KR20060132859A - 윈드 터널용 플랫폼 밸런스 - Google Patents

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리차드 에이 마이어
더글라스 제이 올손
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엠티에스 시스템즈 코포레이숀
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Abstract

본 발명은 복수 방향의 힘 및 모멘트를 전달하기에 적합한 플랫폼 밸런스(10)에 관한 것이다. 플랫폼 밸런스(10)는 대형 차량과 같은 테스트 견본을 윈드 터널과 같은 테스트 환경에서 지지하기에 적합하게 되어 있다. 플랫폼 밸런스(10)는 프레임 지지부(12, 14)와, 이 프레임 지지부(12, 14)에 결합된 적어도 3개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서(40, 40A)를 구비한다. 각각의 트랜스듀서(40, 40A)는 2개의 수직 감지축에 대하여 민감하다. 트랜스듀서(40, 40A)는 적어도 2개의 수직축에 대하여 힘 및 모멘트를 표시하는 신호를 제공하도록 협력한다. 각각의 트랜스듀서(40, 40A)는 순응 축을 따라 센서 바디(42)에 결합된 지지부(46, 48)를 갖는 트랜스듀서 바디를 포함한다. 센서 바디(42)는 감지축이 순응 축에 대하여 상호 수직으로 있는 2개의 수직 감지축의 둘레에서 편향되도록 되어 있다.

Description

윈드 터널용 플랫폼 밸런스{PLATFORM BALANCE FOR WIND TUNNEL}
본 발명은 3개의 직교축을 따른 선형 힘 및 직교축을 중심으로 하는 모멘트를 전달하고 측정하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 윈드 터널 내부와 같은 테스트 환경에 있는 테스트 견본(test specimen)에 가해지는 힘 및 모멘트를 측정하기에 특히 적합한 장치에 관한 것이다.
많은 용례에서 하중, 즉 힘과 모멘트 모두를 정확하고 정밀하게 측정하는 것이 매우 중요하다. 여러 가지 모멘트 및 힘을 측정할 필요가 있는 통상의 용례로는, 윈드 터널에서 테스트 견본을 테스트하는 것이 있다. 윈드 터널의 구멍(pit)에 위치된 플랫폼 밸런스에 테스트 견본을 배치할 수 있다. 플랫폼 밸런스는 단지 축소 모형의 차량 아닌, 실제 차량 또는 기타 대형 테스트 견본을 수용하기에 적합하게 될 수 있다. 축소 모형의 차량이 아닌 실제의 차량으로 인하여, 설계자는 단순한 예상 측정치 대신에 원형(prototype)의 실제 측정치를 결정할 수 있다. 테스트 견본이 휠을 구비한 차량인 경우에, 플랫폼 밸런스는 휠을 회전시키는 롤링 벨트를 구비할 수 있고, 이로 인하여 측정 정확도를 현저히 개선할 수 있다.
윈드 터널 내에서 플랫폼 밸런스 상의 테스트 견본에는 6개 성분(component)의 힘과 모멘트가 작용한다. 이들 6개의 성분은 양력, 항력, 측력, 피칭 모멘트, 요잉(yawing) 모멘트 및 롤링 모멘트로서 알려져 있다. 테스트 견본에 작용하는 모멘트와 힘은 일반적으로 성분에 민감한 트랜스듀서에 의해 3개의 힘 성분과 3개의 모멘트 성분으로 분해된다. 각각의 트랜스듀서는 휘트스톤 브리지 회로(Wheatstone bridge circuits)를 형성하도록 함께 연결되는 스트레인 게이지와 같은 센서를 수반한다. 센서를 적절하게 연결함으로써, 결과적인 휘트스톤 브리지 회로의 언밸런스를 3개의 힘 성분과 3개의 모멘트 성분의 판독치로 분해할 수 있다.
플랫폼 밸런스는 추가의 보정 없는 부정확한 측정을 유도할 수 있는 테스트 환경의 각종 물리적 성질에 민감하게 되는 경향이 있다. 예컨대, 윈드 터널 내에서의 온도 과도(temperature transient)로 인하여 트랜스듀서에 부정적 영향을 끼칠 수 있는 플랫폼 밸런스의 열팽창이 초래될 수 있다. 또한, 대형 테스트 견본은 트랜스듀서에 큰 스러스트 하중을 발생시키기 쉬운데, 이 스러스트 하중은 부정확한 측정을 초래할 수 있다. 따라서, 대형 테스트 견본과 사용하기에 적합한 플랫폼 밸런스의 개발에 대한 요구가 계속적으로 존재한다.
