СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ПРИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области экспериментальной техники, в частности к средствам измерения силы при климатических испытаниях летательных аппаратов на прочность.

Известен способ измерения силы, заключающийся в том, что силоизмерительный датчик и регистрирующую аппаратуру до испытаний градуируют, а при испытании конструкции измеряют выходные сигналы силоизмерительного датчика, по которым определяют величину силы, действующей на конструкцию [1]
Известно устройство для измерения силы, содержащее силоизмерительный датчик, силонагружающую систему и регистрирующую аппаратуру [1]
Цель предлагаемого способа и устройства повышение точности и уменьшение эксплуатационных расходов.

На фиг. 1 представлена зависимость выходного сигнала силоизмерительного датчика от задаваемой силы при градуировке (сплошная линия) и при воздействии влаги (пунктирная линия), значком *^г обозначены значения контрольных сигналов при градуировке и * при воздействии влаги в условиях испытаний; на фиг. 2 блок-схема установки для испытания конструкции летательного аппарата; на фиг. 3 конструктивная схема силоизмерительного датчика; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 сечение по Б-Б на фиг.3.

Способ измерения силы осуществляют следующим образом.

До проведения испытаний градуируют силоизмерительный датчик и регистрирующую аппаратуру на образцовой силозадающей машине. Измеряют выходные сигналы датчика при различных ступенях нагружения при нормальных климатических условиях и определяют коэффициент преобразования K градуировочной характеристики канала измерения датчик регистрирующая аппаратура (фиг.1). Затем в этих же условиях дополнительно нагружают упругий элемент датчика на два нормированных уровня деформаций при помощи встроенного в корпус датчика силового узла. Измеряют при этом выходные сигналы силоизмерительного датчика nг1

и nг2 разность которых (nг2-nг1) принимают за контрольную величину. Устанавливают датчик 1 (фиг.2) в систему нагружения 2 испытательного стенда 3, которая затем вместе с исследуемой конструкцией подвергается климатическим воздействиям. Далее в соответствии с программой испытаний конструкцию нагружают силовозбудителем 5, при этом определяя величину силы. Для этого перед испытанием при заданных климатических условиях вновь нагружают упругий элемент датчика на два нормированных уровня деформации при помощи того же встроенного в корпус датчика силового узла и пульта дистанционного управления 6. Измеряют аппаратурой 7 выходные сигналы датчика n₂ и n₁.

Нагружают испытываемую конструкцию на i-ю ступень нагружения, измеряют выходной сигнал силоизмерительного датчика Ui, а силу, действующую на конструкцию, вычисляют (при линейной характеристике датчика) по формуле

где U₀ начальный сигнал силоизмерительного датчика при испытаниях конструкций;
U_i выходной сигнал силоизмерительного датчика на i-й ступени нагружения конструкции;
К коэффициент преобразования градуировочной характеристики, определяемой при градуировке силоизмерительного датчика;
nu1

и nu2 контрольные выходные сигналы при дополнительном нагружении упругого элемента силоизмерительного датчика на первый и второй нормированные уровни деформации при градуировке;
n₁ и n₂ контрольные сигналы силоизмерительного датчика при нагружении упругого элемента на первый и второй нормированные уровни деформации при климатических условиях.

Силоизмерительный датчик (фиг. 3) состоит из упругого элемента 8, на поверхности которого в растянутой и сжатой зонах наклеены тензорезисторы 9, соединенные между собой по схеме измерительного моста, подключенного к электрическому разъему 10. Упругий элемент снабжен двумя узлами крепления для приложения измеряемой силы, которые с внутренней стороны имеют толкатели 11_а и 11_б. На упругом элементе установлен силовой узел 12 для нагружения последнего на два нормированных уровня деформации. Силовой узел включает клин 13 с установленными в нем образцовыми мерными плитками 14_а и 14_б и электромеханический или пневматический возвратно-поступательный привод 15, укрепленный при помощи шарнира 16 на скобе упругого элемента. Привод 15 для контроля за положением клина 13 снабжен датчиком линейных перемещений или сигнализации положения клина 17 относительно толкателей 11_а и 11_б.

Силоизмерительный датчик работает следующим образом.

Нагружают упругий элемент 8 силоизмерительного датчика при градуировке силами P на силозадающей машине. При этом деформируется поверхность упругого элемента в зоне наклейки тензорезисторов 9, что вызывает соответственно изменение их электрического сопротивления и приводит к изменению выходного сигнала измерительного моста. По величине задаваемых сил и выходных сигналов определяют градуировочную характеристику силоизмерительного датчика и коэффициент преобразования К. После градуировки в тех же нормальных климатических условиях дополнительно нагружают упругий элемент 8 при помощи перемещения клина 13 приводом 15 на один нормированный уровень деформаций, определяемый мерной плиткой 14_а, а затем второй нормированный уровень деформаций, определяемый плиткой 14_б. При этом регистрируют выходные контрольные сигналы силоизмерительного датчика nг1

и nг2 .
При проведении климатических испытаний конструкции на испытательном стенде процесс работы силоизмерительного датчика аналогичен градуировке, но изменяется последовательность операций: вначале дополнительно нагружают упругий элемент на два нормированных уровня деформаций, определяют по величине контрольных сигналов n₁ и n₂ функцию влияния климатических условий на коэффициент преобразования K и нагружают конструкцию до величины силы, определяемой с учетом функции влияния климатических условий.

Сущность изобретения: до испытаний при градуировке и затем при климатических условиях нагружают упругий элемент силоизмерительного датчика на два нормированных уровня деформации с помощью узла, выполненного в виде клина с образцовыми мерными элементами, и датчика контроля положения клина, измеряют контрольные выходные сигналы силоизмерительного датчика, нагружают конструкцию до заданного уровня и определяют силу по математической формуле. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ измерения силы при климатических испытаниях на прочность конструкции летательных аппаратов, заключающийся в том, что силоизмерительный датчик и регистрирующую аппаратуру до испытаний градуируют, а при испытании конструкции измеряют выходные сигналы силоизмерительного датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения эксплуатационных расходов, дополнительно при градуировке нагружают упругий элемент силоизмерительного датчика на два нормированных уровня деформации, измеряют контрольные выходные сигналы силоизмерительного датчика, при климатических условиях перед испытанием конструкции нагружают упругий элемент силоизмерительного датчика на два нормированных уровня деформации и измеряют контрольные сигналы силоизмерительного датчика, после чего нагружают конструкцию до заданного уровня, а силу определяют по формуле

где U₀ начальный сигнал силоизмерительного датчика при испытании конструкции;
U_i выходной сигнал силоизмерительного датчика на i-й ступени нагружения при испытании конструкции;
K коэффициент преобразования градуировочной характеристики, определяемой при градуировке силоизмерительного датчика;
nг1

и nг2 - контрольные выходные сигналы при дополнительном нагружении упругого элемента на первый и второй нормированные уровни деформации при градуировке;
n₁ и n₂ контрольные выходные сигналы силоизмерительного датчика при нагружении упругого элемента на первый и второй нормированные уровни деформации при климатических условиях. 2. Устройство для измерения силы при климатических испытаниях конструкций летательных аппаратов, содержащее силоизмерительный датчик, силонагружающую систему и регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения эксплуатационных расходов, в него введены узел задания двух уровней деформаций нормированной величины, выполненный в виде клина с образцовыми мерными элементами, установленного с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном действию измеряемой силы, и датчик контроля положения клина.