Stand

Тягоизмерительный стенд предназначен для получения графика тяги РДТТ.

Основные элементы стенда:
- станина;
- датчик;
- аналого-цифровой преобразователь;
- устройство регистрации:

Станина выполнена в виде массивного деревянного основания, в котором укреплены три металлических штыря. На штырях в двух уровнях монтируются своего рода диафрагмы: по три проволочные растяжки, сходящиеся к центру, где каждая из них крепится к проволочным пояскам, плотно сидящим на корпусе РДТТ.
Такое крепление обеспечивает надёжную фиксацию испытуемого двигателя, причём в осевом направлении он имеет свободный ход в несколько миллиметров за счёт прогибания диафрагм, что достаточно для исключения влияния подвески на показания датчика. Кроме того, масса проволок весьма мала - соответственно, момент инерции, добавляемый подвеской в колеблющуюся систему также незначителен; уменьшение же момента инерции системы улучшает её реакцию на незначительные или кратковременные изменения тяги, что может скрадываться в стендах с массивными элементами подвески двигателя.

Необходимо добавить, что в случае прогара корпуса или выдавливания заглушки на стендах со свободно вкладываемым двигателем возможно его выскакивание из креплений, что не безопасно. В рассматриваемой же конструкции двигатель постоянно привязан к шести точкам.

При взрывном разрушении корпуса на пути разлетающихся фрагментов будут находиться лишь три прочных штыря, причём на достаточном удалении: такая конструкция не даёт вторичных поражающих элементов. Большинство же фрагментов двигателя при разлёте не будет испытывать соударений с элементами конструкции стенда, соответственно, предстанут для последующего анализа в более сохранном виде.

Датчик стенда вырабатывает электрические колебания с частотой, пропорционально зависящей от силы, с которой на него давит двигатель.

Датчик конденсаторного типа: две упругие пластины, воспринимающие силу, одновременно являются обкладкой конденсатора(пластины закорочены). Между ними на диэлектрических прокладках(полосочки бинт-резины) расположена ещё одна пластина из двухстороннего фольгированного текстолита, являющаяся второй обкладкой(стороны так-же закорочены). Кроме того, средняя пластина несёт на себе детали генератора, в состав схемы которого и входит образованный пакетом пластин конденсатор, как чувствительный элемент.

Генератор датчика работает в диапазоне коротких волн; особенность данного стенда - нет необходимости настраивать его конкретно на какую-то частоту, достаточно попасть в промежуток от 2 до 10MHz. Генератор собран на одном транзисторе по прилагаемой схеме. Питание - от батареи "Крона", стабилизируется светодиодом.
Для обеспечения стабильности частоты генерируемого сигнала в процессе сборки необходимо использовать серые или голубые керамические конденсаторы, германиевый транзистор, желательно применять детали военной приёмки.
Средняя пластина датчика имеет выступ, на который паяются детали генератора: это позволило упразднить соединительные линии между индуктивностью колебательного контура и обкладками датчика-конденсатора, таким образом, сведена на нет "мёртвая" ёмкость отсутствующей линии, а значит, увод частоты при одинаковом изменении ёмкости чувствительного элемента будет больше, повышается разрешающая способность стенда. Питание генератора - от батареи "Крона".

Упругие пластины являются деталью датчика, воспринимающей усилие от двигателя, и передающей его на опору. При этом пластины испытывают упругую деформацию, сближаясь с центральной пластиной, что вызывает изменение ёмкости датчика. При ослаблении усилия пластины за счёт упругости возвращаются в исходное положение, однако этот процесс может быть несколько растянут по времени: проявляется упругий гистерезис. Для того, чтобы по возможности уменьшить это нежелательное явление, пластины изготовлены из высококачественной стали - промышленной заготовки для изготовления режущих полотен.

Дистанция между упругими пластинами задаётся четырьмя стальными шариками. Чем меньше диаметр шариков, тем меньше будет изменяться расстояние между пластинами при перепадах температуры. Стальные шарики от подшипника хорошо сопротивляются деформации, и не должны вносить погрешность в расстояние между пластинами при приложении силы.