본 발명은 복수 방향의 힘 및 모멘트를 전달하기에 적합한 플랫폼 밸런스에 관한 것이다. 플랫폼 밸런스는 대형 차량과 같은 테스트 견본을 윈드 터널과 같은 테스트 환경에 지지하기에 적합하게 되어 있다. 플랫폼 밸런스는 프레임 지지부와, 이 프레임 지지부에 결합된 적어도 3개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서를 구비한다. 각각의 트랜스듀서는 2개의 수직 감지축(sensed axis)에 대하여 민감하다. 트랜스듀서는 적어도 두 직교축에 대한 힘 및 모멘트를 나타내는 신호를 제공하도록 협력한다. 일례에 따르면, 프레임 지지부는 제1 둘레 프레임(perimeter frame)과 제2 둘레 프레임을 구비한다. 본 예의 플랫폼 밸런스는 제1 둘레 프레임을 제2 둘레 프레임에 결합하는 4개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서를 구비한다. 2개의 수직 감지축에 대하여 민감한 트랜스듀서는 프레임 지지부에 열팽창 효과가 나타나지 않으며, 3개의 수직 감지축에 대하여 민감한 트랜스듀서에 존재하는 큰 스러스트 하중을 회피한다.
본 발명은 또한 순응 축(axis of compliance)을 따라 센서 바디에 결합된 지지부를 구비하는 트랜스듀서에 관한 것이다. 센서 바디는, 감지축이 유연한 축에 대하여 상호 수직으로 있는 두 수직 감지축을 중심으로 편향되도록 되어 있다. 일 양태에 따르면, 지지부는 순응 축을 따라 센서 바디의 양측에 배치되는 한 쌍의 클레비스 절반부를 구비한다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 플랫폼 밸런스의 평면도이고,
도 2는 추가의 특징을 포함하고 테스트 견본을 수용하기에 적합한 도 1의 플랫폼 밸런스의 입면도이고,
도 3은 도 2의 플랫폼 밸런스의 예시적인 테스트 견본을 구비하는 플랫폼 밸런스의 정면도이고,
도 4는 본 발명에 따라 구성되고 도 1의 플랫폼 밸런스에 구비된 트랜스듀서의 평면도이고,
도 5는 도 4의 트랜스듀서의 정면도이고,
도 6은 도 4의 트랜스듀서의 측면도이고,
도 7은 도 4의 트랜스듀서의 일부의 상세도이고,
도 8은 본 발명에 따라 구성된 다른 트랜스듀서의 측면도이다.
본 발명은 3개의 직교축을 따른 선형 힘 및 그 직교축 둘레에서의 모멘트를 전달하고 측정하는 장치 및 구조에 관한 것이다. 도면을 포함한 본 명세서는 여러 예시적인 실시예를 참고로 하여 플랫폼 밸런스와 이에 구비된 트랜스듀서를 개시하고 있다. 예컨대, 본 명세서는 이하에서 설명하는 다중-부품 트랜스듀서 조립체에 부착된 프레임 지지부에 대하여 설명하고 있다. 그러나, 본 발명이 다른 장치나 구조 및 트랜스듀서에서도 또한 구현될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 본 발명은 다시 예시적인 목적으로 프레임 지지부 및 트랜스듀서 조립체에 대하여 설명하고 있다. 당업자가 예상하거나 고려할 수 있는 다른 예를 이하에서 설명한다. 본 발명의 범위는 일부 실시예, 즉 본 발명의 상세한 설명에 개시된 실시예로 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 이하의 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다. 개시 생략한 변형의 구조를 포함하여 실시예에 대한 다양한 변형이 있을 수 있고, 이러한 변형은 여전히 청구범위의 사상 내에 있다.
