RU2697570C1 - Device for measuring aerodynamic force and torque - Google Patents
Device for measuring aerodynamic force and torque Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697570C1 RU2697570C1 RU2018142111A RU2018142111A RU2697570C1 RU 2697570 C1 RU2697570 C1 RU 2697570C1 RU 2018142111 A RU2018142111 A RU 2018142111A RU 2018142111 A RU2018142111 A RU 2018142111A RU 2697570 C1 RU2697570 C1 RU 2697570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- intermediate frame
- model
- weights
- strain
- weigher
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели летательных аппаратов (ЛА) при экспериментальных исследованиях в аэродинамических трубах (АДТ).The proposed device relates to measuring technique and is intended to measure the components of the vectors of aerodynamic force and moment acting on the model of aircraft (LA) in experimental research in wind tunnels (ADT).
К числу основных видов исследований в АДТ относится эксперимент по определению суммарных аэродинамических характеристик моделей ЛА.Among the main types of research in ADT is an experiment to determine the total aerodynamic characteristics of aircraft models.
Основным средством измерения являются многокомпонентные аэродинамические весы, которые измеряют составляющие векторов аэродинамических сил и моментов по осям принятой системы координат; в соответствии с принципом действия различают механические и тензометрические весы.The main means of measurement are multicomponent aerodynamic scales, which measure the components of the vectors of aerodynamic forces and moments along the axes of the adopted coordinate system; in accordance with the principle of action distinguish between mechanical and tensometric scales.
Известно устройство - механические весы (см. Авиация. Большая «Российская энциклопедия». Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, Москва, 1994, стр. 134) состоящее из жесткой рамы (расположенной за границами потока аэродинамической трубы) и связанных между собой рычажных систем, удерживающих ее в положении равновесия; выходные звенья рычажных механизмов соединены с динамометрами, измеряющими составляющие векторов аэродинамической нагрузки. Модель летательного аппарата крепится на раме при помощи поддерживающего устройства, представляющего собой ленты профилированного сечения, ориентированные вдоль потока. Рама имеет замкнутую форму, охватывающую рабочую часть аэродинамической трубы.A device is known - mechanical scales (see Aviation. The Big Russian Encyclopedia. Central Aerohydrodynamic Institute named after Professor NE Zhukovsky, Moscow, 1994, p. 134) consisting of a rigid frame (located outside the boundaries of the wind tunnel flow) and connected between a lever systems that hold it in equilibrium; the output links of the linkage mechanisms are connected to dynamometers measuring the components of the aerodynamic load vectors. The model of the aircraft is mounted on the frame using a support device, which is a tape profiled section, oriented along the flow. The frame has a closed shape, covering the working part of the wind tunnel.
По своему функциональному назначению рама суммирует нагрузки, действующие на модель, а также на ленты. При помощи рычажной системы нагрузки раскладываются на составляющие по осям координат и измеряются динамометрами.According to its functional purpose, the frame summarizes the loads acting on the model, as well as on the tape. With the help of a lever system, the loads are decomposed into components along the coordinate axes and are measured by dynamometers.
Основной недостаток механических весов состоит в суммировании аэродинамических нагрузок, действующих на модель и ленты.The main disadvantage of mechanical weights is the summation of the aerodynamic loads acting on the model and the belts.
Известны тензометрические весы (см. В.В. Богданов, B.C. Волобуев. Многокомпонентные тензометрические весы. «Датчики и системы», 2004, №3, стр. 3), состоящие из упругого тела, чувствительных элементов и тензорезисторов, преобразующих деформации чувствительных элементов в электрические сигналы.Known tensometric scales (see VV Bogdanov, BC Volobuev. Multicomponent tensometric scales. "Sensors and Systems", 2004, No. 3, p. 3), consisting of an elastic body, sensitive elements and strain gauges that transform deformations of sensitive elements into electrical signals.
