JPS5937450B2 - ヒンジモ−メント計測装置 - 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。

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。

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。

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。

（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。

等の問題があつた。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。