본 발명의 플랫폼 밸런스(10)의 예시적인 실시예가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 예시된 실시예에 있어서, 플랫폼 밸런스(10)는 제1 프레임 지지부(12)와 제2 프레임 지지부(14)를 구비한다. 복수의 트랜스듀서 조립체(16)〔3개 또는 그 이상의 임의의 개수가 사용될 수 있지만 본 예에서는 3개를 사용〕가 제1 프레임 지지부(12)를 제2 프레임 지지부(14)에 결합한다. 플랫폼 밸런스(10)를 사용하여 차량, 엔진, 비행기 등의 통상의 대중량 또는 대질량의 테스트 견본에 적용된 힘 및 모멘트를 측정할 수 있다. 프레임 지지부(12, 14)는 통상적으로 비응력의 반응 프레임이며, 각각의 트랜스듀서는 2축 힘 트랜스듀서를 포함한다. 대질량을 통상적으로 지지하면서 감도를 증가시키기 위하여 플랫폼 밸런스(10)에 다양한 수준의 절연된 굴곡부(flexure isolation)를 제공할 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 트랜스듀서 조립체 중 하나가 40으로 도시되어 있고, 각각의 트랜스듀서 조립체(16)는 유사하게 구성되는 것이 바람직하다. 트랜스듀서 조립체(40)는 센서 바디(42)와 클레비스 조립체(44)를 구비한다. 클레비스 조립체(44)는 제1 클레비스 절반부(46)와 제2 클레비스 절반부(48)를 구비한다. 센서 바디(42)는 클레비스 절반부(46, 48) 사이에 배치되어 있고 적절한 파스너에 의해 함께 접합되어 있다. 도시된 실시예에 따르면, 파스너는 클레비스 절반부(48), 센서 바디(42) 및 클레비스 절반부(46)의 각각의 구멍(48A, 42A, 46A)을 관통하는 볼트 또는 나사 형성 로드(50)를 포함한다. 로드(50)의 단부(53)에는 너트(51)가 마련되어 있고, 나사 형성 로드(50)의 단부(54)에 수퍼 너트(52)가 나사 체결된다. 복수 세트의 나사(56)가 너트(52)의 구멍을 관통하여 클레비스 절반부(46)의 단부에 결합한다. 멈춤 나사(56)를 체결함으로써, 너트(52) 자체를 사용하는 경우보다 각각의 멈춤 나사에 낮은 토크 값을 유지하면서 높은 클램핑 압력을 효율적으로 달성할 수 있다. 클레비스(46, 48)의 중앙부가 구멍(46A, 42A, 48A) 주변에서 센서 바디(42)의 중앙부와 결합하거나 접촉하고 있지만, 클레비스 절반부(46, 48) 각각과 센서 바디(42) 사이에 다른 간극을 마련하여 센서 바디(42)를 클레비스 절반부(46, 48)에 대하여 상대 이동시킬 수 있다는 것에 주목한다.
센서 바디(42)는 바람직하게는 일체형이며, 소정 재료의 단일 블록으로 형성된다. 센서 바디(42)는, 본 명세서의 구멍(42A)을 포함한 릿지형 중앙 허브(60)와, 이 중앙 허브와 동축으로 또는 그 둘레에 배치되는 릿지형 둘레 바디(62)를 구비한다. 복수의 굴곡 구조체(64)〔다른 형태를 사용할 수도 있지만, 본 명세서에서는 굴곡 빔(64〕가 중앙 허브(60)를 둘레 바디(62)에 접합한다. 도시된 실시예에 따르면, 복수의 굴곡 빔(64)은 4개의 스트랩(71, 72, 73, 74)을 포함한다. 각각의 스트랩(71-74)은 대응 종방향 축(71A, 72A, 73A, 74A)을 따라 중앙 허브(60)로부터 둘레 바디(62)로 반경 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 축(71A)은 축(73A)에 정렬되어 있고, 축(72A)은 축(74A)에 정렬되어 있다. 또한, 축(71A, 73A)은 축(72A, 74A)에 수직이다. 복수의 굴곡 빔(64)이 4개의 스트랩을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 중앙 허브(60)를 둘레 바디(62)에 접합하기 위하여 3개 또는 그 이상의 임의의 수의 스트랩을 사용할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 바람직하게는, 굴곡 빔(64)은 중앙 축(85)을 중심으로 동일한 각도 간격을 두고 있다.
굴곡 부재(81, 82, 83, 84)가 각 굴곡 빔(71, 74)의 단부를 둘레 바디(62)에 각각 접합한다. 굴곡 부재(81, 84)는 대응 종방향 축(71A, 74A)을 따라 각 대응 굴곡 빔(71, 74)의 변위를 따라 반응한다. 도시된 실시예에 따르면, 굴곡 부재 (81, 4)는 서로 동일하고, 일체로 형성된 굴곡 스트랩(86, 88)을 포함한다. 굴곡 스트랩(86, 88)은 각 종방향 축(71A-74A)의 양측에 위치되어 있고, 대응 굴곡 빔(71-74) 및 둘레 바디(62)에 접합된다.
