izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-10-8-13izmertech-1953Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИGENERAL PROBLEMS OF METROLOGY AND MEASUREMENT TECHNIQUESСтатическая составляющая температурной погрешности тензометрических весов: определение коэффициента температурной чувствительностиStatic component of the temperature error of the strain-gauge balance: determination of the temperature sensitivity coeficienthttps://orcid.org/0000-0003-4186-588XГорбушинА. Р.GorbushinA. R.

Антон Роальдович Горбушин

Долгопрудный, Московская обл.

Жуковский, Московская обл.

Anton R. Gorbushin

Dolgoprudny, Moscow region

Zhukovsky, Moscow region

gorbushin.ar@mipt.ruКрапивинаЕ. А.KrapivinaE. A.

Екатерина Александровна Крапивина

Жуковский, Московская обл.

Ekaterina A. Krapivina

Zhukovsky, Moscow region

ekaterina.krapivina@tsagi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6499-9384ТытыкМ. Н.TytykM. N.

Марина Николаевна Тытык

Жуковский, Московская обл.

Marina N. Tytyk

Zhukovsky, Moscow region

marina.tytyk@tsagi.ruМосковский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет); Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. ЖуковскогоРоссияMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University); Central Aerohydrodynamic InstituteRussian FederationЦентральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. ЖуковскогоРоссияCentral Aerohydrodynamic InstituteRussian Federation202116082023010813Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1953

При экспериментальных исследованиях моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах используются высокоточные тензометрические весы, точность показаний которых зависит от температуры. Проанализированы и количественно оценены основные физические факторы, обусловливающие изменение показаний тензометрических весов под воздействием температуры. Рассмотрено влияние статической составляющей температурной погрешности на показания тензометрических весов. Описан метод введения температурных поправок к показаниям тензометрических весов с помощью коэффициента температурной чувствительности. Разработан метод определения коэффициента температурной чувствительности, применяемый в процессе испытаний в аэродинамических трубах в случае отсутствия специализированного калибровочного стенда с термокамерой. Описаны экспериментальное оборудование и процесс исследования шестикомпонентных внутримодельных тензометрических весов и количественно определено влияние статической составляющей температуры на их показания. Характерное значение коэффициента температурной чувствительности составило приблизительно 0,04 %/°C. Изменение показаний тензометрических весов при изменении их температуры на 3–4 °C превышает стандартное отклонение, полученное при калибровке весов. Это изменение показаний является систематической температурной погрешностью тензометрических весов и должно быть исключено из результатов измерений нагрузок весами в виде поправки к коэффициенту чувствительности или электрическому сигналу. Метод определения коэффициента температурной чувствительности компонент силы весов верифицирован результатами взвешивания модели летательного аппарата и метрических частей продольной и нормальной компонент силы весов в аэродинамической трубе.

High precision strain gauge balances are used for the testing of the arcraft models in wind tunnels. The precision of the strain gauge balances depends on the balance temperature. The basic physical factors affecting the balance readings with temperature variation are reviewed and estimated. We considered the effect of static component of the temperature error on the readings of the strain gauge balance. A method of application of temperature corrections to the balance readings by means of the temperature sensitivity coefficient is described. We developed the method of determining coefficient of temperature sensitivity of balance components during a fulfilment of the test campaign in a wind tunnel. The experimental equipment and the experimental investigations carried out are described. The experimental results of determining the effect of the static temperature component on the readings of six-component balance are presented. Characteristic value of the sensitivity coefficient was found to be approximately 0.04 %/°C. It is shown that the standard deviation of the balance readings exceeds the balance calibration standard deviation when the balance temperature varies more than 3–4 °C. The temperature systematic error has to be excluded from results of the balance measurement in the form of correction to the sensitivity coefficient or electrical signal. The method was verified by the results of measurement of the weight of the aircraft model and the weight of the metric parts of the strain-gauge balance’s longitudinal and normal force components in the wind tunnel.

