Однокомпонентные тензовесы для измерения шарнирного момента Российский патент 2023 года по МПК G01G3/12 G01M9/04 

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.

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.

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.

Основной недостаток представленных тензовесов, состоит в том, что данные весы из-за их конструктивных особенностей невозможно разместить во внутренних объемах модели (габариты не позволяют).

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).

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.

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).

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).

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.

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.

На фиг. 2 и 3 показана конструкция компактных однокомпонентных тензовесов.

На фиг. 4 показаны винт, кронштейн и заглушка для установки компактных однокомпонентных тензовесов и рулевой поверхности (горизонтального оперения), закрепленной через тензовесы на фюзеляж.

На фиг. 5 показано крепление измерительной головки тензовесов с помощью кронштейна на рулевую поверхность.

На фиг. 6 показана установка компактных однокомпонентных тензовесов и рулевой поверхности, закрепленной на тензовесах на фюзеляж.

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.

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).

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 растяжение

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).

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).

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.

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.

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.

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. Устройство включает измерительную головку и хвостовик, построенные по двухбалочной схеме, при этом измерительная головка тензовесов жестко прикреплена к отклоняемой рулевой поверхности и расположена на ее оси поворота. Измерительная головка и хвостовик тензовесов выполнены в едином цилиндре диаметром D, высотой L=0.25÷0.3D. Причем 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. Технический результат заключается в создании тензовесов, обладающих высокой жесткостью, минимальными размерами. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Однокомпонентные тензовесы для измерения шарнирного момента рулевой поверхности летательных аппаратов в аэродинамическом эксперименте, выполненные по двухбалочной схеме, включающие измерительную головку, жестко прикрепленную к отклоняемой рулевой поверхности и расположенную на ее оси поворота, и хвостовик, отличающиеся тем, что измерительная головка и хвостовик тензовесов выполнены в едином цилиндре, при этом измерительная головка тензовесов выполнена с возможностью закрепления на рулевой поверхности винтами через кронштейн, хвостовик тензовесов выполнен с возможностью жесткого закрепления винтом на фюзеляже, а оси поворота рулевой поверхности, тензовесов и винта совпадают.

2. Однокомпонентные тензовесы для измерения шарнирного момента по п.1, отличающиеся тем, что единый цилиндр выполнен диаметром D, высотой L=0.25÷0.3D.