검출 장치가 센서 바디(62)의 부분의 변위 또는 변형을 측정한다. 도시된 센서 바디에 있어서, 복수의 변형율 센서(90)가 굴곡 빔(64)에 장착되어 굴곡 빔 내부의 변형율을 검출한다. 전단 응력을 표시하기 위하여 복수의 센서(90)를 복수의 굴곡 빔(64)에 위치시킬 수 있지만, 도시된 실시예에서는 통상적으로 변형율 센서를 장착하여 굴곡 빔(64)에서의 굽힘 응력을 표시하는 출력 신호를 제공한다. 도시된 실시예에서는, 8개의 변형율 센서가 각 트랜스듀서(40)의 센서 바디(42)에 마련되어, 2개의 통상적 휘트스톤 브리지를 형성한다. 굴곡 빔(71, 73)에 마련된 변형율 센서로부터 통상적으로 제1 휘트스톤 브리지 또는 감지 회로가 형성되고, 굴곡 빔(72, 74)에 마련된 변형율 센서로부터 제2 휘트스톤 브리지 또는 감지 회로가 형성된다. 복수의 센서(90)는 각각의 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 그러나, 굴곡 빔(64), 또는 필요에 따라 각 스트랩(86, 88)과 같은 센서 바디(42)의 다른 부분의 변형 또는 변위를 측정하기 위하여 광학 기초 센서 또는 용량형 센서와 같은 다른 형태의 검출 장치를 또한 사용할 수도 있다.
검출 장치로부터의 출력 신호는 중앙 허브(60)와 둘레 바디(62) 사이에서 전달된 힘 성분을 2 자유도로 표시한다. 설명의 편의상, X축(97A)이 종방향 축(71A, 73A)과 정렬되어 있고, Z축(97B)이 수직 축(72A, 74A)와 정렬되어 있고, Y축(97C)이 축(85)과 정렬되어 있는 좌표계(97)를 정의할 수 있다.
도시된 실시예에 따르면, 각각의 트랜스듀서 조립체(16)는 2개의 힘을 측정한다. 구체적으로, 굴곡 빔(71, 73)의 단부상에서 굴곡 부재(81, 83)가 X 방향으로 순응하기 때문에, X축을 따른 힘을 굴곡 빔(72, 74)에서 발생한 굽힘 응력으로서 측정할 수 있다. 마찬가지로, 굴곡 빔(72, 74)의 단부상에서의 굴곡 부재(82, 84)가 Z 방향으로 순응하기 때문에, Z축을 따른 힘을 굴곡 빔(71, 73)에서 발생한 굽힘 응력으로서 측정할 수 있다.
트랜스듀서(40)는 또한, 클레비스 조립체(44)에 굴곡부가 마련되기 때문에 축(85)을 따라 순응한다. 도시되 실시예에 따르면, 클레비스 조립체(44)는 실질적으로 동일한 클레비스 절반부(46, 48)로 형성된다. 도시된 실시예에서, 센서(42)는 트랜스듀서 바디의 "내부 부재"이다. 다른 실시예를 고려할 수 있다. 예컨대, 단일의 클레비스 절반부를 단독으로 또한 사용할 수 있다. 또한, 도 8과 관련하여 후술하는, 2개의 센서에 연결된 내부 부재로서 단일의 클레비스 절반부를 또한 사용할 수 있다.
도시된 실시예에 따르면, 각각의 클레비스 절반부(46, 48)는 도시된 실시예에서 관통 구멍(46A, 48A)이 마련된 중앙 허브(102)와, 경질의 외부 바디(104)를 포함한다. 굴곡 메커니즘에 의해 경질 중앙 허브(102)와 외부 바디(104)가 결합된다. 도시된 실시예에서, 복수의 굴곡 스트랩(106)에는, 중앙 허브(102)로부터 외부 바디(104)의 제1 부분(104A)으로 연장되는 제1 쌍의 굴곡 스트랩(111, 112)과, 중앙 허브(102)로부터 외부 바디(104)의 제2 부분(104B)으로 연장되는 제2 쌍의 굴곡 스트랩(113, 114)이 마련되어 있다. 그러나, 필요에 따라 축(85)을 따라 순응 하도록 경질 중앙 허브(102)와 외부 바디(104) 사이에 다른 형태의 굴곡 부재 또는 메커니즘을 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 형태로는, 다이어프램과 같은 다른 일체의 굴곡 메커니즘이나, 슬라이드 또는 피벗 연결부와 같은 가요성 커플링을 갖는 다부품 조립체를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 각 트랜스듀서 조립체(40)의 센서 바디(42)가 프레임 지지부(12)에 접합되어 있고, 각 트랜스듀서 조립체(40)의 클레비스 절반부(46, 48) 각각이 프레임 지지부(14)에 접합되어 있다. 도시된 실시예에 따르면, 센서 바디(42)를 프레임 지지부(12)에 결합하는 데에 장착 플레이트(120)가 사용되고, 클레비스 절반부(46, 48)를 프레임 지지부(14)에 결합하는 데에 장착 플레이트(122)가 사용된다. 이러한 방식으로, 프레임 지지부(12)는 내부 둘레 프레임을 제공하고, 프레임 지지부(14)는 외부 둘레 프레임을 제공한다. 장착 플레이트(120, 122)를 사용함으로써, 프레임 지지부(12, 14)를 수용할 수 있으며, 이로써 플랫폼 밸런스(10)의 전체 높이를 줄일 수 있다.
