BALANZA PARA TÚNEL AERODINÁMICO.
Balanza para túnel aerodinámico, que comprende:
- una estructura fija (1),
- una estructura flotante (2),
- al menos seis barras (3, 3'', 3'''', 4, 4'', 5) de medición de fijación isostática de la estructura fija (1) a la estructura flotante (2), mecánicamente desacopladas, y unidas por uno de sus extremos a la pieza flotante (2) y por el otro a la estructura fija (1), que comprenden, cada una, medios de medición de cargas de tracción-compresión,
dispuestas las barras de tal manera que durante la ejecución del ensayo en el túnel aerodinámico, cada barra mida una componente de la fuerza del modelo a ensayar, dispuesto sobre la estructura flotante (2), independientemente de la que miden las demás.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130844.
Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: GONZÁLEZ HERNÁNDEZ,Miguel Á.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01L5/16 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › G01L 5/00 Aparatos o métodos para la medida de fuerzas, del trabajo, de la potencia mecánica o del par, especialmente adaptados a fines específicos. › para la medida de varios componentes de la fuerza.
- G01M9/06 G01 […] › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › G01M 9/00 Ensayos aerodinámicos; Dispositivos en o sobre túneles aerodinámicos. › Dispositivos de medida especialmente adaptados para ensayos aerodinámicos.
Fragmento de la descripción:
Balanza para túnel aerodinámico.
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del sector de la aerodinámica, mas en concreto, en sistemas de medición de fuerzas en un túnel aerodinámico que actúan sobre un dispositivo de ensayo.
Antecedentes de la invención
Los túneles aerodinámicos tienen como principal objetivo medir las fuerzas que actúan sobre un modelo, ya sea de un avión o parte de él, para, aplicando las leyes de la semejanza dinámica y otras correcciones, poder predecir las fuerzas sobre el avión.
Por otro lado, las balanzas permiten medir, de forma simultánea, entre tres y las seis componentes de fuerzas que actúan sobre el mismo, variando su complejidad en función de ese número, partiendo de la base de que un sólido en el espacio tiene seis grados de libertad, tres en desplazamiento y tres en giro.
Cuando un modelo es simétrico y se sitúa completamente aproado a la corriente, no aparecen sobre él fuerzas laterales, ni momentos de balance y guiñada, por lo que es suficiente una balanza de tres componentes para medir la sustentación, la resistencia y el momento de picado. Sin embargo, cuando se pretende medir el sistema de fuerzas completo, que interesa, por ejemplo, cuando a pesar de tener un modelo simétrico éste ofrece un cierto ángulo de guiñada a la corriente, se hace necesario el empleo de balanzas de seis componentes.
Aunque se pueden emplear otras técnicas, la más comúnmente empleada para la medida de esas fuerzas es la balanza, que ha ido cambiando su morfología a lo largo de los tiempos. Se han empleado dinamómetros, sistemas parecidos a las balanzas romanas, con posicionamiento manual o automático del contrapeso, hasta llegar a las balanzas que emplean la técnica de los extensímetros o los capacitores.
Son estas últimas las más empleadas en la actualidad, debido a fácil manejo de las señales eléctricas que producen, mediante el empleo de sistemas de adquisición de datos, basados en ordenadores.
Una clasificación de estas últimas es entre balanzas internas y externas. En el primer caso la balanza se sitúa en el interior del modelo, que se fija al lado activo de la misma, mientras el otro lado se fija a un soporte tipo pértiga. Las balanzas externas están situadas fuera del modelo y de la cámara de ensayos; en el caso de ensayos aeronáuticos, el modelo se suele situar en el centro de la cámara de ensayos, por lo que un sistema soporte une a éste con la parte activa de la balanza.
