JPS5937450B2 - Hinge moment measuring device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 風洞試験において航空機飛昇体等の操舵翼のヒンジ周り
のモーメント荷重（以下ヒンジモーメントという）を計
測するのにヒンジモーメント天秤は、通常翼内又は胴体
に内蔵され、スペース的な制約がある上舵面の舵角変化
時の荷重特性も正しく把握することが要求されるため、
舵角変化機構部のガタ、摩擦、剛性不足等による計測値
への影響が多く、精度低下を来たすことが普通であり、
新技術の開発が望まれている。[Detailed Description of the Invention] In wind tunnel tests, a hinge moment balance is usually built into the wing or fuselage to measure the moment load around the hinge of the control wing of an aircraft flying object (hereinafter referred to as hinge moment), and it takes up less space. It is necessary to accurately understand the load characteristics when the steering angle changes on the upper control surface, which has certain restrictions.
Measured values are often affected by backlash, friction, lack of rigidity, etc. in the steering angle changing mechanism, and it is normal for accuracy to decrease.
Development of new technology is desired.

従来のヒンジモーメント天秤装置の−例を第１図に示す
と、０１は固定板００に突設された平行ブラケット、０
３は回動板０２に突設された平行ブラケット、０４は平
行ブラケット０１と平行ブラケット０３とを互いに枢着
する枢着軸、０５は枢着軸０４をブラケット０３に固定
するピン、０６は枢着軸０４をブラケット０１に回動自
在に嵌着する球軸受、ＯＴは一端がブラケット０１に球
軸受０８により回動自在に嵌着された軸０９に嵌着され
、他端が軸０４に嵌挿されピン０１０によりこれに固着
され央部の上下面にストレンゲージ０４３が貼着された
モーメント天秤、０１２は一端がモーメント天秤に固着
され他端の平板部が変角金物０１３を介して回動板０２
に固着された取付金物、０１４は回動板０２に固着され
た操舵翼である。An example of a conventional hinge moment balance device is shown in FIG. 1. 01 is a parallel bracket protruding from a fixed plate 00;
3 is a parallel bracket protruding from the rotating plate 02, 04 is a pivot shaft that pivotally connects the parallel bracket 01 and parallel bracket 03 to each other, 05 is a pin that fixes the pivot shaft 04 to the bracket 03, and 06 is a pivot shaft. A ball bearing that rotatably fits the shaft 04 to the bracket 01, OT has one end fitted to the shaft 09 rotatably fitted to the bracket 01 by a ball bearing 08, and the other end fitted to the shaft 04. A moment balance 012 is inserted and fixed to it by a pin 010, and a strain gauge 043 is affixed to the upper and lower surfaces of the central part.One end of the moment balance 012 is fixed to the moment balance, and the flat plate part of the other end is rotated via a bending metal fitting 013. Board 02
The mounting hardware 014 is a steering blade fixed to the rotary plate 02.

第３図ａは第２図のモーメント天秤の部分図で操舵翼０
１４に働く荷重Ｆが枢着軸０４の中心断面■において、
等価的にヒンジ周りのモーメントＭ、揚力ｚ、抗力Ｘの
３分力荷重に分解されて天秤０１に作用する力学的等価
関係を示す。Figure 3a is a partial view of the moment balance in Figure 2, and the steering blade is 0.
The load F acting on the pivot shaft 04 is at the center cross section ■ of the pivot shaft 04,
It shows a dynamically equivalent relationship that is equivalently decomposed into three component force loads: moment M around the hinge, lift force z, and drag force X, and acts on the balance 01.