각각의 프레임 지지부(12, 14)는 대응하는 강성 조립체를 제공하도록 둘레에 형성된 연속적인 중공 박스 빔을 포함한다. 프레임 지지부(12)는 센서 바디(42)를 서로에 대하여 소정의 위치에 유지하고, 프레임 지지부(14)는 클레비스 조립체(44)를 서로에 대하여 소정의 위치에 유지한다. 도시된 바와 같이 프레임 지지부(12)에는 강성의 박스 프레임 부재(124)가 또한 제공될 수 있다.
당업자라면 이해할 수 있듯이, 각 트랜스튜서 조립체(16)의 2축 감지 회로 각각으로부터의 출력은 플랫폼 밸런스에 대한 힘 및 모멘트를 6 자유도로 표시하는 출력을 검출하거나 제공하도록 조합될 수 있다. 클레비스 조립체(44)의 굴곡 메커니즘으로 인하여, 트랜스듀서(16)는 굴곡 부재(81-84)가 센서 바디(42)에 순응(compliance)을 제공하는 방식과 유사한 방식으로 동작하게 된다.
플랫폼 밸런스(10)용의 좌표계가 도 1 및 2에 131로 도시되어 있다. 트랜스듀서 조립체(40B, 40D)가 X축 방향으로 순응하기 때문에, 트랜스듀서 조립체(40A, 40C)로부터의 출력 신호는 X축을 따른 힘을 측정하는 데에 사용된다. 마찬가지로, 트랜스듀서 조립체(40A, 40C)가 Y축 방향으로 순응하기 때문에, 트랜스듀서 조립체(40B, 40D)로부터의 출력 신호는 Y축을 따른 힘을 측정하는 데에 사용된다. 모든 트랜스듀서 조립체(40A-40D)로부터의 출력은 Z축을 따른 힘을 측정하는 데에 사용된다. X축 둘레에서의 오버터닝 모멘트는 트랜스듀서 조립체(40A, 40C)로부터의 출력 신호로부터 측정되고, Y축 둘레에서의 오버터닝 모멘트는 트랜스듀서 조립체(40B, 40D)로부터의 출력 신호로부터 측정되고, Z축 둘레에서의 오버터닝 모멘트는 트랜스듀서 조립체(40A-40D)로부터의 출력 신호로부터 측정된다. 프로세서(180)는 트랜스듀서(40)의 검출 회로로부터 출력 신호를 수신하여 통상적으로 수직 좌표계(131)에 대하여 원하는 힘 및/또는 모멘트를 계산한다.
