Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS87_t25_z1_4_PDF_artykuly\01mts87_t25_zeszyt1_2.pdf M ECH AN IKA TEORETYCZNA I  STOSOWANA 1/ 2,  25,  1987 POMIAR  I  REJESTRACJA  WIDMA  OBCIĄ Ż EŃ  SKRZYDEŁ  SZYBOWCÓW LAMINATOWYCH  METODĄ   TENSOMETRYCZNĄ P I OTR  LAMERS PZL - Bielsko 1.  Idea  pomiaru D otychczasowa  m etoda tworzenia  tzw.  bloku  obcią ż eń  skrzydeł   w czasie  eksploatacji polegał a n a pom iarze poś rednim. M ierzono przyś pieszenia  dynamiczne w ś rodku  cię ż koś ci szybowca  oraz  w  ś rodku  cię ż koś ci  skrzydł a  i n a ich podstawie  wnioskowano  o wielkoś ci obcią ż eń  doznawanych  przez  skrzydł o. U zyskane  dan e  był y  nieadekwatne  do rzeczywistych  wartoś ci  obcią ż eń  doznawanych przez  dź wigar  i okucie w trakcie  pom iaru, tj. do wartoś ci  momentu gną cego, a w konsek- wencji  naprę ż eń. Wspom niany  bł ą d  powstawał   zwł aszcza  przy  pomiarze  wielkoś ci  szybkozmiennych- dynamicznych,  w  trakcie  startu  i  lą dowania.  W istocie  mierzono pobudzenia jakim  pod- dawane  był o  skrzydł o,  a  nie jego  odpowiedź. I stota  omawianej  metody  polega  n a bezpoś rednim  pomiarze obcią ż eń  poprzez pomiar naprę ż eń  w  interesują cym  nas  miejscu  metodą   tensometryczną .  Jako  obiekt  pomiarów wybran o  szybowiec  SZD - 48-1  „ Jan t ar  St an dard". Podstawową   trudnoś cią   był   brak  doś wiadczeń  zwią zanych  z  pomiarem  naprę ż eń w  lam inatowym  m ateriale  kompozytowym.  N ależ ało  zebrać  dane  dotyczą ce  sposobu klejenia  tensom etrów oraz bł ę dów pomiarowych, spowodowanych  ewentualnymi odkształ - ceniami  plastycznymi  oraz  tzw. peł zaniem tensometrów. Wydawał o  się , iż  przy  zastosowaniu  odpowiedniego  ograniczenia  na tzw. wydł uż enie wzglę dne,  czy wielkość  m om en tu gną cego  badan y  element,  materiał   kompozytowo- lami- natowy m oż na bę dzie potraktować ja ko cał kowicie sprę ż ysty, W  celu  zarejestrowania  m om entu  zginają cego,  dział ają cego  n a  koń cówkę   dź wigara dokonywano  rejestracji  sygnał u  z  tensometrów  pracują cych  w ukł adzie peł nego mostka, przyklejonych  do koń cówki dź wigara, w odległ oś ci od okucia okoł o 2/ 3 dł ugoś ci koń cówki. tensom etry R ys.  1.  M iejsce  n aklejen ia  ten som etrów. 294 P .  LAMERS 2.  Zestaw  aparatury  pomiarowej D o  pomiarów  uż yto  tensometrów  foliowych  firmy  P hilips  o  oporn oś ci  120  Ohm i  bazie  30 m m . N a  odpowiednio przygotowaną   powierzchnię   przyklejono  p o  2 tensometry z  każ dej  strony  dź wigara.  N astę pnie tensometry  poł ą czono  w  ukł adzie peł nego m ostka. D o  klejenia  uż yto ż ywicy epoksydowej  tego  samego  rodzaju  z jakiej  wykon an o  dź wigar Tensometry  zasilano  stał ym  napię ciem  +  5  V  z  zasilacza  zintegrowanego,  o  wysokich param etrach  stabilnoś ci  napię cia  wyjś ciowego,  mogą cego  sł uż yć  ja ko  ź ródło  napię cia wzorcowego.  P rą d  pł yną cy  przez  tensometry  wynosi  okoł o  41,6  mA,  co  zapewnia  dobrą stabilność  termiczną .  Czuł ość tak poł ą czonego m ostka  odn iesion o  do  wartoś ci  obcią ż enia. Wynosi  ona  okoł o  10 mV/ «,  gdzie n  =   1  jest  współ czynnikiem obcią ż enia  skrzydeł  w  locie swobodnym  w  spokojnym  powietrzu,  gdy  przyś pieszenie  wynosi  1  g. N apię cie z mostka  wzmocniono dwukrotn ie  we  wzmacniaczu  pom iarowym  pracują cym w  ukł adzie  wzmacniacza  róż nicowego  (Rys.  2). Rys.  2.  