевой поверхности 6 и осью тензовесов 3. Введение в конструкцию рулевой поверхности 6 тензовесов 3, у которых ось поворота рулевой поверхности 6 совпадает с осью тензовесов 3 создает необходимые условия для проведения аэродинамических испытаний руля 6 с отклонением на требуемые углы согласно программе испытаний. Пространство, образованное при выполнении в корпусе фюзеляжа отверстия для монтажа тензометрических весов 3 и организации поворота рулевой поверхности 6 во время эксперимента, закрывается обводообразующей крышкой 8, которая крепится винтом через отверстие 14 (фиг. 4, 5). Передача действующей аэродинамической нагрузки от рулевой поверхности 6 осуществляется измерительной головкой 13 тензовесов 3, закрепленной при помощи кронштейна 9 на рулевой поверхности 6 через упруго-чувствительные балки 10 на хвостовик 11 закрепленный на фюзеляже 1 винтом 17 (фиг. 4, 5, 6).In the upper part of the weight balance 3 there is a hole 14 for fastening the bypass-forming cover 8 (Fig. 2, 4). Weight balances 3 are rigidly attached to the fuselage 1 with a special screw 17, so the test control surface 6 is attached with a bracket 9 to the weight balances 3, and weight balances 3 are attached to the fuselage 1 with a screw 17, the axis of the screw 17 coincides with the axis of rotation of the control surface 6 and the axis of the weight balance 3. Introduction in the design of the steering surface 6 of the weight balance 3, in which the axis of rotation of the steering surface 6 coincides with the axis of the weight balance 3 creates the necessary conditions for aerodynamic testing of the steering wheel 6 with deviation to the required angles according to the test program. The space formed when making a hole in the fuselage body for mounting strain gauges 3 and organizing the rotation of the control surface 6 during the experiment is closed by a bypass cover 8, which is fastened with a screw through the hole 14 (Fig. 4, 5). The transfer of the current aerodynamic load from the steering surface 6 is carried out by the measuring head 13 of the weight balance 3, fixed with the help of the bracket 9 on the steering surface 6 through the elastically sensitive beams 10 to the tail 11 fixed on the fuselage 1 by the screw 17 (Fig. 4, 5, 6).

Принцип действия компактных тензовесов иллюстрируется фиг. 2 - 5. Под действием аэродинамических нагрузок упруго-чувствительные балки 10 тензовесов 3 деформируются. Тензорезисторы 16 (R1-R4), деформируясь вместе с упруго-чувствительными балками 10, изменяют свое сопротивление (увеличивают при растяжении и уменьшают при сжатии). На фиг. 2, 3, 4 показана схема наклейки тензорезисторов 16 на упруго-чувствительные балки 10 тензовесов 3.The principle of operation of compact strain gauges is illustrated in Fig. 2 - 5. Under the action of aerodynamic loads, the elastically sensitive beams 10 of the load balance 3 are deformed. Strain gauges 16 (R1-R4), deforming together with elastic-sensitive beams 10, change their resistance (increase in tension and decrease in compression). In FIG. 2, 3, 4 shows the scheme of sticking strain gauges 16 on elastic-sensitive beams 10 of strain gauges 3.

Измерение шарнирного момента Mz осуществляют относительно моментной точки тензовесов, расположенной в середине упруго-чувствительных балок 10, при помощи тензорезисторов 16 - R1, R2, R3, R4 (см. фиг. 2, 3, 5), расположенных на внешних поверхностях упруго-чувствительных балок 10. Измерительная аппаратура по изменению сопротивления тензорезисторов позволяют определить деформации упруго-чувствительных балок 10, а зная величину деформаций, можно определить нагрузки, действующие на испытываемую рулевую поверхность 6.The measurement of the hinge moment Mz is carried out relative to the moment point of the load balance, located in the middle of the elastically sensitive beams 10, using strain gauges 16 - R1, R2, R3, R4 (see Fig. 2, 3, 5), located on the outer surfaces of the elastically sensitive beams 10. Measuring equipment for changing the resistance of strain gauges allows you to determine the deformation of the elastically sensitive beams 10, and knowing the magnitude of the deformation, you can determine the load acting on the test control surface 6.

Минимальные размеры компактных тензовесов позволяют разместить их в специальных выборках силового корпуса - фюзеляжа, внутримодельное пространство остается свободным для размещения в нем внутримодельных тензовесов для измерения суммарных аэродинамических характеристик модели, хвостовой державки и других необходимых для проведения трубного эксперимента устройств.The minimum dimensions of compact weight balances make it possible to place them in special samples of the load-bearing body - the fuselage, the inside of the model space remains free for placement of inside model weights in it to measure the total aerodynamic characteristics of the model, tail holder and other devices necessary for conducting a pipe experiment.

Claims

1. Single-component strain gauges for measuring the hinge moment of the control surface of aircraft in an aerodynamic experiment, made according to a two-beam scheme, including a measuring head rigidly attached to the deflected control surface and located on its axis of rotation, and a shank, characterized in that the measuring head and shank of the strain gauges are made in a single cylinder, while the measuring head of the load balances is made with the possibility of fixing on the control surface with screws through the bracket, the tail of the load balances is made with the possibility of rigid fastening with a screw on the fuselage, and the axes of rotation of the control surface, the load balances and the propeller coincide.

2. One-component strain gauges for measuring the hinge moment according to claim 1, characterized in that the single cylinder is made with a diameter D, height L =0.25÷0.3 D .