Чувствительные элементы ориентированы так, чтобы деформация элемента, вызванная соответствующей составляющей векторов аэродинамической силы и момента, была максимальной. Тензометрические весы (далее - тензовесы) представляют собой стержневую конструкцию, размещаемую внутри испытываемой модели, к одному концу тензовесов крепится испытываемая модель, а другой конец соединен с поддерживающим устройством и через него с механизмом изменения углового положения модели.Sensitive elements are oriented so that the element deformation caused by the corresponding component of the aerodynamic force and moment vectors is maximum. The strain gauge scales (hereinafter referred to as the tensile weights) are a rod structure placed inside the tested model, the tested model is attached to one end of the tensile weights, and the other end is connected to the supporting device and through it to the mechanism for changing the angular position of the model.
Основной недостаток данного технического решения состоит в невозможности использования ленточной подвески.The main disadvantage of this technical solution is the inability to use a tape suspension.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, состоящее из испытываемой модели, внутримодельных тензовесов, устройства крепления (опоры) в трех точках в виде ленточной подвески, состоящей из трех лент: одной носовой и двух хвостовых и промежуточной рамы, изготовленной в виде вилки с сегментовидными зубьями, между которыми размещены тензовесы плоской конструкции (патент №2287796), которое не чувствительно к аэродинамическим нагрузкам, действующим на ленты. Недостатком этого устройства, является то, что для его использования требуется в каждом случае создавать новую специализированную компоновку внутримодельных тензовесов. Стоимость создания новых тензовесов достаточно высока (приблизительно 6-12 млн. руб.). Другим недостатком этого устройства является необходимость выполнения сквозного отверстия в тензовесах для похождения втулки, соединяющей промежуточную раму с двумя хвостовыми лентами.The closest technical solution adopted for the prototype is a device for measuring the constituent vectors of aerodynamic force and moment, consisting of the tested model, intramodel weights, mounting devices (supports) at three points in the form of a tape suspension, consisting of three tapes: one bow and two tail and intermediate frame, made in the form of a fork with segmented teeth, between which are placed a tensor of a flat design (patent No. 2287796), which is not sensitive to aerodynamic loads, d ystvuyuschim on tape. The disadvantage of this device is that for its use it is necessary in each case to create a new specialized layout of intramodel weights. The cost of creating new weights is quite high (approximately 6-12 million rubles). Another disadvantage of this device is the need to make a through hole in the tensile weights for the sleeve, connecting the intermediate frame with two tail bands.
Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции, позволяющей закрепить внутримодельные тензовесы на ленточной подвеске, а также позволяющей использовать одни и те же (штатные) внутримодельные тензовесы для испытания различных массово-габаритных моделей летательных аппаратов.The objective of the invention is the creation of a design that allows you to fix the intramodel tensile weights on a belt suspension, and also allows you to use the same (regular) intramodel weights for testing various mass-dimensional models of aircraft.
Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение в 5-10 раз по сравнению с внешними весами погрешности измерений, сокращение стоимости испытаний в АДТ и времени на их подготовку.The technical result of the present invention is a 5-10-fold reduction in comparison with external weights of the measurement error, a reduction in the cost of testing in ADT and the time for their preparation.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве для измерения аэродинамической силы и момента модели летательного аппарата, содержащее промежуточную раму, подвешенную в трех точках на лентах, внутримодельные тензовесы с узлами крепления к модели и промежуточной раме, ленточную подвеску с одной носовой или хвостовой и двумя центральными лентами, промежуточная рама выполнена замкнутой формы с охватом тензовесов и узла крепления тензовесов к модели. Крепление промежуточной рамы к носовой (или хвостовой) и двум центральным лентам выполнено при помощи стержней, соединения внутримодельных тензовесов с моделью и промежуточной рамой выполнено с использованием адаптеров, размещенных внутри промежуточной рамы, при этом величина зазоров между моделью и ленточной подвеской, промежуточной рамой и адаптером, соединяющим тензовесы с моделью больше максимальной деформации тензовесов и промежуточной рамы под нагрузкой.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the device for measuring the aerodynamic force and the moment of the model of the aircraft, containing an intermediate frame suspended at three points on the tapes, intramodel weights with attachment points to the model and the intermediate frame, a belt suspension with one nose or tail and with two central tapes, the intermediate frame is closed in shape with a coverage of the tensile weights and the attachment point of the weights to the model. The intermediate frame is fastened to the bow (or tail) and two central ribbons using rods, the connection of intramodel weights with the model and the intermediate frame is made using adapters placed inside the intermediate frame, while the gaps between the model and the belt suspension, the intermediate frame and the adapter connecting the tensile weights with the model is greater than the maximum deformation of the tensile weights and the intermediate frame under load.