Wzmacniacz  pomiarowy. Wyjś cie  wzmacniacza  podł ą czono  n a  wejś cie  kan ał u  N r  4  rejestratora.  Z akres  napię cia wejś ciowego  rejestratora  wynosi  ±  100  mV,  co  daje  moż liwość  pom iarów  w  zakresie okoł o  6,5  g.  W  trakcie  rejestracji  naprę ż eń  rejestrowano  również  wartoś ci  przyś pieszeń chwilowych,  posł ugują c  się   czujnikiem  potencjometrycznym  firmy  SF I M   typu  J  4221, o  zakresie  ± 4  g. D o  pomiarów  uż yto  aparatury  SR D   skł adają cej  się   z  8- mio  kanał owego  rejestratora kasetowego  RL8  oraz  czytnika  stacjonarnego  C S8. 3.  Przedstawienie  wyników  pomiarów Sposób  wzorcowania: Rejestrowano  sygnał   z  m ostka  tensometrycznego  dla  róż n ych  wartoś ci  sił  przykł ada- nych  do  koń cówki  skrzydł a.  Wartoś ci  t e  wynosił y  odpowiedn io:  50,  100,  150  ...  500  N . Znają c  dł ugość skrzydł a  oraz jego cię ż ar, wyznaczono  m om en ty gną ce  w  miejscu pom iaro- wym.  W  ten  sposób  utworzon o  skalę ,  do  której  odn iesion o  wielkoś ci  zarejestrowanych obcią ż eń.  Szczególnie  interesują ce  wyniki pom iarów uzyskan o  w trakcie startów  i lą dowań, jako  że są  to stany lotu mają ce  najwię kszy  udział  w  zmę czeniu konstrukcji  podczas  eksploa- tacji.  Otrzymane  przebiegi  pokazan o  n a  rys.  4. N a  osi  rzę dnych  naniesiono sił ę  F  odpowiadają cą   wartoś ciom  zarejestrowanych  naprę - ż eń.  Obcią ż enie  n  =  \   (lot  swobodny)  odpowiada  m om en towi  gną cemu  od  sił y  okoł o P OM I AR  I  REJESTRACJA  WI D M A. . . 295 1000  N  przył oż onej  do  koń cówki  skrzydł a.  P oziom  - 3 00 N  to  obcią ż enie  dź wigara  n a ziemi  przez  cię ż ar  skrzydł a.  P o wykreś leniu  zarejestrowanych  przebiegów  i  sporzą dzeniu skali,  okazał o  się , że  am plituda  obcią ż eń  doznawanych  przez  koń cówkę   dź wigara  wraz z  okuciem,  wynosi  n ie wię cej  niż  1500 N   n a  koń cówce  skrzydł a,  co  współ czynnikowi obcią ż enia  okoł o  n  —  1,5. FIN] Rys.  3. Wzorcowanie  mostka  tensometrycznego. t l s ]  t [ s l Rys.  4.  Przebieg  obcią ż eń  dynamicznych;  a)  lą dowanie;  b) start. W  celu  wyznaczenia  bł ę du  histerezy  wykonano  specjalne  loty  testowe.  W kilku  lotach uzyskano  parokrotn ie  przecią ż enia  statyczne  równe  + 3, 5 g.  Rejestrowano  wielkość przyś pieszeń  oraz sygnał  z tensom etrów. N astę pnie porównywano  zarejestrowane  wartoś ci obcią ż enia  z kilku  lotów  dla tej samej  wartoś ci  przecią ż enia  3,5 g. U zyskano  blisko  2,5% rozrzut  wyników.  Z  dobrym  przybliż eniem  m oż na  uznać,  że  bł ą d  histerezy  jest 2,5%. Pozostaje jedynie  sprawdzenie  zmiany  wartoś ci  bł ę du  histerezy  w miarę  stopnia zmę czenia m ateriał u.  M ateriał   staje  się  bardziej  plastyczny,  wię c bł ą d  histerezy  bę dzie prawdopodob- nie  wzrastał . U wzglę dniając  bł ą d  pom iaru  przyś pieszeń,  wynoszą cy  1%, moż na  przyją ć,  że pomiar obcią ż eń  doznawanych  przez  skrzydł o laminatowe jest  dokonywany  z bł ę dem 3,5% w  za- kresie  od  —2 do  3,5  g. 4.  Komputerowa  obróbka  danych pomiarowych Kom puterową   analizę   zarejestrowanych  przebiegów  przeprowadzono  w  Instytucie Technologiczno- Samochodowym  P olitechniki  Ł ódzkiej.  