このような装置によつて、変角金物０１３の選択により
操舵翼０１４に所望の仰角を与え、風洞により操舵翼０
１４に働く空気力学的荷重を加えると、モーメント天秤
ＯＴは曲げを受けて、第３図をで示すようなモーメント
分布を生ずる。そこでストレゲージ０１１を通る断面■
におけるモーメントをストレンゲージ０１１で計測する
ことにより、断面■におけるヒンジモーメントＭを求め
ることができる。しかしながら、このような計測装置で
は （１）各部材の組立部のガタ、可動部の摩擦等が直接モ
ーメント天秤に伝達されるのでヒステリシス、感度、直
線性、再現性等の天秤特性が悪く、高精度のヒンジモー
メント計測が不可能である。With such a device, a desired elevation angle is given to the steering blade 014 by selecting the variable angle hardware 013, and the steering blade 014 is given a desired elevation angle in a wind tunnel.
Upon application of an aerodynamic load acting on 14, the moment balance OT undergoes bending resulting in a moment distribution as shown in FIG. Therefore, the cross section passing through strain gauge 011■
By measuring the moment at with the strain gauge 011, the hinge moment M at the cross section ■ can be determined. However, in such a measuring device, (1) backlash in the assembled parts of each member, friction in the movable parts, etc. are directly transmitted to the moment balance, resulting in poor balance characteristics such as hysteresis, sensitivity, linearity, and reproducibility; Accurate hinge moment measurement is not possible.

（２）断面のヒンジ点に同時に作用する揚力Ｚ、抗力Ｘ
等ヒンジ周りのモーメント以外の荷重による影響が無視
されているので特に最近の薄形翼等でヒンジ機構部の剛
性が高くとれない場合のヒンジモーメントの計測は要求
稍度を満たすことが困難である。（３）ヒンジ点におけ
る最大モーメントを直接に歪検出するものでないので、
天秤剛性上不利でありかつまた合理的でない。(2) Lifting force Z and drag force X acting simultaneously on the hinge point of the cross section
Since the influence of loads other than the moment around the hinge is ignored, it is difficult to measure the hinge moment to meet the required precision, especially when the hinge mechanism cannot be highly rigid, such as with recent thin wings. . (3) Since the strain does not directly detect the maximum moment at the hinge point,
This is disadvantageous in terms of balance rigidity and is also unreasonable.

等の問題があつた。There were other problems.

本発明はこのような事情に鑑みて、関係部材のガタ及び
摩擦、操舵翼に働く抗力、揚力等の影響を極小として高
精度でヒンジモーメントを計測することのできるヒンジ
モーメント計測装置を提供することを目的とするもので
、それぞれ固定板部材及び可動板部材の両側対向端をそ
れぞれ互いに枢着するとともに両部材をモーメントビー
ムをもつて連結することにより弾性丁番を構成したもの
において、上記モーメントビーム上であつて上記丁番の
枢着軸線の通る位置にストレンゲージを貼着するととも
に上記モーメントビームの端部附近に部分的薄肉部を設
けここにストレンゲージを貼着したことを特徴とする。In view of these circumstances, the present invention provides a hinge moment measuring device that can measure the hinge moment with high precision while minimizing the effects of backlash and friction of related members, drag acting on the steering blade, lift, etc. The purpose is to construct an elastic hinge by pivotally connecting opposite ends of a fixed plate member and a movable plate member to each other, and connecting both members with a moment beam, in which the above-mentioned moment beam The present invention is characterized in that a strain gauge is attached at a position on the top where the pivot axis of the hinge passes through, and a partially thinned portion is provided near the end of the moment beam, and the strain gauge is attached thereto.

本発明の一実施例を図面について説明すると、まず第４
，５図において、０は一端の両側部に枢支端１，１′を
突設した固定板、２は一端の両側部に枢支端３，３′を
突設した回動板、４，４′はそれぞれ枢支端１及び３，
１′及び３／を枢着する同一軸線上の２本の軸で軸４，
４′によつて枢着されることにより固定板０と回動板２
とは丁番を構成する。One embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings.
, 5, 0 is a fixed plate with pivot ends 1, 1' protruding from both sides of one end, 2 is a rotating plate with pivot ends 3, 3' protruding from both sides of one end, 4, 4' are pivot ends 1 and 3, respectively;
1' and 3/ on the same axis, shaft 4,
The fixed plate 0 and the rotating plate 2 are pivotally connected by 4'.
constitutes a hinge.