Решение задачи и технический результат также достигаются тем, что в качестве адаптера использован узел крепления прямоугольной формы, ширина которого соответствует ширине внутреннего пространства промежуточной рамы, в котором выполнено коническое отверстие, соответствующее посадочному конусу тензовесов.The solution of the problem and the technical result are also achieved by the fact that the adapter used is a rectangular mount, the width of which corresponds to the width of the inner space of the intermediate frame, in which a conical hole is made corresponding to the landing cone of the tensile weights.
Решение задачи и технический результат также достигаются тем, что в качестве стержней для соединения промежуточной рамы с лентами использованы валики.The solution of the problem and the technical result are also achieved by the fact that rollers are used as rods for connecting the intermediate frame to the tapes.
Предложенное устройство поясняется чертежами.The proposed device is illustrated by drawings.
На фиг. 1 приведены схема компоновки внутримодельных тензовесов, модели летательного аппарата и охватывающей промежуточной рамы в двух видах: вид сбоку и вид сверху, а также чертежи конструкции в 4-х сечениях: А-А, Б-Б, В-В, Г-Г.In FIG. Figure 1 shows the layout diagram of the intramodel weights, the aircraft model and the spanning intermediate frame in two types: side view and top view, as well as design drawings in 4 sections: A-A, BB, B-V, G-G.
Устройство (см. Фиг. 1) содержит тензовесы 1, снабженные двумя посадочными конусами 2 и 3, промежуточную раму 4, подвешенную в трех точках при помощи носовой (или хвостовой) ленты 7 и двух центральных лент 8; стержня 9, соединяющего промежуточную раму с носовой (или хвостовой) лентой и двух стержней 10, соединяющих боковины промежуточной рамы 4 с центральными лентами 8. Таким образом, достигается крепление (подвешивание) промежуточной рамы к лентам 7, 8 в трех опорных точках.The device (see Fig. 1) contains a
Устройство также содержит два адаптера 11 и 12. Адаптер 12, посадочный конус 2 тензовесов 1 и набор фиксирующих гаек и винтов (на фигуре 1 не обозначены) образуют узел крепления тензовесов 1 к испытываемой модели 5. Адаптер 11, посадочный конус 3 тензовесов 1 и набор фиксирующих винтов образуют узел крепления тензовесов 1 к промежуточной раме 4.The device also contains two
В качестве конкретного примера реализации адаптера можно предложить адаптер в виде детали прямоугольной формы, ширина которой соответствует ширине внутреннего пространства промежуточной рамы. В этом случае оба адаптера в составе соответствующих узлов крепления могут быть размещены внутри промежуточной рамы, т.е. охватываться ею. В адаптере также выполнено коническое отверстие, соответствующее посадочному конусу тензовесов, так, чтобы было возможно произвести надежное соединение этих конструктивных элементов.As a specific example of the implementation of the adapter, you can offer the adapter in the form of a rectangular part, the width of which corresponds to the width of the inner space of the intermediate frame. In this case, both adapters as part of the respective attachment points can be placed inside the intermediate frame, i.e. covered by it. The adapter also has a conical hole corresponding to the landing cone of the tensile weights, so that it is possible to make a reliable connection of these structural elements.
Промежуточная рама 4 имеет сложную геометрическую форму с отверстиями и вырезами различных размеров и форм (см. Фиг. 1, сечения А-А, Б-Б, В-В, Г-Г). Замкнутая форма промежуточной рамы 4 позволяет охватить как тензовесы 1, так и узел крепления тензовесов к модели 5, т.е. расположить их внутри конструкции рамы. Такая конструкция промежуточной рамы 4 в сочетании с использованием трех стержней 9, 10 для соединения рамы с опорными лентами, позволяет отказаться от выполнения сквозного отверстия в тензовесах для прохождения крепежной втулки, как это имело место в прототипе. Стержни 9, 10 могут иметь различную форму в сечении. Для конкретного варианта реализации устройства стержни изготавливались в виде валиков.The
Между внешней поверхностью тензовесов 1 и внутренней поверхностью промежуточной рамы 4, а также между внутренней поверхностью промежуточной рамы 4, внешней поверхностью адаптера 12 и внутренней поверхностью модели 5 образованы кольцевые зазоры 6 (см. сечение В-В Фиг. 1). Величина зазоров выбирается большей чем величина максимальной деформации весов и рамы под нагрузкой. Т.е. при испытании модели летательного аппарата даже при максимальной деформации тензовесов и промежуточной рамы вышеуказанные части конструкции не должны касаться друг друга.