A lo largo de los años se han desarrollado muy diversos tipos de balanza. Al principio, las balanzas empleaban la técnica del desacoplamiento mecánico de las fuerzas, para luego medir cada una de sus componentes más fácilmente. Sin embargo, el uso masivo de los sistemas electrónicos y la reducción del tamaño, por ejemplo para introducirlas en los modelos, ha provocado el abandono parcial de esa técnica. Sin embargo, los modelos que responde a esta idea, requieren de instalaciones de calibración muy costosas, que repercuten en el precio final del producto.
CN1456871, US2448528, DE4018558(A1) divulgan balanzas que se basan en la medición de fuerzas mediante un sistema de barras no desacopladas.
CN101216359 divulga una balanza que mide fuerzas desacopladas pero no por el sistema de barras, sino de pieza única instrumentada por la técnica de desacoplamiento mecánico.
Descripción de la invención
La invención que se describe es una balanza externa para la medida de fuerzas de un modelo a ensayar en un túnel aerodinámico, que comprende:
dispuestas al menos tres barras en posición vertical respecto a la dirección de la corriente, al menos dos barras en posición horizontal en la dirección de la corriente y al menos una barra en posición transversal a la dirección de la corriente, de tal manera que durante la ejecución del ensayo en el túnel aerodinámico, cada barra mida una componente de la fuerza independiente de la que miden las demás.
Las medidas de fuerza sobre las barras verticales permiten deducir la sustentación (Fz), el momento de picado (My) y el momento de balance (Mx), mientras el conjunto de las horizontales permiten medir la resistencia (Fx), la fuerza lateral (Fy) y el momento de guiñada (Mz), de manera que se obtiene un sistema de fuerzas que permite obtener las 3 fuerzas y 3 momentos que actúan sobre el modelo objeto de ensayo.
Las barras son paralelas u ortogonales entre sí, dispuestas de tal manera que consiguen la fijación isostática de la parte flotante, pero que además cada una de ellas mide una componente de la fuerza que, teóricamente, es independiente de la que miden las demás. En la práctica hay un acoplamiento muy pequeño, debido a las pequeñas deformaciones que se producen en el conjunto cuando se aplican las fuerzas. Para conseguir esto, las barras se han diseñado de tal forma que son muy rígidas a tracción compresión, pero muy flexibles a la acción de las fuerzas transversales. En ellas se intercalan células de carga unidireccionales para medir la fuerza que soportan, aunque podrían también instrumentarse directamente con extensómetros. Las células de carga son intercambiables, para cubrir distintos rangos de fuerza y sensibilidad, en función de las necesidades del ensayo, por ejemplo, si se ensaya un modelo de avión, la sustentación es grande y la resistencia pequeña, por lo que se seleccionarán células con rangos apropiados para que las fuerzas a medir queden en el centro de ese rango, más o menos, sin embargo, si se quiere ensayar un edificio, que da resistencia grande y sustentación pequeña, se podrán poner nuevas células, o intercambiar las existentes, para cumplir el mismo criterio de que las fuerzas a medir estén en el centro del rango de esas nuevas células.
Las varillas roscadas, además de permitir reglar el montaje, para asegurar que la parte flotante esté alineada con la corriente en la cámara de ensayos, son las responsables de que la rigidez de la barra a fuerzas transversales sea muy inferior a las de tracción-compresión, barra esbelta. Las células de carga unidireccionales pueden ser estándar, o se pueden insertar extensómetros en la propia barra, siguiendo diseños bien conocidos, para medir las fuerzas sobre las mismas.
Las exigencias de eficiencia de los aviones, obligan a medir la resistencia aerodinámica con gran precisión, ya que la sustentación, que es la componente vertical, es del orden de 20 veces en el caso de modelos completos de avión y de 100 o más veces en el caso de modelos bidimensionales de alas, mayor que la resistencia y fuerza lateral. Por eso las balanzas son instrumentos extremadamente caros, lejos del alcance de muchas universidades y otros centros de investigación.