６，６′はそれぞれ軸４，４′を枢支端１，「に回動自
在に嵌着する球軸受、７は固定板０の央部に穿設された
長手方向の平行スリツト１６，１６と後述する薄肉部１
７，１７とによつて固定板０上に区劃形成されたモーメ
ントビーム、１１，１「はストレンゲージ、１２は固定
板０の突出端、１３は回動板２と固定板０の突出端１２
との間に介装され両部材を所望の角度関係に固定するた
めの変角金物、１４は回動板２に固定された操舵翼、１
５はモーメントビーム７の固着端付近に削製された薄肉
部、１７，１７／は固定板０上であつて軸４，４／の軸
線が通る部分に上下面より削製された薄肉部である。6 and 6' are ball bearings that rotatably fit the shafts 4 and 4' into the pivot ends 1 and 2, respectively; 7 is a longitudinal parallel slit 16 and 16 bored in the center of the fixed plate 0; and thin wall portion 1, which will be described later.
7 and 17 define a moment beam on the fixed plate 0, 11 and 1'' are strain gauges, 12 is the protruding end of the fixed plate 0, and 13 is the protruding end of the rotating plate 2 and the fixed plate 0. 12
14 is a steering blade fixed to the rotary plate 2;
5 is a thin walled part cut near the fixed end of the moment beam 7, 17, 17/ is a thin walled part cut from the top and bottom surfaces on the fixed plate 0, where the axes of the shafts 4, 4/ pass through. be.

このような装置を用いて操舵翼１４の風洞試験を行うと
きは操舵翼１４に働く空気力学的荷重Ｆは第６図ａに示
すようにモーメントビーム７において丁番の枢軸線を通
る断面（以下断面という）上に作用するヒンジモーメン
トＭ、抗力Ｘ及び揚力Ｚの３つの力に分解することがで
きる。When conducting a wind tunnel test of the steering blade 14 using such a device, the aerodynamic load F acting on the steering blade 14 is determined by the cross section passing through the pivot axis of the hinge at the moment beam 7 (hereinafter referred to as It can be decomposed into three forces: hinge moment M, drag force X, and lift force Z acting on the cross section).

