Brevet FR2516239A1 — publié le 19830513

L'invention concerne un appareil pour la r sure de plusieurs composantes de force, en particulier de compc santes dues à des forces d'un milieu en écoulement qui agissent sur un corps de mesure, comprenant un porte-objet, un système de palier dans lequel le porte-objet est guidé de manière à pouvoir pivoter, tourner et se mouvoir horizontalement et verti calement et est maintenu dans chacune de ces directions par au moins un dispositif de mesure de force. Par la demande de brevet allemand DE-OS 26 24 647, on connaît un appareil pour la mesure de plusieurs composantes de force qui présente, pour le porte-objet, un sys- tème de paliers formé de trois dispositifs de guidage Entre ce trois dispositifs de guidage sont prévus des paliers hydrostati ques qui permettent un mouvement duporte-objet dans tous les sens Etant donné que le porte-objet aussi bien que les disposi tifs de guidage sont maintenus par des dispositifs de mesure de force, on peut détecter et déterminer toutes les composantes de forces agissant sur l'objet de mesure. Le but de l'invention est à la fois de per fectionner un tel appareil pour la mesure de plusieurs composan tes de force en ce qui concerne la précision de mesure et de le simplifier sur le plan de la structure concrète Ce problème es résolu par le fait que le guide du porte-objet se présente sous la force d'un cylindre qui est guidé hydrostatiquement dans le système de palier de manière à pouvoir tourner et se mouvoir longitudinalement selon l'axe Z et que le cylindre est relié à la fois à un entraînement en rotation et à un dispositif de mesure d'angle de rotation. Grâce à ces mesures selon l'invention, on obtient très avantageusement, en même temps qu'une grande préci sion de mesure, une construction particulièrement compacte de l'appareil de mesure dans son ensemble, l'appareil étant en out: plus simple quant à sa structure concrète et plus économique qui les appareils antérieurement connus pour la mesure de plusieurs composantes de force. Selon un autre mode d'exécution avantageux de l'invention, l'entraînement en rotation est relié, par l'in- termédiaire d'un bras de couple qui lui est relié, à un dis- positif de mesure de force Grace à cette mesure, les forces ou moments qui agissent sur le bras de couple peuvent être mesurés de façon particulièrement précise avec des moyens réduits. D'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description donnée ci- après, d'un exemple d'exécution représenté schématiquement par les dessins sur lesquels la figure 1 montre en coupe longitudinale un ap- pareil pour la mesure de plusieurs composantes de force selon l'invention; la figure 2 une coupe transversale suivant la ligne A-B de la figure 1. L'appareil représenté par les dessins, servant à mesurer plusieurs composantes de force, se compose d'un cylin- dre 1 constituant un guide et qui présente à son extrémité supérieure un carter 2 qui a la forme d'une boite et dans lequel un porte-objet sphérique 3 est monté de manière à pou- voir tourner et pivoter entre des paliers hydrostatiques 4. Le cylindre 1 est à son tour guidé hydrostatiquement dans des paliers de pivotement 5 et 6, de manière à pouvoir tourner et se mouvoir longitudinalement selon l'axe Z Le palier de pivotement 5 est lui-même également guidé et mobile en direc- tion horizontale, dans des paliers hydrostatiques 7 Au cy- lindre de guidage 1 est fixée une couronne dentée 8 qui est reliée, par l'intermédiaire d'une roue dentée 9 et d'une trans- mission 10, à un moteur d'entraînement 11 Cet entraînement en rotation, formé des éléments d'entraînement 8,'9, 10 et 11, est disposé avec interposition d'un palier 12 sur un bras de couple 13 qui, comme le montre la figure 2, est à son tour guidé et mobile verticalement, c'est-à- dire parallèlement à l'axe Z, dans un palier hydrostatique 14 Le palier hydrosta- tique 14 est disposé à l'extérieur d'un carter cylindrique 15 qui relie l'un à l'autre les deux paliers hydrostatiques de pivotement 5 et 6. Vers le bas, le cylindre de guidage 1 est fermé par un couvercle 16 qui s'appuie, par l'intermédiaire d'un palier hydrostatique 17 muni d'un prolongement 18, sur une traverse 19 qui, à son extrémité droite, est maintenue de manière à pouvoir pivoter vers le bas par une barrette 20. Pour permettre de détecter et de mesurersans rétroaction les composantes de force ou moments MX, MY, MZ qui agissent, dans le fonctionnement de l'appareil de mesure selon l'invention, sur le corps de mesure non représenté, relié solidairement au porte-objet 3, des transmetteurs de valeur mesurée 21, 22 et 23 sont disposés sur le carter 2 et sont reliés au porte-objet 3 par l'intermédiaire d'éléments de transmission 24, 25 et 26 et de bras de couple 27, 28 A l'aide des transmetteurs de valeur mesurée 21, 22 et 23, on peut très avantageusement détecter et déterminer avec préci- sion les vecteurs forces X, YI, Y 2 et Z ainsi que les moments MX, MY autour de l'axe vertical et le moment MZ autour