 

аэродинамическая трубамодель летательного аппарататензометрические весытемпературная погрешностьwind tunnelaircraft modelstrain-gauge balancetemperature errorReferencesE wald B. F. R., Measurement Science and Technology, 2000, vol. 11, no. 6, рр. 81–94. https://doi.org/10.1088/0957-0233/11/6/201Ewald B. F. R., Measurement Science and Technology, 2000, vol. 11, no. 6, рр. 81–94. https://doi.org/10.1088/0957-0233/11/6/201Calibration and Use of Internal Strain-Gage Balances with Application to Wind Tunnel Testing, AIAA Rec. Practice, 2020 AIAA R-091A-2020. http s://doi.org/10.2514/4.106019.001Calibration and Use of Internal Strain-Gage Balances with Application to Wind Tunnel Testing, AIAA Rec. Practice, 2020 AIAA R-091A-2020. https://doi.org/10.2514/4.106019.001Богданов В. В., Волобуев В. С. Многокомпонентные тензометрические весы // Датчики и системы. 2004. № 3. С. 3–9.Bogdanov V. V., Volobuev V. S., A multi-component straingage balance, Sensors and Systems, 2004, no. 3, pp. 3–9. (In Russ.)Волобуев В. С., Горбушин А. Р. Первые аэродинамические весы России // Труды ЦАГИ. 2015. Вып. 2744. С. 1–30.Volobuev V. S., Gorbushin A. R., Pervye aehrodinamicheskie vesy Rossii, Trudy TsAGI, 2015, iss. 2744, pp. 1–30. (In Russ.)R hew R., Parker P., 33rd AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conferenc, 5–9 June 2017, Denver, Colorado, AIAA 2017-4427. https://doi.org/10.2514/6.2017-4427Rhew R., Parker P., 33rd AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conferenc, 5–9 June 2017, Denver, Colorado, AIAA 2017-4427. https://doi.org/10.2514/6.2017-4427Буров В. В., Волобуев В. С., Глазков С. А., Чумаченко Е. К. Измерительно-вычислительный комплекс трансзвуковой аэродинамической трубы Т-128 // Датчики и системы. 2010. № 5 (132). С. 20–24.Burov V. V., Volobuev V. S., Glazkov S. A., Gorbushin A. R., Chumachenko E. K., Automation and Remote Control, 2011, vol. 72, pp. 634–641. https://doi.org/10.1134/S0005117911030143Rivers M. B., Rudnik R., Quest J., 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech, 5–9 January 2015, Kissimmee, Florida , AIAA 2015-1093. https://doi.org/10.2514/6.2015-1093Rivers M. B., Rudnik R., Quest J., 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech, 5–9 January 2015, Kissimmee, Florida , AIAA 2015-1093. https://doi.org/10.2514/6.2015-1093Wood M. N., Capps D. S., The accurate measurements of drag in the 8 FT×8 FT tunnel, Aerodynamic data accuracy and quality: requirements and capabilities in wind tunnel testing, AGARD Conferences Proceeding 429, 1985, р. 9.Wood M. N., Capps D. S., The accurate measurements of drag in the 8 FT×8 FT tunnel, Aerodynamic data accuracy and quality: requirements and capabilities in wind tunnel testing, AGARD Conferences Proceeding 429, 1985, р. 9.Frank L., Experience relative to the interaction between balance engineer and the project engineer with regard to measurement uncertainty, Proceedings of a symposium sponsored by the National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., Langley Research Center, Hampton, Virginia, USA, October 22–25, 1996, NASA/CP-1999-209101/PT1, pp. 243–277.Frank L., Experience relative to the interaction between balance engineer and the project engineer with regard to measurement uncertainty, Proceedings of a symposium sponsored by the National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., Langley Research Center, Hampton, Virginia, USA, October 22– 25, 1996, NASA/CP-1999-209101/PT1, pp. 243–277.