通常、操舵翼に作用する空気力学的荷重Ｆは操舵翼の前
縁側にあり、枢軸点に近く断面に作用する抗力Ｘと揚力
ｚは大きい。したがつて、これらの力Ｘ及びｚが薄肉部
１７だけに作用するとなると強度上そのヒンジ剛性を高
くとる必要があるし、またそうすればモーメントビーム
７に入るモーメントがそれぞれ減少することとなるので
、結局出力不足であるとともにヒンジモーメント以外の
外力による干渉を大きく受けることとならざるを得ない
。この点本発明では、薄肉部１ｒとは別に独立の球軸受
６を設け、断面上に作用するモーメント以外の荷重をこ
の軸受に負狽させることにより、薄肉部１７及びモーメ
ントビーム７には軸受６の嵌合隙間及び撓みに相当する
荷重だけが作用するようにしたのでヒンジモーメント以
外の荷重に基因する影響を極小としたヒンジモーメント
の計測が可能である。したがつて、断面に作用するモー
メントとして、薄肉部１７の曲げ剛性による微小モーメ
ント及び軸受６の回転摩擦による微小モーメントを除く
すべてのモーメントがビーム１に伝達されることとなる
。また揚力Ｚ及び抗力Ｘの大部分は軸受６を経て固定板
２の取付部に伝達され、軸受６の嵌合隙間及び剛性不足
によつて生ずる枢軸の変位による曲げ又は引張・圧縮歪
だけがモーメントビーム７にヒンジモーメントＭと同時
に伝達される。したがつて、モーメントビーム７に作用
するヒンジモーメントＭは、第６図ｂに示すモーメント
分布となり、断面で最大値Ｍｍとなり、薄肉部１５を通
る断面で零となる。Usually, the aerodynamic load F acting on the steering blade is on the leading edge side of the steering blade, and the drag force X and lift force z acting on the cross section near the pivot point are large. Therefore, if these forces X and z are to act only on the thin walled portion 17, it is necessary to increase the hinge rigidity for strength, and if this is done, the moment entering the moment beam 7 will be reduced. In the end, the output is insufficient, and there is no choice but to receive a large amount of interference from external forces other than the hinge moment. In this regard, in the present invention, an independent ball bearing 6 is provided separately from the thin wall portion 1r, and the load other than the moment acting on the cross section is applied to this bearing. Since only the load corresponding to the fitting gap and deflection is applied, it is possible to measure the hinge moment with minimal effects caused by loads other than the hinge moment. Therefore, as moments acting on the cross section, all moments other than the minute moment due to the bending rigidity of the thin wall portion 17 and the minute moment due to the rotational friction of the bearing 6 are transmitted to the beam 1. In addition, most of the lift force Z and drag force X are transmitted to the mounting part of the fixed plate 2 through the bearing 6, and only the bending or tensile/compressive strain due to the displacement of the pivot shaft caused by the fitting gap and insufficient rigidity of the bearing 6 is the moment. It is transmitted to the beam 7 at the same time as the hinge moment M. Therefore, the hinge moment M acting on the moment beam 7 has a moment distribution as shown in FIG.

このようにモーメントビーム７上のヒンジモーメントが
零となる断面は断面に作用するヒンジモーメントＭに影
響されない点としてモーメント荷重以外の荷重の計測に
重要な意味を有し、断面の位置はモーメントビームの断
面変化による剛性比及び長さ比等材料力学的量を適宜選
定することにより所望の位置に定め得る。揚力ｚによる
曲げモーメントは、第６図（ｃ）に示すように、モーメ
ントビーム７の付根部を通る断面１で最大値Ｍｚとなり
、断面で零となる。In this way, the cross section where the hinge moment on the moment beam 7 becomes zero has an important meaning in measuring loads other than moment loads as it is not affected by the hinge moment M acting on the cross section, and the position of the cross section is A desired position can be determined by appropriately selecting material mechanical quantities such as the rigidity ratio and length ratio due to cross-sectional changes. As shown in FIG. 6(c), the bending moment due to the lifting force z reaches a maximum value Mz at the cross section 1 passing through the root of the moment beam 7, and becomes zero at the cross section.

したがつて、断面は揚力Ｚに影響されない点として揚力
ｚ以外の荷重の計測に重要な意味を持ち、モーメントビ
ーム７の材料力学的性質に無関係に定まり揚力ｚの作用
点と一致する。抗力Ｘによる引張・圧縮はモーメントビ
ーム７の各断面で一定であり、モーメントビーム１の材
料力学的性質に無関係である。したがつて、ヒンジモー
メントＭは断面に生ずる曲げ歪を直接にストレンゲージ
１，『により、次に揚力Ｚは断面に生ずる曲げ歪を直接
ストレンゲージ１１により、更に抗力Ｘは断面又はに生
ずる引張・圧縮歪をストレンゲージ１１又は１「により
それぞれ独立に検出することができ、揚力ｚ及び抗力Ｘ
のヒンジモーメントＭに及ぼす干渉に対して、補正する
ことができることとなり、ここに本発明は高稍度のヒン
ジモーメントの計測を可能とする理論的基礎がある。Therefore, the cross section has an important meaning in measuring loads other than the lift force Z as a point that is not affected by the lift force Z, and is determined regardless of the material mechanical properties of the moment beam 7 and coincides with the point of action of the lift force Z. The tension and compression caused by the drag force X are constant in each cross section of the moment beam 7 and are unrelated to the material mechanical properties of the moment beam 1. Therefore, the hinge moment M is the bending strain that occurs in the cross section directly by the strain gauge 11, the lift force Z is the bending strain that occurs in the cross section directly by the strain gauge 11, and the drag force X is the tensile force that occurs in the cross section. Compressive strain can be detected independently by strain gauge 11 or 1'', and lift force z and drag force
This means that it is possible to compensate for the interference exerted on the hinge moment M, and this is the theoretical basis of the present invention that makes it possible to measure highly difficult hinge moments.