de l'axe horizontal Comme transmetteurs de valeur mesurée, on peut très avantageusement utiliser à cet effet des transduc- teurs électromécaniques de force à jauge extensométrique fonctionnant en compression ou en traction ou des transduc- teurs piézoélectriques de force de compression. Pour permettre aussi de détecter ou de mesurer avec précision les forces agissant en direction verticale sur le corps de mesure et donc sur le porte-objet 3, à l'ex- trémité inférieure gauche de l'appareil de mesure selon L'in- vention représenté par les dessins, il est prévu un trans- metteur de valeur mesurée 29 qui est relié, par l'intermé- diaire d'un élément de liaison 30, à la traverse 19, au prolongement 18, au palier 17, au couvercle 16 et au cylin- dre de guidage 1 Etant donné que le bras de couple 13, relié au cylindre de guidage 1 par l'intermédiaire de l'en- traînement en rotation, est guidé sans frottement dans le palier hydrostatique 14, parallèlement à l'axe Z, on peut, à l'aide du transmetteur de valeur mesurée 29, mesurer ou déterminer de façon très précise les forces agissant en direction verticale sur le corps de mesure Le transmetteur de valeur mesurée 29 peut éventuellement aussi être disposé très avantageusement juste en dessous du prolongement 18 de sorte que l'on peut supprimer la traverse, les éléments de liaison etc Pour mesurer les forces agissant en direction horizontale sur le corps de mesure, sont prévus au moins deux transmetteurs de valeur mesurée 31, de préférence déca- lés l'un par rapport à l'autre d'un angle de 90 qui s'ap- puient, par l'intermédiaire d'éléments de liaison 32, sur le palier de pivotement 5 dans lequel le cylindre 1 et le porte- objet 3 sont guidés. En outre, à l'aide de l'entraînement en rotation formé des éléments 8, 9, 10 et 11, on peut très avantageuse- ment faire tourner à volonté, autour de l'axe Z, le cylindre de guidage 1 avec le porte-objet 3 et le corps de mesure fixé à celui-ci Pour permettre aussi de détecter et de me- surer les forces agissant sur le corps de mesure, et qui se transmettent au cylindre de guidage 1 et agisssent dans le sens de rotation autour de l'axe Z, un dispositif de mesure d'angle de rotation,-non représenté plus précisément, est incorporé très avantageusement à l'entraînement en rotation. Pour la mesure des forces qui se transmettent au bras de couple 13 par l'intermédiaire du cylindre de guidage 1 et de l'entraînement en rotation est également prévu un disposi- tif de mesure de force 33 qui, tel que le montre la figure 2, est intégré au bras de couple 13. L'appareil de mesure selon l'invention sert surtout à déterminer des forces aérodynamiques qui agissent par exemple sur un corps de mesure essayé dans une souffle- rie et qui peut être par exemple une maquette d'avion, un élément de construction aéronautique ou spationautique, ou une maquette de véhicule automobile, de construction éle- vée et/ou de parties de celle-ci. L'appareil de mesure selon l'invention, tel qu'il est en particulier représenté sur les dessins, permet donc d'une part très avantageusement de mesurer de façon très précise et en particulier sans rétroaction toutes les forces qui agissent sur le corps de mesure et se distin- gue en outre spécialement par sa construction ramassée et donc peu encombrante. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la mesure de plusieurs com- posantes de force, en particulier de composantes dues à des forces d'un milieu en écoulement qui agissent sur un corps de mesure, comprenant un porte-objet, un système de palier dans lequel le porte-objet est guidé de manière à pouvoir pivoter, tourner et se mouvoir horizontalement et vertica- lement et est maintenu dans chacune des directions par au moins un dispositif de mesure de force, appareil carac- térisé en ce que le guide du porte-objet ( 3) se présente sous la forme d'un cylindre ( 1) qui est guidé hydrostatique- ment dans le système de paliers ( 5,6) de manière à pouvoir tourner et se mouvoir longitudinalement selon l'axe Z et que le cylindre ( 1) est relié à la fois à un entraînement en rotation ( 8, 9, 10, 11) et à un dispositif de mesure d'angle de rotation. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que l'entraînement en rotation ( 8,9,10,11) est relié, par l'intermédiaire d'un bras de couple ( 13) qui lui est relié, à un dispositif de mesure de force ( 33) ou se présente sous la forme d'un-tel dispositif. 3. Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bras de couple ( 13) est guidé paral- lèlement à l'axe Z le long d'au moins une surface de palier hydrostatique ( 14). 4. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le cylindre ( 1) présente à son extrémité supérieure un carter ( 2) se pré- sentant sous forme d'une boite et dans lequel un porte-objet sphérique ( 3) est monté de manière à pouvoir tourner et pivoter entre des paliers hydrostatiques ( 4) et se trouve maintenu par des bras de moment ( 27, 28) , par l'intermédiaire de transmetteurs de valeur mesurée ( 21, 22, 23).