Статическая составляющая температурной погрешности тензометрических весов: определение коэффициента температурной чувствительности

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.

1. E wald B. F. R., Measurement Science and Technology, 2000, vol. 11, no. 6, рр. 81–94. https://doi.org/10.1088/0957-0233/11/6/201

2. Calibration 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/10.2514/4.106019.001

3. Богданов В. В., Волобуев В. С. Многокомпонентные тензометрические весы // Датчики и системы. 2004. № 3. С. 3–9.

4. Волобуев В. С., Горбушин А. Р. Первые аэродинамические весы России // Труды ЦАГИ. 2015. Вып. 2744. С. 1–30.

5. 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/10.2514/6.2017-4427

6. Буров 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.

7. Rivers 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/10.2514/6.2015-1093

8. 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.

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.

10. 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.

11. Клокова Н. П. Тензорезисторы: Теория, методика расчёта, разработки. М.: Машиностроение, 1990.

12. 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.

13. Волобуев 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.

14. Q uest J., Schimanski D., 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 06–09 January 2003, Reno, Nevada, AIAA 2003-755. https://doi.org/10.2514/6.2003-755

15. Simpson 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/10.2514/6.2005-7601

16. Toro 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/10.2514/6.2018-4108

17. Landman D., Toro K. G., Commo S. A., Lynn K. C., Journal of Aircraft, 2015, vol. 52, no. 3. https://doi.org/10.2514/1.C032930

18. Горбушин А. Р. Метод учёта влияния веса модели и веса динамометра на показания тензометрических весов // Учёные записки ЦАГИ, 2009. Т. XL. № 4. С. 63–70.

19. Туманов А. Т. Авиационные материалы. Справочник в 9 т. Т. 1. Конструкционные стали. М.: ВИАМ. ОНТИ, 1975.