Zestaw  aparatury  skł adał   się z  przetworn ika  analogowo- cyfrowego  z  pamię cią   ferrytową ,  kom putera  M era  400  oraz digigrafu  sterowanego  kom puterem . 296  P .  LAM ERS Odczytywany  na  czytniku  CS8  przebieg  analogowy  podlegał   przetworzeniu  n a  postać cyfrową   z  czę stotliwoś cią   próbkowan ia  20  H z.  P róbki  w  postaci  bin arn ej  umieszczane był y  w  pamię ci  przetwornika,  nastę pnie  wyprowadzane  n a  taś mę   perforowaną .  D an e z  taś my  wprowadzane  był y  do  pamię ci  kom putera.  P rzetworzenie  polegał o  n a  „wyczysz- czen iu"  sygnał u  z  szumu  oraz  umieszczeniu  n a  osi  ukł adu  współ rzę dnych  o  odpowiednio unormowanej  skali.  P rzetworzony  przebieg  był   wykreś lany  autom atyczn ie  za  pomocą digigrafu  sterowanego  przez  kom puter. Obecnie pomiary przetwarzane są   za  pomocą   wł asnego  M oduł owego Systemu Kom pu- terowego  M SK - ł,  który  posiada  moż liwość  bezpoś redniego  przetwarzan ia  przebiegów analogowych  z  16  kanał ów, przy  pom ocy  scalonych  przetworn ików  analogowo- cyfrowych o  maksymalnym  okresie  przetwarzania  100 ,«s.  Sposób  analizy  sygnał u  i  oprogram owan ie, bę dą   przedmiotem  odrę bnego  omówienia. 5.  Wnioski D zię ki  przeprowadzonym  próbom  stwierdzono  moż liwość  dokon ywan ia  pomiarów naprę ż eń  w  elementach laminatowych,  przy  ograniczonej  wartoś ci  wydł uż eń  wzglę dnych. P onadto  stwierdzono,  że  stosowanie,  ja ko  kleju  d o  ten som etrów,  ż ywicy  epoksydowej tego  samego  rodzaju  co  podł oż e,  daje  zadowalają ce  rezultaty. N ie  stwierdzono  zjawiska  peł zania  tensom etrów  podczas  dł ugotrwał ego  obcią ż ania elementu  badanego. Z e wzglę du  n a  wykonanie  zbyt  mał ej  iloś ci  lotów  próbn ych,  nie  m oż na jeszcze  ustalić wpł ywu  zmę czenia  materiał u  n a  wielkość  bł ę dów  pom iarowych.  N ie  mniej  wydaje  się , że  poczyniono  istotny  krok  w  kierun ku  wyznaczenia  "rzeczywistego  widma  obcią ż eń eksploatacyjnych  szybowców  laminatowych.  D otychczasowe  pom iary  zdają   się   wskazy- wać, iż rzeczywiste  widmo  obcią ż eń  bę dzie  zdecydowanie  in n e,  „ ł agodn iejsze", od  dotych- czas  przyjmowanego,  czę ś ciowo  teoretycznego.  Oznacza  t o ,  że  m aksim aln e  am plitudy zmierzonych  obcią ż eń  są   znacznie  mniejsze  od  dotychczas  przyjmowanych.  Wydaje  się , że ich udział  procentowy jest mniejszy  od przyjmowanego  w  obliczeniach. Wstę pna  analiza przeprowadzonych  pomiarów  wskazuje  n a  moż liwość  znacznego  przedł uż enia  resursów istnieją cych  konstrukcji  oraz  moż liwość  dokon an ia  korzystnych  zmian  konstrukcyjnych projektowanych  prototypów. P omiary  bę dą   kontynuowane,  a  kom plet  danych  umoż liwi  wyznaczenie  rzeczywistego widma  obcią ż eń. P osiadany  przez  PZL- Bielsko  sprzę t  kom puterowy  umoż liwia  szybką   analizę   rejestro- wanych  przebiegów. Obecnie prowadzone są  pomiary obcią ż eń eksploatacyjnych  skrzydł a szybowca SZD - 51-1 „ Ju n io r". P  e 3  io  M   e M 3M E P E H H E  H   P E rH C T P AU H H   CIIEKTP A  H ATPyjKEH felX  KPBIJIbEB JIAM H H H POBAH H LIX  I ttlflH E P OB  T E H 3O M E T P p r a E C K H M   M E TOD OM cn oco6  H3MepeHHH   crteKTpa  H arpyweH uii  KpH Jibes  njiaH epou  H3 P OM IAR  I  REJESTRACJA  WI D M A. . .  297 O rm can w  ran  H   cnocoB  pa3MemeHHH   TenaoMeTpoBj  a  TaKH