전술한 바와 같이, 플랫폼 밸런스는 4개의 2축 트랜스듀서 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 특별한 구조는 4개의 3축(또는 그 이상) 트랜스듀서 조립체를 구비하는 실시예에 비하여 이점을 가질 수 있다. 실험 중에 또는 터널 온도 과도 중에 서로에 대한 프레임 지지부(12, 14)의 열팽창을 회피하는 것 이외에도, 플랫폼 밸런스(10)는 4개의 트랜스듀서 조립체의 각각에 대한 비교적 큰 스러스트 하중을 거절할 필요가 없다〔클레비스 굴곡부는 모두 (축 86을 따라) 스러스트가 매우 완만하며, 그에 따라 x 또는 y 측 하중이 인가될 때에 2개의 수직 2-축 트랜스듀서 조립체로의 하중을 발산시킨다〕. 이로 인하여, 플랫폼 밸런스(10)는, 조립체가 3개 또는 그 이상의 3축 트랜스듀서 조립체에서와 같이 플랫폼 밸런스 주변의 4개의 트랜스듀서 조립체의 위치에서 작용하여 스러스트를 측정하는 경우보다 2축 센서 바디(42) 각각에서 4개의 감지 굴곡 스트랩을 위하여 더욱 최적으로 조정될 수 있다. 이러한 구조로 인하여, 수직 굴곡 빔의 횡축 치수 및 I/C를 감도를 최적화하도록 독립적으로 변경시킬 수 있다. 예컨대, 2개의 스트랩은 다른 2개의 스트랩보다 두꺼울 수 있고, 또한 다양한 두께로 있을 수 있다. 트랜스듀서 조립체가 3축 트랜스듀서이고, 상기와 같이 구성되는 경우에, 서로 동일 직선으로 있는 빔 중 2개는 보다 강성이 강할 수 있고, 수직 쌍으로부터 상이한 출력을 제공할 수 있으며, 그에 따라 센서 거동을 오프-축 또는 조합 하중에 따라 생소하게 할 수 있다. 스러스트를 측정하고 스러스트에 반응해야 할 필요가 없으므로 보다 큰 응력 및 변형율의 구조가 가능하게 되는데, 그 이유는 내부 중앙 허브에 대한 빔 루트 연결부(beam root connections)에서 추가의 축에 굽힘을 부가하는 제2 굽힘 응력 텐서(tensor)가 없기 때문이다. 다시 감도, 해상도 및 높은 신호 대 잡음 비율이 높을수록, 절대 성분 및 측정 성분 모두의 서로에 대한 범위성이 더욱 확장된다.
다른 실시예에 따르면, 과도 진행 정지 메커니즘이 각각의 트랜스듀서 조립체(16)에 마련되어 클레비스 조립체(44)의 굴곡 메커니즘 또는 센서 바디(42)에 대한 손상을 방지한다. 다시 도 4-6을 참조하면, 클레비스 조립체(44)에 대한 센서 바디(42)의 상대 변위를 제한하도록 하나 이상의 핀(140)이 마련된다. 도시된 실시예에 따르면, 클레비스 절반부(46, 48)와 센서 바디(42) 각각에는 구멍(46B, 48B 42B)이 마련되어 있다. 핀(140)은 예컨대 압력 끼워맞춤에 의해 센서 바디(42)에 고정되며, 그에 따라 핀(140)의 연장부는 클레비스 절반부(46, 48)의 구멍(46B, 48B) 내로 연장되고, 내벽으로부터 명목상 간격을 두고 있다. 센서 바디(42)의 변위 가능한 부분의 변위가 클레비스 절반부(46, 48)의 바디에 대한 소정의 상대 변위를 초과하면, 핀(140)의 연장부는 클레비스 절반부(46 및/또는 48)에 마련된 구멍(46B 및/또는 48B)의 내벽과 접촉하고, 이로써 센서 바디(42)의 둘레 바디(62)와 클레비스 절반부(46, 48)의 외부 바디(104)를 결합하여 굴곡 스트랩 또는 메커니즘에 대한 손상을 방지한다. 과도 진행 방지를 위하여 둘레 바디(62)가 클레비스 절반부(46 및/또는 48)로부터 적절한 간격을 두고 있을 수 있다는 점에 주목한다. 특히, 둘레 바디(62)는 축(85)을 따른 변위가 소정의 거리를 초과하는 경우에, 클레비스 절반부(46 및 48)에 결합될 수 있다.
센서 바디(42)와 클레비스 절반부(46, 48)를 임의의 적절한 재료로 형성할 수 있지만, 일 실시예에서는, 센서 바디(42)는 강으로 제조되고, 클레비스 절반부는 알루미늄으로 제조된다. 각각의 핀(140)은 경화강으로 제조될 수 있으며, 필요에 따라 핀(140)의 먼 부분에 결합하도록 경화 부싱이 클레비스 절반부(46, 48)의 구멍(46B, 48B)에 제공될 수 있다. 클레비스 절반부(46, 48)에 형성된 구멍(46B, 48B)의 내벽과 핀(140)의 분산 접촉을 보장하기 위하여, 핀(140)의 연장부에는 도 7에 도시된 바와 같이 섕크부(153)에 대하여 만곡면 또는 구면(151)이 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
의도한 용례에 따라서, 센서 바디(42)와 클레비스 절반부를 일체의 바디로서 형성될 수 있다는 것을 또한 주목해야 한다.