Пластины, лежащие углами на четырёх шариках, при изгибе перекатываются на них: таким образом, в отличии от датчиков с жёстко скреплёнными пластинами, в этой конструкции напряжения в материале сосредоточены в центре каждой из них.

Я не буду утверждать, что именно эта конструктивная особенность сыграла решающую роль, но мне кажется, что в совокупности с другими решениями ей принадлежит большая доля в том, что получена действительно линейная зависимость изменения частоты генератора от прилагаемой силы.

Средняя пластина по краям освобождена от фольги, в этих местах выполнены отверстия, в которых размещены шарики, выполняющие в данном случае роль фиксаторов положения пластины. Рядом с ними приклеены полосочки бинт-резины, для удержания средней пластины на необходимом расстоянии от упругих пластин.

Строго на линии расположения шариков в упругих пластинах по краям сделаны пропилы(ввиду особой твёрдости материала пришлось выполнять эту операцию дремелем с отрезным диском). Собрав датчик, необходимо прижать пластины к шарикам, используя тиски, и впаять мощным паяльником в эти пазы кусочки пружинной проволоки(ОВС). Остывая, проволока укорачивается, надёжно стягивая сборку.

На верхнюю пластину строго в центре припаивается упор, выполненый из подходящего винта. Он имеет коническое окончание, в которое будет упираться двигатель. Так обеспечивается приложение силы к упругой пластине строго в центре. Для упора датчика в станину к нижней пластине приклеена опора в виде балочки из гетинакса. Края верхней площадки опоры слегка завалены, чтобы не мешать нижней пластине изгибаться.

Получить более полное представление о конструкции датчика можно из этого файла с 3D моделью, 12кб. Просмотр программой Metasequoia. (Подробнее - 3D моделирование)

Собранный датчик тарируется: составляется калибровочный график, отражающий зависимость показаний от нагрузки. Я тарировал, заполняя пятилитровую бутыль, подвешеную к датчику, водой при помощи мерной посуды, доливая по 250грамм. Калибровка показала линейную зависимость показаний от нагрузки.

Аналого-цифровой преобразователь - ни что иное, как частотомер с цифровой индикацией. Взят готовым блоком из старой автомагнитолы, в которой он служил в качестве цифровой шкалы, осталось лишь снабдить его металлическим корпусом, где он уживается вместе с батарейкой "Крона", от которой и питается. Сигнал от датчика подводится через коаксиальный кабель. Электрическую схему частотомера и даташит на его микросхемы можно скачать архивом, 242Кб.

Устройство регистрации - самая дорогая часть стенда - фотоаппарат с возможностью записи видео 640х480, 30кадров/сек. При обновлении показаний АЦП 10 раз в секунду на видео цифры сменяются каждый третий кадр.

ИТОГ

В целом могу сказать, что стенд получился надёжным, неприхотливым, простым в использовании, мобильным(при выездах на полигон можно не брать станину, а забивать штыри в землю). Участвовал во множестве испытаний. Был оснащён люнетом для испытания спинера. (На видео можно посмотреть как циферки скачут) Имеется широчайший простор для всевозможных доработок. При увеличении частоты генератора можно получить сколь угодно высокое разрешение, хоть граммы.

Отмечены недостатки: АЦП прожорливый, "Кроны" хватает не на долго, да и 9в маловато: цифры гораздо ярче и лучше читаются при 12в. Надо-бы подыскать аккумулятор. Индикатор я утопил в корпус аж до половины, получилась бленда, повышающая контраст цифр на видео. Ещё хочется упрятать датчик в корпус, чтоб только упор для двигателя из него выглядывал, так будет спокойнее. И, конечно же, надо добавить полосовой фильтр после генератора, а то бывает, что АЦП перескакивает на другую гармонику. Но тогда уж лучше воспользоваться вообще хорошим заводским гетеродином от приёмника, с плавной подстройкой, температурной стабилизацией, фильтрацией и усилением сигнала. И форма сигнала там получше. Короче, не стенд получился, а мечта самоделкина. Ещё есть задумка - индикатор установить в бокс для фотокамеры, и проецировать показания непосредственно в уголок кадра. Но это уже тема для другого рассказа...

наверх