طراحی سنسور شش مؤلفه ای نیرو – گشتاور برای تونل کاویتاسیون

نوع مقاله: گزارش تحقیقاتی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم صنعت ایران، تهران

2 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

اندازه­گیری نیروهای هیدرودینامیکی روی اجسام زیر آب یکی از کاربردهای اساسی تونل آب می­باشد. برای این منظور، یک بالانس دقیق نیرو نیاز است. در این مقاله به طراحی یک بالانس کرنش­سنج شش مؤلفه­ای جدید، جهت اندازه­گیری نیروها و گشتاورهای وارده بر مدل بطور همزمان و مستقیم تحت شرایط با و بدون کاویتاسیون در تونل آب پرداخته شده­است. این بالانس، یک سازه پیچیده فنری است که از طریق اندازه­گیری کرنش ایجادشده بر روی المان­های فنری، نیروهای وارد بر مدل تونل آب را با دقت بالا اندازه­گیری می­کند. کرنش اندازه­گیری­شده به وسیله کرنش­سنج­ها به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شده و این سیگنال تابعی از بارهای خارجی اعمال­شده به مدل می­باشد. ایده اصلی طراحی بالانس جدید، تبدیل بارهای وارده بر مدل به کرنش خمشی در محل نصب کرنش­سنج می­باشد. بالانس چند مؤلفه­ای دارای ساختاری پیچیده با تعداد بی­شماری ابعاد است. بنابراین نمی­توان به تنهایی با استفاده از روش تحلیلی، ابعاد مقاطع را محاسبه کرد. ابعاد بهینه بالانس و میزان تغییر شکل آن تحت بارهای مختلف، با ترکیبی از روش تحلیل دستی و نرم‌افزاری با استفاده از روش اجزا محدود محاسبه شده­ است. در این راستا بارهای هیدرودینامیکی وارده بر مدل­های تونل آب محاسبه شده و نتایج جهت تعیین سطح کرنش مورد نیاز، مورد استفاده قرار گرفتند. اندازه تیرهای خمشی مقاطع اندازه­گیری به منظور ایجاد کرنش مورد نیاز در تست­ها، به دقت محاسبه شده­اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Suárez CJ, Malcolm GN, Kramer BR, Smith BC, Ayers BF (1994( Development of a multicomponent force and moment balance for water tunnel applications. Volumes I and II. NASA Contractor Report 4642.

[2] Hotz GM, McGraw JT (1955) The high speed water tunnel three-component force balance. Hydrodynamics Laboratory California Institute of Technology Pasadena, California, Report No 47-1.

[3] Tropea C, Yarin AL, Foss JF (2007) Springer handbook of experimental fluid mechanics. Springer, Berlin: 570–578 

[4] Erm LP (2006) A development of a two-component strain gauge balance load measurement system for the DSTO water tunnel. DSTO-TR-1835. Defence Science and Technology Organisation, Melbourne, Australia.

[5] Rhew RD (1998) Nasa Larc Strain Gage Balance Design Concepts Nasa. Langley Research Center Hampton, Virginia.