도 8은 트랜스듀서의 변형예, 즉 트랜스듀서(40A) 및 대응 바디를 도시하고 있다. 동일 부품에는 동일한 도면 부호를 병기하고 있다. 본 실시예에 따르면, 도 4 내지 도 6의 클레비스 절반부(46) 중 하나가 내부 부재로 된다. 도 4 내지 도 6의 2개의 센서 부재(42)가 클레비스 절반부로 된다. 이전의 실시예와는 달리 본 실시예에서는, 내부 부재는 장착되어 있지 않다. 오히려, 이전의 실시예의 센서 부재의 구조는 센서가 구비되어 있지만, 본 실시예에서는 클레비스 절반부로서 기능한다. 스트레인 게이지(90)와 같은 적절한 센서가 여전히 센서 부재(42)에 연결되어 있다. 도시된 실시예는 도 4 내지 도 6의 실시예보다 2배 많은 센서(90)를 구비하고 있다. 가용 출력을 제공하기 위하여, 센서 신호는 당업계에 잘 알려져 있는 휘트스톤 브리지에서의 신호를 조합하거나 합산하는 등의 방법에 의해 각각의 트랜스듀서에서 조합될 수 있다. 도 8의 구조는 도 4 내지 도 6의 실시예보다 (좌표계에 표시된) y 방향으로 보다 강하다. 그러나, 도 4 내지 도 6의 실시예는 도 8의 실시예보다 x축 둘레에서의 모멘트가 강하다.
플랫폼 밸런스(10)는 윈드 터널과 같은 환경에서 차량과 같은 대형 테스트 견본에 작용하는 힘 및/또는 모멘트를 측정하는 데에 특히 적합하다. 이러한 용례 또는 유사한 용례에서, 플랫폼 밸런스(10)는 프레임 지지부(12, 14)를 테스트 견본 및 그라운드 지지 메커니즘으로부터 절연시키는 굴곡부(170)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 4개의 굴곡부(170)가 각각의 트랜스듀서 조립체(40) 사이에 마련되어 있고, 이들 트랜스듀서 조립체는 플레이트(120)에 결합된다. 마찬가지로, 4개의 굴곡부(172)가 장착 플레이트(122)에 결합되어 있다. 이로써, 굴곡부(170, 172)는 프레임 지지부(12, 14)를 절연시킨다. 굴곡부(170, 172)는 일반적으로 각각의 대응 트랜스듀서 조립체(40)의 센서 바디(42)와 정렬되어 있다.
테스트 견본의 공칭 정적 질량(static mass), 도로 상황과 같은 작동 환경의 다른 성분, 모의 장치 및 플랫폼 밸런스 자체의 성분을 지지하기 위하여 일반적으로 카운터 밸런스 시스템 또는 조립체가 제공된다. 카운터 밸런스 시스템은 에어백, 유압 또는 공압 장치, 또는 풀리가 있는 케이블 및 카운터 웨이트와 같은 많은 형태 중 임의의 것을 취할 수 있다. 카운터 밸런스 시스템의 중요한 특징은, 트랜스듀서 조립체(40)에 의한 감도 또는 측정에 영향을 끼치지 않을 정도로 매우 유연하여 테스트 견본에 작용하는 모든 힘 및 모멘트를 측정할 수 있다는 것이다. 도시된 실시예에서, 카운터 밸런스 시스템은 액추에이터(190)로 개략적으로 도시되어 있다.
플랫폼 밸런스(10)는 윈드 터널내에서 차량 또는 기타 대형 테스트 견본에 작용하는 힘을 측정하는 데에 특히 적합하게 사용된다. 그러한 용례에 있어서, 도로 상의 롤링 벨트(182)는 굴곡 부재(170)에 결합된 중간 프레임(184)에 의해 지지되어 있다. 도로 상의 롤링 벨트(182)는 차량의 타이어를 지지한다. 일부 실시예에 따르면, 차량의 모든 타이어에 대하여 단일의 도로 상의 롤링 벨트가 사용된다. 플랫폼 밸런스(10)와 도로 상의 롤링 벨트 조립체(182)는 윈드 터널의 구멍(pit)에 위치되어 있고, 테스트 견본, 예컨대 차량을 윈드 터널의 바람에 대하여 선택적으로 회전시킬 수 있는 회전 가능한 메커니즘(186)에 장착되어 있다.
이상 여러 실시예를 참고로 하여 본 발명을 설명하였다. 전술한 상세한 설명 및 실시예는 단지 이해를 돕기 위한 것이다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 개시된 실시예를 수정할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명한 상세한 구조 및 개략적 구조로 한정되지 않고, 오히려 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 한정된다.

