ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ СТАКАН

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для повышения точности измерений разности тяговых усилий при испытаниях реактивных сопел.
Известен тензометрический стакан, состоящий из чувствительного элемента выполненного в виде полого тонкостенного цилиндра, на диаметрально противоположных сторонах которого во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно друг друга параллельно оси цилиндра установлены упругие элементы с тензодатчиками - авторское свидетельство №154498, 1989 г. - прототип.
Недостатком прототипа является низкая механическая чувствительность конструкции и значительное влияние температурного воздействия рабочего тела на электрические измерения.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения разности тяговых усилий реактивных сопел, повышение достоверности получаемых результатов экспериментов, сокращение материальных затрат и уменьшение трудоемкости при проведении испытаний.
Цель достигается тем, что тензометрический стакан, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полого тонкостенного цилиндра, на диаметрально противоположных сторонах которого во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно друг друга параллельно оси цилиндра установлены упругие элементы с тензодатчиками, причем упругие элементы с тензодатчиками в каждой плоскости попарно равноудалены от поверхности тензостакана и расположены на выносных кронштейнах. Кроме того выносные кронштейны могут быть съемными и выполненными из нетеплопроводного материала.
На фиг.1 изображена схема усовершенствованного тензометрического стакана.
Усовершенствованный тензометрический стакан содержит корпус 1, выполненный в виде полого цилиндра, восемь выносных кронштейнов 2, по два из которых расположены на диаметрально противоположных сторонах корпуса 1, в плоскости параллельной его оси, а четыре других расположены аналогично в плоскости перпендикулярной к ней (для исследования сопел и сопловых блоков с отклонением вектора тяги).
С одной стороны кронштейны 2 закреплены к корпусу тензостакана 1, на другой (торцевой) стороне, на каждой паре кронштейнов 2 установлены упругие пластины 3 с наклеенными на них тензодатчиками 4. Длина выносных кронштейнов 2, расположенных в разных плоскостях, в общем случае может быть различной, в зависимости от соотношения величин измеряемых усилий в каждой плоскости при каждом конкретном испытании.
Под действием разности сил тяг двух реактивных сопел в упругих элементах 3, расположенных по разные стороны тензостакана в плоскости действия этой разности тяг возникают изгибные напряжения. При этом один тензодатчик из пары сжимается, другой растягивается. Тензодатчиками 4, расположенными на упругих элементах 3 электрический сигнал пропорциональный изгибным напряжениям в упругом элементе 3 преобразуется (вследствие изменения сопротивления тензодатчика) и регистрируется. По величине электрического сигнала судят о величине разности тяговых усилий сравниваемых реактивных сопел.
В процессе работы усовершенствованного тензометрического стакана, один из двух выносных кронштейнов 2 (расположенный со стороны приложения изгибающего момента, возникающего от действия результирующей силы), на котором закреплен упругий элемент 3, имеет большее линейное перемещение (за счет гибкости тонкостенного полого цилиндра), чем другой. При этом в упругом элементе возникают большие деформации, чем при отсутствии выносных кронштейнов, которые
воспринимаются тензодатчиком 4. Чем больше длина выносных кронштейнов 2, тем больше величина линейного перемещения мест закрепления и деформация упругого элемента 3 и тем выше величина полезного электрического сигнала снимаемого с тензодатчика 4.
Величина наибольшего механического напряжения, которое может иметь место в упругом элементе при отсутствии пластических деформаций определяется как:
П
∑
σ=(MY)/(EJ)
∑
П
где σ - механическое напряжение, возникающее в пластине; М - момент силы; Е - модуль упругости; J - суммарный момент инерции; Y- расстояние от оси тензостакана до элемента.
Для различных испытаний, по мере необходимости измерений значительно отличающихся величин измеряемых усилий в разных плоскостях (при одном испытании) предусмотрено применение выносных кронштейнов различной длины. Для этой цели предусмотрено их делать съемными.
С целью исключить теплообмен между поверхностью корпуса тензостакана 1 (полого цилиндра) через который протекает холодный или горячий газ и упругим элементом 3 с расположенным на нем термозависимым тензодатчиком 4, выносные кронштейны выполнены из низкотеплопроводного материала.
В МАИ (ГТУ) на газодинамическом дифференциальном стенде, предназначенном для оценки качества реактивных сопел разработана, внедрена и используется описанная усовершенствованная модификация тензостакана которая обладает рядом преимуществ:
1. повышенный уровень полезного сигнала
2. быстрая переналадка диапазона измерения путем подбора и замены выносных кронштейнов и упругих пластин тензостакана без трудоемкого демонтажа маятникового узла установки.
3. снижение погрешности в измерении разности измеряемых усилий за счет устранения влияния температурного воздействия стенки тензостакана на работу тензодатчиков.
Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение достоверности получаемых результатов и позволяет исследовать более тонкие эффекты, имеющие место в соплах реактивных двигателей, что несомненно обеспечивает положительный экономический эффект.