Per misurare ed analizzare le forze ed i momenti agenti nei tre assi (x, y, z) di modelli di prova di aeromobili in una galleria del vento, sono richieste bilance di estrema precisione e che siano in grado di resistere alle più severe condizioni di prova.
Tali bilance sono realizzate specialmente installando gli estensimetri (ER), i quali offrono grandi vantaggi: compattezza, facilità d'installazione, opzione di controllo remoto delle misurazioni, affidabilità, ecc.
La figura mostra una bilancia originale per la prova di modelli di velivoli in una galleria del vento supersonica. La forza assiale è misurata dai quattro corti bracci laterali vicino al centro dell'interno della bilancia. Le altre cinque componenti sono misurate in due sezioni simmetriche, ciascuna consistente di un involucro con tre travi. Questa complessa struttura fu sviluppata con l'aiuto dell'Analisi ad Elementi Finiti; i carichi di 722 elementi isoparametrici e lo spostamento di 1 536 nodi fu calcolato al computer.
La coda elastica della bilancia fu costruita con la massima precisione possibile mediante elettroerosione da un singolo pezzo di ARMCO17-4 PH e trattata metalurgicamente per garantire una forza di trazione ammissibile di oltre 400 MPa (N/mm²). Essa è lunga 353 mm e con diametro di 50,8 mm.
Alla luce di due esigenze in conflitto, la scelta cadde sugli estensimetri a foglio della serie Y della HBM con resistenze standard come segue: 120 Ω considerando la ristrettezza di spazio; 350 Ω considerando l'alimentazione totale (non superiore a 5 V) dei sei ponti di Wheatstone con quattro od otto estensimetri attivi.
Furono effettuate complesse analisi meccaniche ed elettriche riguardanti il metodo ottimale di installazione e collegamento degli estensimetri alla bilancia della galleria del vento, al fine di incrementare la sensibilità e di compensare l'influenza dei disturbi. La protezione supplementare degli ER fu attuata col materiale trasparente di rivestimento SG 250 della HBM.
Le prove iniziali di stabilità e sensibilità degli estensimetri furono effettuate dalla HBM usando una semplice versione dell'amplificatore multicanale KWS-6T/5 il quale nonostante la sua età, funziona ancora perfettamente.
La bilancia fu poi collegata mediante una interfaccia standard al sistema di acquisizione dati HBM della galleria del vento trisonica.
Questa soluzione integrale offre il miglior rapporto fra capacità e volume, essendo l'interazione fra le forze e/o i momenti accuratamente determinata dalla taratura. Per i singoli componenti, i massimi carichi operativi sono sotto specificati:
Forze:
- assiale X = 2 850 N
- laterale Y = 9 650 N
- normale Z = 14 700 N
Momenti:
- Rollio l = 320 Nm
- Beccheggio m = 820 Nm
- Imbardata n = 760 Nm
Il Dr.-Ing. Dan-Mihai Stefanescu è direttore del Dipartimento di Metrologia e Strumentazione dell'Istituto Rumeno per la Ricerca Aerospaziale "Elie Carafoli" di Bucharest, e membro straordinario del VDE e rappresentante rumeno per IMEKO TC-3 (Misurazioni di Forza, Massa e Coppia).