Устройство работает следующим образом. Измеряемые составляющие X, Y, Z, Мх, Му, Mz векторов аэродинамической силы и момента от модели 5 через адаптер 12 и посадочный конус 2 воздействуют на шестикомпонентные тензовесы 1. Благодаря наличию кольцевого зазора 6 все составляющие полностью воспринимаются тензовесами и измеряются без каких-либо искажений. Далее через посадочный конус 3 и адаптер 11 составляющие векторов X, Y, Z, Мх, Му, Mz замыкаются (воздействуют) на промежуточную раму 4. Промежуточная рама через валики 9 и 10 удерживается в положении равновесия реакциями опор со стороны носовой (хвостовой) 7 и центральных 8 лент.The device operates as follows. The measured components X, Y, Z, M x , M y , M z of the vectors of aerodynamic force and moment from the
Таким образом, промежуточная рама, имеющая одну точку опоры на носовую (хвостовую) ленту и две точки опоры на две центральные ленты, позволяет соединить в одной конструкции тензовесы, ленточную подвеску и модель летательного аппарата.Thus, the intermediate frame, which has one fulcrum on the nose (tail) tape and two fulcrum on the two central ribbons, allows you to combine in one design, the tenders, the belt suspension and the model of the aircraft.
Замкнутая форма промежуточной рамы, охватывающая тензовесы и узел крепления тензовесов к модели и использование двух валиков для соединения боковин опорной рамы с хвостовыми опорными лентами, позволяет отказаться от выполнения сквозного отверстия в тензовесах для прохождения крепежной втулки, что упрощает и удешевляет конструкцию тензовесов. Также такое техническое решение позволяет прикрепить промежуточную раму к модели в центре тяжести модели.The closed form of the intermediate frame, covering the tensile weights and the attachment point of the weights to the model and the use of two rollers for connecting the sides of the support frame with the tail support belts, allows you to refuse to make a through hole in the tensile weights for passing the mounting sleeve, which simplifies and reduces the cost of the construction of the weights. Also, this technical solution allows you to attach the intermediate frame to the model at the center of gravity of the model.
В предложенном устройстве тензовесы с закрепленной на них моделью летательного аппарата представляют консольную компоновку, на которую воздействуют только аэродинамические силы, приложенные к модели ЛА. В результате отсутствует необходимость проведения методических испытаний по определению сопротивления ленточной подвески и учета ее сопротивления при определении аэродинамических характеристик модели.In the proposed device, the tensile weights with the model of the aircraft fixed on them represent a cantilever arrangement, which is affected only by the aerodynamic forces applied to the aircraft model. As a result, there is no need for methodological tests to determine the resistance of the belt suspension and take into account its resistance when determining the aerodynamic characteristics of the model.
Использование адаптеров дает возможность для испытания моделей летательных аппаратов с различными массово-габаритными характеристиками использовать в схеме с ленточной подвеской одни и те же тензовесы. Отсутствует необходимость в изготовлении и использовании дорогостоящих специализированных внутримодельных тензовесов.The use of adapters makes it possible to use the same tensile weights for testing models of aircraft with various mass-dimensional characteristics. There is no need for the manufacture and use of expensive specialized intramodel weights.
Благодаря указанным отличительным признакам, в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат: уменьшение в 5-10 раз по сравнению с внешними весами погрешности измерений, сокращение стоимости измерений аэродинамических сил и моментов, действующих на модель летательного аппарата, установленной в АДТ, а также сокращение времени на подготовку испытаний.Due to the indicated distinguishing features, together with the known (indicated in the restrictive part of the formula), the following technical result is achieved: a 5-10-fold reduction in measurement errors compared to external weights, a reduction in the cost of measuring aerodynamic forces and moments acting on the model of an aircraft, established in ADT, as well as reducing the time for preparation of tests.
