Аэродинамические тензометрические весы Советский патент 1984 года по МПК G01G3/14 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, пр}тменяемой в аэродинамическом эксперименте, и пре назначено для 1тзмерения сил и моментов, действующих на модель, находяЩуюся в потоке аэродинамической трубы. Известны устройства для определения динамических характеристик свободно колеблющихся тел, в которых Используются пружинные имитаторы за крепления моделей 1. Недостатком устройства является Измерение амплитуд и частот в одном направлении. . Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются аэр динамические тензометрические весы, содержащие упругие элементы с тензорезисторами, державку аэродинамической модели и механизм, изменения угла атаки C2J. Указанные весы при измерении низкочастотных амплитудно-частотных характеристик моделей инженерных сооружений на режимах, сопровождающихся потерей аэроупругой устойчивости имеют низкую точность измерени за счёт статического прогиба упругих пластин и державки от массы модели, а также за счёт увеличения трения оси державки в цилиндрических, втулка зажимов упругих элементов. Целью изобретения является повышение точности измерения аэродинамических характеристик модели путём раздельного измерения компонент сил и момента, а также обеспечения измерения низкочастотных процессов. Поставленная цель достигается тем что в аэродинамических тензометричес ких весах,,содержащих упругие элемен ты с тензорезисторами, державку аэродинамической модели и механизм изменения угла атаки, державка аэро динамических моделей выполнена в вид двух коаксиальньпс цилиндров, установ ленных с возможностью свободного поворота друг относительно друга, причём внутренний цилиндр своими концам соединён посредством кардановых шарниров с двумя двухстепенными упругими элементами с тензорезисторами и на нём закреплен механизм изменения угла атаки, выполненный в виде флан.ца с подвижной рамкой, на которой закреплены в радиальных направлениях упругие пластины с тензорезисторами, размещенные своими свободными концами в пазах вилки, установленной на внешнем цилиндре; аэродинамические тензометрические весы расположены в вертикальной плоскости, а державка подвешена на введённых регулируемых по длине упругих тягах. На чертеже схематически изображены аэродинамические тензометрические весы. Весы состоят из двухстепенных упругих элементов 1, включающих взаимно перпендикулярные упругие пластины 2 и 3, оканчивающиеся кардановыми шарнирами 4, причем ось пересечения срединных плоскостей упругих пластин совпадает с осью отверстия карданового шарнира. В эти отверстия свободно в продольном направлении вставлен внутренний цилиндр 5 с исключением его поворота в отверстии карданового шарнира 4 (например, концы цилиндра 5 и отверстие карданового шарнира имеют квадратные сечения) , На цилиндре 5 закреплён фланец 6 с подвижной рамкой 7, на которой закреплены упругие пластины 8, свободными концами направленные радиально к центру. На фланце 6 имеется нониус (на чертеже не показан) для отсчёта угловых положений модели 9 в аэродинамической трубе. Положение рамки относительно фланца фиксируется эксцентриковыми зажимами 10 или другим механическим способом. Внешний цилиндр 11 с помощью подшипников 12 насажен на внутрений цилиндр 5. Совместно они составляют весовую державку 13. На цилиндре 11 закреплена модель 9 и вилка 14 с пазами, в которых размещены концы упругих пластин 8. Фланец 6, подвижная рамка 7, упругие пластины 8 с тензорезисторами и вилка 14 составляют механизм 15 изменения угла атаки. Двухстепенные упругие элементы 1 в аэродинамической трубе располагаются вертикально и симметрично относительно оси рабочей части трубы, а державка 13 с моделью 10 и механизмом 15 изменения угла атаки подвешена на упругих регулируемых тягах 16 с помощью подшипника 17. Аэродинамические тензометрические весы работают следующим образом. Перед экспериментом в зависимости от ожидаемых сил и момента подбираются упругие элементы 1 и пластины В

необходимой жёсткости, устанавливается модель 9 на державку 13 и предварительной тарировкой иодбираются требуемые частоты собственных колебаний установленной на весы модели 9. В процессе тарировки определяются тарировочные коэффициенты перемещений и сил, а также сигналов с каждого тензорезистора.

Установка необходимого угла атаки производится поворотом подвижной рамки 7 относительно фланца 6; При этом посредством пластин 8 через втулку 14 поворачивается цилиндр 11 совместно с установленной на державке 6 моделью 9. Зажимное устройство 10 фиксирует подвижную рамку 7 на необходимом угле атаки.

После включения аэродинамической трубы на модель набегает поток воздуха и при некоторых углах атаки и скорости потока, характерных для исследуемой модели, происходит потеря её аэроупругой устойчивости. Модель начинает колебаться, описывая некоторую траекторию в пространстве.

Продольные и поперечные компоненты силы, действующей на модель 9 через державку 13, состоящую из внешнего цилиндра 11, подшипника 12, внутреннего цилиндра 5, передаются на кардановые шарниры 4 и воспринимаются пластинами 2 и 3 упругих элементов 1 Момент, действующий на модель 9 через внешний цилиндр 11 и вилку 14, воздействует на упругие пластины 8, другой конец которых посредством подвижной рамки 7, зажимного устройства 10 и фланца 6 зафиксирован относительнр внутреннего цилиндра 5. Деформация упругих пластин 2,3 и 8 вызывает изменение сопротивления тензорезисторов, что используется в качестве информации о значениях сил и момента действующих на модель.

Применение аэродинамических тензометрических весов позволит повысит точность измерения низкочастотных аэродинамических характеристик модели на режимах потери аэроупругой устойчивости.

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕСЫ, содержащие упругие элементы с тензорезисторами, державку аэродинамической модели и механизм изменения угла атаки, отличающиеся тем, что, с целью повьшения точности измерения аэродинамических характеристик модели путем раздельного измерения компонент сил и момента,.державка аэродинамических моделей выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, установленных с возможностью свободного поворота друг относительно друга, причём внутренний цилиндр своими концами соединён посредством кардановмх шарниров с двумя двухстепенными упругими элементами с тензорезисторами и на нёмзакреплён механизм изменения угла атаки, вьшолненный в виде фланца с подвижной рамкой, на которой закреплены в радиальных направлениях упругие пластины с тензорезисторами, размещённые своими свободными концами в пазах вилки, установленной на внешнем цилиндре. 2. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что, с целью обеспечения измерения низкочастотных процессов, аэродинамические тензометрические весы расположены в вертикальной плоскости, а державка подвешена на введённых регулируемых по длине упругих тягах.