Бухаров К. Д., Горбушин А. Р., Карташев Ю. В., Петроневич В. В., Судакова И. А., Чернышев С. Л. Апробация весового непрерывного эксперимента в трансзвуковой аэродинамической трубе Т-128 на дозвуковых режимах // Учёные записки ЦАГИ. 2017. Т. XLVIII. № 7. С. 27–45.Bukharov K. D., Gorbushin A. R., Kartashev Yu. V., Petronevich V. V., Sudakova I. A., Chernyshev S. L., TsAGI Science Journal, 2017, vo l. 48, iss.7, pp. 627–647. http s://doi.org/10.1615/TsAGISciJ.2018026242Клокова Н. П. Тензорезисторы: Теория, методика расчёта, разработки. М.: Машиностроение, 1990.Klokova N. P., Tenzorezistory: Teoriya, metodika rascheta, razrabotki, Moscow, Mashinostroenie Publ., 1990. (In Russ.)Богданов В. В., Волобуев В. С., Горбушин А. Р. Исследование тепловой динамики тензометрических весов и разработка методов снижения их температурных погрешностей // Учёные записки ЦАГИ. 2009. Т. XL. № 5. C. 74–81.Bogdanov V. V., Gorbushin A. R., Volobuyev V. S., TsAGI Science Journal, 2009, vol. 40, iss. 5, pp. 619–629. https://doi.org/10.1615/TsAGISciJ.v40.i5.80Волобуев В. С., Горбушин А. Р., Судакова И. А., Тихомиров В. И. Два способа калибровки тензометрических весов на калибровочных стендах ЦАГИ // Учёные записки ЦАГИ. 2017. Т. XLVIII, № 2. С. 62–70.Volobuyev V. S., Gorbushin A. R., Sudakova I. A., Tikhomirov V. I., TsAGI Science Journal, 2017, vol. 48, iss. 2, pp. 187–197. https://doi.org/10.1615/TsAGISciJ.2017021104Q uest J., Schimanski D., 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 06–09 January 2003, Reno, Nevada, AIAA 2003-755. https://doi.org/10.2514/6.2003-755Quest J., Schimanski D., 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 06–09 January 2003, Reno, Nevada, AIAA 2003-755. https://doi.org/10.2514/6.2003-755Simpson J., Landman D., Giroux R., Zeisset M., Hall B., Rhew R., 2005 U.S. Air Force T&E Days, 06–08 December 2005, Nashville, Tennessee, AIAA 2005-7601. https://doi.org/10.2514/6.2005-7601Simpson J., Landman D., Giroux R., Zeisset M., Hall B., Rhew R., 2005 U.S. Air Force T&E Days, 06–08 December 2005, Nashville, Tennessee, AIAA 2005-7601. https://doi.org/10.2514/6.2005-7601Toro K., Burns D., Parker P. A., 2018 Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, June 25–29, 2018, Atlanta, Georgia, AIAA 2018-4108. https://doi.org/10.2514/6.2018-4108Toro K., Burns D., Parker P. A., 2018 Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, June 25–29, 2018, Atlanta, Georgia, AIAA 2018-4108. https://doi.org/10.2514/6.2018-4108Landman D., Toro K. G., Commo S. A., Lynn K. C., Journal of Aircraft, 2015, vol. 52, no. 3. https://doi.org/10.2514/1.C032930Landman D., Toro K. G., Commo S. A., Lynn K. C., Journal of Aircraft, 2015, vol. 52, no. 3. https://doi.org/10.2514/1.C032930Горбушин А. Р. Метод учёта влияния веса модели и веса динамометра на показания тензометрических весов // Учёные записки ЦАГИ, 2009. Т. XL. № 4. С. 63–70.Gorbushin A. R., TsAGI Science Journal, 2009, vol. 40, iss. 4, pp. 485–495. https://doi.org/10.1615/TsAGISciJ.v40.i4.70Туманов А. Т. Авиационные материалы. Справочник в 9 т. Т. 1. Конструкционные стали. М.: ВИАМ. ОНТИ, 1975.Tumanov A. T., Aviatsionnye materialy, Handbook in 9 volums, vol. 1 Konstruktsionnye stali, Moscow, VIAM, ONTI Publ., 1975. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.