Шестикомпонентные аэродинамические весы Советский патент 1962 года по МПК G01M9/06 G01L5/16 

Известны шестикомпонентные аэродинамические весы, в которых модель, снабженная обтекателем, связана державкой с чувствительными элементами весов, в качестве которых использованы индуктивные преобразователи перемещений, включенные в мостовую схему. В плечи моста введены дополнительные преобразователи для компенсации моментов, не подлежащих измерению.

С целью измерения малых аэродинамических усилий для определения горизонтальных сил и момента в предлагаемых весах служит рама на упругих опорах, несущих сердечник преобразователей, а для определения вертикальной силы и моментов - мембрана, ось которой совпадает с направлением измеряемой силы.

На чертеже изображена конструкция предложенных весов.

Чувствительными элементами весов являются узлы Л и Б. Узел А служит для измерения горизонтальных сил Fx и Fy и момента Mz. Узел Б предназначен для измерения вертикальной силы Fz и вертикальных моментов MX и My. Основание узла А крепится на кожухе /. На узле Б с помощью державки 2 закреплена испытуемая модель 5. Для защиты весов и державки от потока воздуха весы по:.;ещены в кожух /, а державка 2 - в обтекатель 4.

Узел Л представляет собой раму на упругих опорах, симметрично расположенных относительно оси z. Под действием сил Fx и Fy упругие опоры деформируются в направлении осей х и у как балки, заделанные с двух концов, один из которых может перемещаться. Под действием момента Mz упругие опоры испытывают деформацию кручения и изгиба.

В качестве чувствительных элементов применены датчики (индуктивные преобразователи). Датчики 5 и 6 предназначены для измерения компонента Fx, датчики 7 и 5 - для измерения компонента Fy, а датМИКИ Я 0, 11 н 12 - для измерения компонента Aiz. Под действием сил FX и Fy якорь датчиков перемещается относительно индуктивных катушек датчиков, вызывая пропорциональное действующей силе изменение индуктивных сопротивлений. Под действием силы Fx измерительные мосты компонентов Fy и Mz не разбалансировьшаготся, так как благодаря точному располол ению оси датчиков компонентов Fy и Mz по направлению оси у, т. е. перпендикулярно направлению движения якоря, смещение якоря под действием силы Fx не вызывает изменения воздущного зазора в датчиках этих компонентов, а следовательно, и изменения их индуктивных сопротивлений. Под действием силы Fy измерительные мосты компонентов Fx и Mz не разбалансировываются. Мост компонента Fx не разбалансируется по тем же причинам, что и мост компонента Fy под действием силы Fx. Мост компонента Mz не разбалансируется потому, что он собран так, что при действии силы FZ датчики, находящиеся в соседних плечах моста, получают одинаковое по знаку и величине изменение зазора между якорем и индукционными катущками. Под действием момента Mz весовой элемент узла А скручивается относительно оси z симметрии.

Якорь датчиков компонента Mz поворачивается относительно индуктивных катущек Я Ю, 11 и 12, вызывая пропорциональное действующему моменту изменение индуктивных сопротивлений датчиков ком юнента Mz. Измерительные мосты компонентов Рк и Fy при этом не разбалансировываются, так как благодаря расположению осей индуктивных катущек компонентов Рх и Fy точно по осям симметрии весового элемента узла соответственно по осям к vi у при действии момента Mz якорь датчика только поворачивается относительно его индуктивных катущек, не изменяя среднего значения воздущного зазора. Кроме сил FX и Fy и момента Мг, на весовой элемент узла А действуют моменты MX, My, xl и yl. Под действием указанных моментов весовой элемент узла А деформируется как консоль, нагруженная моментом, т. е. по дуге окружности. Действие этих моментов не вызывает разбаланса мостов компонентов Fx и Fy, так как при расположении осей индуктивных катущек точно по середине весового эле.мента узла, взаимного смещения якоря относительно индуктивных катущек не происходит.

Узел Б представляет собой плоскую мембрану с выфрезерованными в ней четырьмя канавками, оси которых расположены по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Плоскость мембраны расположена в плоскости X-у весов. Внещняя сторона мембраны является неподвижной частью весового элемента уз.ла, средняя часть мембраны подвижна. Якорь датчика компонентов iWx и Му закреплен на середине мембраны. Ось якоря совпадает с осью г.

Якорь датчика компонента Fx расположен в центре мембраны в ее плоскости. Под действием моментов Мх и My центральная часть мембраны поворачивается соответственно в плоскости у--z, х-z. Под действием силы Fz мембрана прогибается в направлении действия силы. Расположение якоря датчика компонента Fz в плоскости мембраны в ее центре и совмещение осей датчиков компонента Fz с осью z весов позволяет исключить влияние моментов Мх и My на компонент Fz, так как при действии этих моментов величина зазора между якорем и индуктивными катущками датчика компонента Fz не изменяется. Расположение якоря датчика компонентов Мх и Му по оси z весов позволяет исключить влияние силы на измерение компонентов Мх и А4у, так как при действии силы Fz изменення зазоров между якорем и индуктивны.ми катущками не происходит. Расположение осей индуктив 2 ,

ных катушек датчиков компонентов Мх и Му в плоскостях соответственно у-Z и X-Z перпендикулярно оси z весов позволяет исключить взаимные влияния компонентов Мх и Му, так как при действии момента MX и My изменения зазора между якорем и катушками в компоненте соответственно Му и Мх не происходит. Величина разбаланса измерительного моста компонентов Мх и Му пропорциональна не только моменту MX и My, но и моменту у1 и х1.

Компенсация моментов у1 и х1 производится электрическим способом. Сущность электрического способа заключается в том, что на весовой элемент узла, изменяющий силу Fx, помещаются дополнительные датчики 13 и М, не входящие в измеригельный мост компонента Fx. Эти датчики включаются в измерительный мост компонента Му так, чтобы при действии силы Fx, приложенной в заданном начале координат, изменения индуктивных сопротивлений датчиков компонентов силы и момента вычитались. Изменяя зазор датчиков, измеряющих силу FX, добиваются, чтобы разность изменений индуктивных сопротивлений, вызванных действием момента xi, равнялась нулю.

Предлагаемые весы могут найти применение для специальных, аэродинамических экспериментов в исследовательских лабораториях.

Предмет изобретения

Шестикомпонентные аэродинамические весы, в которых модель, снабженная обтекателем, связана державкой с чувствительными элементами весов, в качестве которых использованы индуктивные преобразователи перемещений, включенные в мостовую схему, в плечи которой введены дополнительные преобразователи для компенсации моментов, не подлежащих измерению, отличающиеся тем, что, с целью измерения малых аэродинамических усилий, для определения горизонтальных сил и момента служит рама на упругих опорах, несущих сердечник преобразователей, а для определения вертикальной силы и моментов служит мембрана, ось которой совпадает с направлением измеряемой силы.

№ 152117