ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ШАРНИРНЫХ МОМЕНТОВ

Полезная модель относится к области аэромеханических измерений и может быть использована для измерения шарнирных моментов, действующих на взлетно-посадочную механизацию аэродинамических моделей летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы.
Известен «Способ измерения шарнирного момента управляемой поверхности» CN 102901595 [1], содержащий руль, первый и второй валы, установленные на крыле модели летательного аппарата, основание весов установлено на фюзеляже модели самолета, а весы соединены с первым валом. На втором валу установлен подшипник, который крепится к крылу, а основание весов крепится к фюзеляжу винтами.
Недостатком известной конструкции является искажение измеряемой величины, обусловленное недостаточно жестким креплением аэродинамического отклоняемого элемента.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Устройство измерения шарнирного момента отклоняемой поверхности» RU 2681251 [2], содержащее тензовесы, установленные на отклоняемой поверхности, измерительную головку, расположенную на оси вращения, хвостовик.
Известное устройство имеет большую жесткость по сравнению с [1].
Недостатком известного устройства являются повышенные габариты, низкая надежность, низкая эффективность.
Техническим результатом предлагаемого решения является снижение габаритов, повышение надежности и эффективности.
Технический результат достигается тем, что датчик измерения шарнирных моментов, содержащий тензовесы, установленные на отклоняемой поверхности, измерительную головку, расположенную на оси вращения, хвостовик,  характеризуется тем, что головка состоит из балки по существу квадратного сечения, ось балки совпадает с осью вращения, в центральной части балки, между противоположными гранями, расположено минимум одно сквозное отверстие, а тензодатчик наклеивается на внешней поверхности  грани балки, перпендикулярной граням с входом и выходом отверстий, напротив центральной части цилиндрического сквозного отверстия.
На фиг. 1 показана измерительная балка, общий вид; на фиг. 2 показаны максимальные касательные напряжения, полученные расчетным путем, где:
1 – балка квадратного сечения:
2 – отверстия;
3 – место установки тензорезистора;
4 – максимальные касательные напряжения для балки без отверстий;
5 – максимальные касательные напряжения для балки с отверстиями.
Устройство работает следующим образом: измерительная головка расположена на оси поворота управляемой поверхности, один конец соединен с управляемой поверхностью, другой с хвостовиком, закрепленным на крыле или фюзеляже испытываемого летательного аппарата (не показан).
Центральная часть балки 1 имеет в целом квадратное сечение. Наличие фасок на углах не оказывает существенного влияния на работу устройства. От одной грани до противоположной расположены сквозные цилиндрические отверстия 2. Напротив сквозных цилиндрических отверстий, на грани, перпендикулярной граням с выходами отверстий, расположено место установки тензорезистора 3. Максимальные касательные напряжения для балки без отверстий показаны 4, для балки с отверстиями показаны 5.
Ось отверстий может быть наклонной по отношению к перпендикуляру к входной и выходной граням отверстий. Наклон оси отверстий служит для повышения жесткости упругого элемента и дополнительного повышения собственной частоты датчика.
Отверстий может быть два, причем углы наклона отверстий не совпадают, что позволит дополнительно повысить чувствительность датчика.
Технический результат – снижение габаритов достигается тем, что устройство монтируется на оси балки, причем сама балка может иметь относительно небольшие размеры при достаточно больших максимальных нагрузках. Повышение надежности и эффективности достигается повышением собственной частоты датчика.
Промышленное применение. Испытания, проведенные с помощью измерительно-вычислительного комплекса ИВК-М2 в рамках программного пакета «Поток» показали, что среднеквадратическое отклонение единичного измерения составляет 0,0005758. Что, при доверительном интервале 0,95, соответствует приведенной погрешности 0,012%.
В результате работы спроектированы и изготовлены датчики крутящего момента, предназначенные для испытаний модели летательного аппарата в аэродинамической трубе Т-203. Реализация на эффекте сдвиговых деформаций позволила добиться высокой точности и достоверности результатов испытаний.