Claims (20)

  1. 복수 방향의 힘 및 모멘트를 전달하기에 적합한 플랫폼 밸런스로서,
    이 플랫폼 밸런스는
    프레임 지지부와, 이 프레임 지지부에 결합되며 적어도 3개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서를 구비하며, 각각의 트랜스듀서는 2개의 수직 감지축(sensed axis)에 대하여 민감하고, 적어도 3개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서는 적어도 2개의 직교축에 대한 힘 및 모멘트를 표시하는 신호를 제공하도록 협력하는 것인 플랫폼 밸런스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임 지지부는 제1 둘레 프레임(perimeter frame)과 제2 둘레 프레임을 구비하고, 적어도 3개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서는 제1 둘레 프레임을 제2 둘레 프레임에 결합시키는 4개의 간격을 두고 있는 트랜스듀서를 포함하는 것인 플랫폼 밸런스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 둘레 프레임에 결합되어 그라운드 지지부에 결합하도록 되어 있는 제1 세트의 굴곡부와, 제2 둘레 프레임에 결합되어 테스트 견본에 결합하도록 되어 있는 제2 세트의 굴곡부를 더 포함하는 플랫폼 밸런스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 세트의 굴곡부는 휠이 있는 테스트 견본에 결합하 도록 되어 있는 벨트 프레임에 결합되는 것인 플랫폼 밸런스.
  5. 제2항에 있어서, 각각의 트랜스듀서는 제2 둘레 프레임에 결합된 센서 바디와, 제1 둘레 프레임에 결합된 지지부를 포함하고, 상기 센서 바디는 지지부에 결합되어 있고, 상기 지지부는 순응 축(axis of compliance)에서 순응하며, 순응 축은 각 트랜스듀서의 감지축에 수직인 것인 플랫폼 밸런스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지부는 순응 축을 따라 센서 바디의 양측에 배치된 2개의 클레비스 절반부를 구비하는 것인 플랫폼 밸런스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 둘레 프레임은 2개의 클레비스 절반부에 결합되어 있는 것인 플랫폼 밸런스.
  8. 제5항에 있어서, 상기 지지부는 순응 축을 따라 센서 바디의 소정 측면에 배치된 단일의 클레비스를 포함하는 것인 플랫폼 밸런스.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 둘레 프레임은 박스 빔(box beam)을 포함하는 것인 플랫폼 밸런스.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 둘레 프레임이 수용되어 있는 것인 플랫폼 밸런스.
  11. 제2항에 있어서, 상기 프레임 지지부는 트랜스듀서에 결합된 강성 프레임을 구비하는 것인 플랫폼 밸런스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 강성 프레임은 제1 둘레 프레임에 직접적으로 결합되는 것인 플랫폼 밸런스.
  13. 지지부,
    순응 축을 따라 상기 지지부에 결합된 센서 바디
    를 포함하며, 상기 센서 바디는 2개의 수직 감지축 둘레에서 편향되도록 되어 있고, 상기 감지축은 순응 축에 대하여 상호 수직인 것인 트랜스듀서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 지지부는 순응 축을 따라 센서 바디의 양측에 배치되는 한 쌍의 클레비스 절반부를 포함하는 것인 트랜스듀서.
  15. 제13항에 있어서, 상기 센서 바디는 간격을 두고 있는 중앙 허브의 둘레에 배치된 대략 경질의 둘레 부재를 포함하고, 적어도 3개의 굴곡 부재가 둘레 부재를 중앙 허브에 결합시키며, 상기 굴곡 부재는 중앙 허브의 둘레에서 대략 동일한 각도로 서로 간격을 두고 있는 것인 트랜스듀서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 센서 바디는 4개의 굴곡 부재를 포함하는 것인 트랜스듀서.
  17. 제15항에 있어서, 상기 중앙 허브는 지지부에 결합되어 있는 것인 트랜스듀서.
  18. 제13항에 있어서, 상기 센서 바디는 복수의 센서를 수용하도록 되어 있는 것인 트랜스듀서.
  19. 제13항에 있어서, 상기 지지부는 순응 부재(compliant member)를 포함하고, 트랜스듀서 바디는 순응 축을 따라 제1 센서 바디와 반대측에 있는 순응 부재의 측면에 배치된 제2 센서 바디를 더 포함하는 것인 트랜스듀서.
  20. 테스트 견본에 사용하기에 적합한 플랫폼 밸런스로서,
    복수 방향의 테스트 견본의 하중을 전달하는 수단과,
    적어도 2개의 수직 감지축을 따른 감지에 의하여 적어도 2개의 직교축을 따른 하중을 표시하는 신호를 발생시키는 수단
    을 포함하는 플랫폼 밸런스.
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