本発明は航空機の操舵翼の外、自動車の・・ンドル、車
軸、船の推進器軸等のモーメント荷重の計測に適用して
好適である。The present invention is suitable for application to measuring moment loads on the outside of the steering wing of an aircraft, the steering wheel of an automobile, the axle, the propulsion shaft of a ship, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は公知のヒンジモーメント天秤装置の一例を示す
平面図、第２図は第１図の一に沿つた断面図、第３図ａ
は第２図に示すモーメント天秤の部分図、第３図ｂは第
３図ａに加えられたヒンジモーメントの分布図、第４図
は本発明の一実施例を示す平面図、第５図は第４図のＶ
−Ｖに沿つた断面図、第６図ａは第５図に示すモーメン
トビームの部分図、第６図ｂは第６図ａに作用するヒン
ジモーメントの分布図、第６図ｃは第６図ａに作用する
揚力の影響によるモーメント分布図である。 ０・・・・・・固定板、１，１′ ，３，３′・・・・
・・枢支部６２・・・・・・回動板、４，４′・・・・
・・枢着軸、６，６′・・・′・・球軸受、７・・・・
・・モーメントビーム、１１，１１・・・・・・ストレ
ンゲージ、１２・・・・・・突出端、１３・・・・・・
変角金物、１４・・・・・・操舵翼、１５・・・・・・
薄肉部、１６・・・・・坪行スリツト、１７・・・・・
・薄肉部。Fig. 1 is a plan view showing an example of a known hinge moment balance device, Fig. 2 is a sectional view taken along the line 1 in Fig. 1, and Fig. 3 a.
is a partial view of the moment balance shown in FIG. 2, FIG. 3b is a distribution diagram of the hinge moment applied to FIG. 3a, FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. V in Figure 4
6a is a partial view of the moment beam shown in FIG. 5, FIG. 6b is a distribution diagram of the hinge moment acting on FIG. 6a, and FIG. FIG. 3 is a moment distribution diagram due to the influence of lift acting on a. 0... Fixed plate, 1, 1', 3, 3'...
...Pivotal part 62...Rotating plate, 4,4'...
...Pivot shaft, 6,6'...'...Ball bearing, 7...
...Moment beam, 11,11...Strain gauge, 12...Protruding end, 13...
Bending hardware, 14... Steering blade, 15...
Thin wall part, 16... Tsubo row slit, 17...
・Thin wall part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ それぞれ固定板部材及び回動板部材の両側対向端を
それぞれ互いに枢着するとともに両部材をモーメントビ
ームをもつて連結することにより弾性丁番を構成したも
のにおいて、上記モーメントビーム上であつて上記丁番
の枢着軸線の通る位置にストレンゲージを貼着するとと
もに上記モーメントビームの端部附近に部分的薄肉部を
設けここにストレンゲージを貼着したことを特徴とする
ヒンジモーメント計測装置。1. In an elastic hinge constructed by pivoting opposite ends of a fixed plate member and a rotating plate member to each other and connecting both members with a moment beam, A hinge moment measuring device characterized in that a strain gauge is attached to a position where the pivot axis of the hinge passes, and a partially thinned part is provided near the end of the moment beam, and the strain gauge is attached thereto.