طراحی و تحلیل مکانیزم با لولاهای انعطاف پذیر برای اندازه گیری دقیق نیرو و گشتاور بالانس تونل باد

در تونل های باد، برای اندازه گیری ۶ مولفه نیرو و گشتاور وارد بر مدل هواپیما از وسیله ای به نام بالانس اندازه گیری استفاده می شود. مجموعه بالانس اندازه گیری، شامل ۲ بخش اصلی سازه بالانس و تجهیزات الکترونیکی است. در این تحقیق، برای دستیابی به پیکر بندی مطلوب سازه بالانس، یک مکانیزم با لولاهای انعطاف پذیر طراحی شده است. در روند طراحی ساختار هندسی این مکانیزم، چیدمانی ۶ ستون لودسل- لولای انعطاف پذیر به صورت هدفمند انجام شده است. از مزایای این لولای انعطاف پذیر نسبت به لولاهای متداول، عدم وجود لقی و اصطکاک، کم حجم بودن، فشردگی و رفتار خطی آن است. در مکانیزم بالانس، اثر تقابلی مولفه های نیرو و گشتاور بر ۶ ستون لودسل- لولا، خطای کوپلینگ ایجاد می کند. هر چقدر خطای کوپلینگ بزرگتر باشد، خطای اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور نیز افزایش می یابد. یکی از منابع اصلی این نوع خطا مربوط به سازه مکانیزم بالانس بوده و علت آن ناکافی بودن نسبت انعطاف پذیری محوری به جانبی ستون های یاد شده است. هدف این تحقیق، طراحی بهینه مکانیزم انعطاف پذیر به منظور دستیابی به حداقل خطای کوپلینگ سازه ای است. به همین منظور ابتدا قیدهای طراحی لولای انعطاف پذیر و روابط تحلیلی حاکم بر مکانیزم انعطاف پذیر استخراج شده و سپس با تشکیل ماتریس خطای کوپلینگ سازه ای، طراحی بهینه مکانیزم بالانس انجام شده است. برای اعتبارسنجی روابط تحلیلی و بررسی صحت نتایج، مساله با تحلیل المان محدود نیز مقایسه شده است. با ساخت مکانیزم بالانس و اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور، نتایج نشان می دهد که با کاهش سهم خطاهای کوپلینگ سازه ای لولاها، خطاهای اندازه گیری مقادیر ۶ مولفه نیرو و گشتاور بالانس کاهش یافته اند.

کلیدواژه ها:

Flexible Hinge ، Load Cell ، Balance ، Force ، Moment ، لولای انعطاف پذیر ، لودسل ، بالانس ، نیرو ، گشتاور