Проведенные в аэродинамических трубах ЦАГИ испытания модели летательного аппарата с использованием опытного образца предлагаемого устройства подтвердили работоспособность предложенного изобретения.Conducted in the wind tunnels TsAGI tests of the model of the aircraft using the prototype of the proposed device confirmed the efficiency of the proposed invention.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142111A RU2697570C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Device for measuring aerodynamic force and torque |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142111A RU2697570C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Device for measuring aerodynamic force and torque |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2697570C1 true RU2697570C1 (en) | 2019-08-15 |
Family
ID=67640560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142111A RU2697570C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Device for measuring aerodynamic force and torque |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2697570C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111307401A (en) * | 2020-04-03 | 2020-06-19 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Test device for measuring hinge moment of control surface of axisymmetric ventilation model |
| RU2743778C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-02-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method for determining the non-stationary force and a device for its implementation |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU497497A1 (en) * | 1974-06-07 | 1975-12-30 | Предприятие П/Я М-5539 | Intra-Model Scales |
| JPH109997A (en) * | 1996-06-20 | 1998-01-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Balance for wind tunnel test |
| RU2287796C1 (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment |
-
2018
- 2018-11-29 RU RU2018142111A patent/RU2697570C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU497497A1 (en) * | 1974-06-07 | 1975-12-30 | Предприятие П/Я М-5539 | Intra-Model Scales |
| JPH109997A (en) * | 1996-06-20 | 1998-01-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Balance for wind tunnel test |
| RU2287796C1 (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Богданов В.В., Волобуев B.C. Многокомпонентные тензометрические весы. Ж. "Датчики и системы". N3/2004, с.3, рис.4. Энциклопедия "Авиация", Большая российская энциклопедия. - М., 1994, с.134, с.224. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111307401A (en) * | 2020-04-03 | 2020-06-19 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Test device for measuring hinge moment of control surface of axisymmetric ventilation model |
| RU2743778C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-02-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method for determining the non-stationary force and a device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6161378B2 (en) | System and method for ground vibration test and weight and balance measurement | |
| US7788984B2 (en) | Platform balance | |
| US4107986A (en) | Five component strain gauge balance | |
| JP2014016339A5 (en) | ||
| US5201218A (en) | Flexure two shell with separate axial, six component balance | |
| CN113237661B (en) | Device and method for measuring dynamic test load of wing-mounted engine | |
| RU2697570C1 (en) | Device for measuring aerodynamic force and torque | |
| CN101246063A (en) | Measuring system for space micro-disturbance load of spacecraft | |
| WO2015017806A2 (en) | Two-axis sensor body for a load transducer and platform balance with the same | |
| US5113696A (en) | Wind tunnel variable range balance | |
| CN108398228A (en) | A kind of air-flotation type strain balance | |
| RU2287795C1 (en) | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment | |
| RU2287796C1 (en) | Device for measurement of aerodynamic force vector's components and of moment | |
| RU2681251C1 (en) | Hinge moment of the rejected surface measurement device | |
| US2785569A (en) | Wind tunnel force and moment measuring device | |
| RU127464U1 (en) | STAND FOR MEASURING VERTICAL LOAD AFFECTING THE OBJECT OF AERONAUTICAL ENGINEERING | |
| CN107750329B (en) | Multi-axis force cell sensor body | |
| RU2714529C1 (en) | Device for determining aerodynamic characteristics of a gliding parachute in a wind tunnel | |
| RU178060U1 (en) | Strain gauge dynamometer | |
| RU173826U1 (en) | Prefabricated sleeve for fastening intramodel tensometric scales | |
| US20060191355A1 (en) | Platform balance | |
| JP2007513353A (en) | Platform scale | |
| US3100990A (en) | Two-plane balance | |
| RU2287783C1 (en) | Tensometric balance | |
| GB2063495A (en) | Apparatus for measuring small forces |