Con todos estos requisitos, se presenta una balanza externa de 6 componentes, mecánicamente desacopladas, para medida de fuerzas en túnel aerodinámico capaz de cumplir con unas exigencias de precisión razonables, pero a un coste significativamente inferior a las que se pueden conseguir hoy en el mercado.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de la balanza de la invención.
La Figura 2 muestra un esquema de una barra de medición.
En las figuras anteriormente citadas se identifican una serie de referencias que corresponden a los elementos indicados a continuación, sin que ello suponga carácter limitativo alguno:
Reivindicaciones:
1. Balanza para túnel aerodinámico, caracterizado por que comprende:
dispuestas las barras de tal manera que durante la ejecución del ensayo en el túnel aerodinámico, cada barra mida una componente de la fuerza del modelo a ensayar, dispuesto sobre la estructura flotante (2), independientemente de la que miden las demás.
2. Balanza según reivindicación 1 caracterizada por que cada barra comprende:
3. Balanza según reivindicación 1 caracterizada por que cada barra comprende un extensiómetro como medio de medición de cargas de tracción-compresión.
4. Balanza según reivindicaciones anteriores caracterizada por que tres barras (3, 3', 3'') están dispuestas en posición vertical respecto a la dirección de la corriente, dos barras (4, 4') están dispuestas en posición horizontal en la dirección de la corriente y una barra (5) está dispuesta en posición transversal a la dirección de la corriente.
Patentes similares o relacionadas:
Dispositivo y procedimiento de medición de una magnitud física de un flujo de fluido, del 6 de Noviembre de 2019, de CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (C.N.R.S.): Dispositivo de medición de al menos una primera magnitud física (V, P) de al menos un flujo de fluido (F) en un espacio tridimensional que tiene al menos una interfase (I) […]
Sistema y método para conjuntos de sensores miniaturizados multiplexados y regulados, del 26 de Diciembre de 2018, de Measurement Specialties, Inc: Un sistema de escaneo de presión en miniatura que comprende: una pluralidad de sensores de presión en miniatura que incluyen […]
Sensor de turbulencia y sistema sensor del estado de la pala, del 14 de Febrero de 2018, de VESTAS WIND SYSTEMS A/S: Un sistema sensor para detectar el estado superficial de un componente de turbina eólica que tiene una cavidad 13, que comprende: una pluralidad […]
Dispositivo para reproducir y simular acciones y cargas aerodinámicas e inerciales, del 11 de Septiembre de 2017, de UNIVERSIDAD DE CANTABRIA: Dispositivo de reproducción y simulación de acciones y cargas aerodinámicas e inerciales configurado para acoplarse al modelo de ensayo de […]
Instrumento de ondas aéreas para la medición de perturbaciones del frente de ondas ópticas en el flujo de aire alrededor de sistemas de aeronaves, del 13 de Julio de 2016, de THE BOEING COMPANY: Una aeronave , que comprende: un fuselaje y al menos una superficie de interfaz aerodinámica ; un sistema de espejos con suspensión cardán […]
Método de medición en túnel de viento de superficie aerodinámica, del 10 de Octubre de 2012, de MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD.: Método de medición en túnel de viento de superficie aerodinámica, que comprende:
proporcionar un aparato de prueba en túnel de viento, incluyendo dicho aparato […]
VARILLA FLEXIBLE PARA BALANZA AERODINAMICA DE PLATAFORMA, del 30 de Agosto de 2010, de UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA: Varilla flexible para balanza aerodinámica de plataforma.
La presente invención se refiere a una varilla flexible para la transmisión de la fuerza axial, especialmente […]
CONJUNTO SOPORTE-MAQUETA DE MINIMA INTERFERENCIA AERODINAMICA PARA ENSAYOS EN REGIMEN TRANSONICO EN TUNEL DE VIENTO, del 11 de Marzo de 2011, de AIRBUS OPERATIONS, S.L: Conjunto soporte-maqueta de mínima interferencia aerodinámica para ensayos en régimen transónico en túnel de viento que comprende dos piezas principales: un brazo sustancialmente […]