RUAG: 풍동 내 ICE - 풍동 내 공기역학적 하중의 결정

일반적으로, 스트레인 게이지를 이용한 힘과 토크의 밸런스는 풍동 실험에서의 실험 물체에 작용하는 공기역학적 하중을 결정하는데 사용됩니다. 측정 엔지니어는 종종 밸런스 힘을 기록하고 디스플레이 할 수 있는 자율적고 유연하며 이동가능한 측정 시스템을 바랍니다.

풍동(通洞) 시험에서 공기 역학 시험 변수를 결정하는 것은 측면 방향 바람에서 철도 차량의 안전도에 대한 증거가 필요합니다. 모델, 측정 기술 및 실행에 맞는 요구 사항은 규정에 명시되어 있습니다. 측정된 데이터는 차량 라이선스의 컴포넌트로 유효 합니다. 높은 정밀도로 그러한 시험을 실행 하기 위해서는, 풍동 운영자가 사용하는 측정 기술과는 독립적으로, 스위스 엠먼(Emmen)의 ‘RUAG Aerospace’는 스트레인 게이지 저울, 신호 처리, 데이터 수집 및, 측정 된 값의 분석으로 구성 된 시스템을 개발 했는데, 이는 독일 뮌헨의 ‘Deutsche Bahn AG’을 대신 한 것이었습니다.

이 시스템은 풍동의 밖에서 그리고 독립적으로, 다양한 모델로 구성 될 수 있습니다. 저울은 모델에 설치 되는데, 이는 더 짧은 레버 암(lever arm)과 고로, 더 정밀한 토크의 측정을 보증 할 수 있다는 것을 의미합니다. 풍동 측면에서는, 오직 주요 작동 및 변수 (압력, 온도, 습도, 누름 각도) 설정이 반듯이 공급되어 요구되는 공기 역학 변수를 결정 할 수 있어야 합니다.

 

측정 원칙

스트레인 게이지는 사용되는 풍동 저울의 측정 부분의 ‘Wheatstone’ 브릿지 회로에 설치 됩니다. 공기 역학 부하의 활동 하에, 측정 포인트의 컴포넌트는, 측정 브릿지가 힘이 적용된 것에 비례하여 전압 신호를 출력하게 만드는 탄성 지역에서 변형 됩니다.

저울의 형태에 따라, 공간에 최대 6개의 부하 컴포넌트가 측정 될 수 있습니다(힘 Fx, Fy, Fz 및 토크 Mx, My 및 Mz). 일반적으로, 이들 저울은 또한 다중-컴포넌트 저울이라고도 불립니다. 전기 출력 신호와 가해진 부하 사이의 관련성은 저울을 교정하여 측정 할 수 있습니다.

전체 시스템

다음의 기능들이 전체 시스템에 존재 합니다:

• 센서로 구성된 독립적 측정 시스템
• 신호 처리 및 측정된 값 분석
• 높은 정밀도, 해상도 및 재생산성
• 모듈 방식 구조
• 단순한 운영 조작법

‘RUAG Aerospace’사(社)의 블록 저울

블록 저울의 전체 제품 군은 수년간 ‘RUAG Aerospace’사에서 개발 되어 왔습니다. 이들 저울은 기하학 및 부하 요구 사항에 관련된 광범위한 영역의 어플리케이션을 처리 할 수 있습니다. 이 저울들의 특징은 튼튼함, 높은 측정 민감도 및 장기 안정성 입니다.

이 블록 저울 형태는, 연결 막대와 모델-측 상대 것에 연결된, 7개의 빔(beam) 스프링 부품으로 된 풍동-측 부하-지지 판으로 구성 되어 있습니다. 연결 막대는 가능한 인터페이스 없이 힘을 전달하는 일을 합니다. 고로 저울은 마찰에 의한 히스테리시스 효과를 유발할 수 있는 움직이는 부품을 가지고 있지 않습니다.

증폭기 측정

센서 공급, 신호 증폭기 및 조정, PC와의 통신 작업은 측정 증폭기 시스템인 ‘MGCplus’에 의해 실행 됩니다. ML30B 증폭기 랙의 정의된 선형 편차는 기대 신호가 요구되는 균형 정확도 0.3% 이하의 설계 범위에서 측정 될 수 있음을 의미 합니다.

스트레인 게이지 블록 저울 상의 측정 브릿지는 절연된 6–와이어 회로의 반송 주파수 증폭기에 연결 됩니다. 그라운드 루프를 피하기 위해, 케이블 차폐는 저울에 어떠한 연결이 되어서는 안됩니다. 광 및 음향 저울 과부하 제어가 또한 실행 됩니다. 저울 측정 포이트 설계값의 80%의 한계값은 모든 스트레인 게이지 신호에 맞게 설정 됩니다.

소프트웨어

개발된 어플리케이션은 ‘National Instruments’사의 소프트웨어 ‘DIAdem’를 측정 및 평가 프로그램으로 사용 합니다. 측정 증폭기 시스템 ‘MGCplus’로의 데이터 연결은 적합한 HBM 드라이버를 사용한 이더넷을 통해 공급됩니다. 그 대신에, 다른 제품도 사용 될 수 있습니다.

소프트웨어 요구 사항:

• 데이터 수집 및 처리에 맞는 연속 제어
• 측정 신호의 취득
• 스트레인 게이지 저울의 음향 및 광 모니터링
• 개별 값에 대한 통계 평가
• 측정 신호의 처리
• 데이터의 시각화 및 저장
• 모듈 구조


‘MGCplus assistant’는 측정 채널을 설정하고 변수를 정하기 위해 사용 됩니다. 이 ‘assistant’는 ‘MGCplus’ 패키지의 일부 이고, ‘DIAdem’에서 직접 시작 될 수 있습니다. 모든 센서의 스케일링(scaling)은, 저울을 포함, ‘DIAdem’ 매크로와 같이 실행 됩니다. 저울 모니터링에 맞는 한계 값은 오직 ‘MGCplus assistant’에서만 설정 할 수 있습니다.

바람 터널 시험

그림 1 (PDF 파일 참조)은 ‘RUAG Aerospace’ 사내의 음속 이하 풍동 내에서 흐름의 방향으로 시험 레이아웃을 보여 줍니다. ICE 기반의 내부 스트레인 게이지 저울이 갖춰진 모델은, 측면 방향 흐름을 만들어 내기 위해서 이착륙 장치의 영역에서 두 개의 버팀대가 있는 회전 바닥에 고정 됩니다. 저울의 측정 케이블은 속이 빈 지지대를 통하여, 측정 측정실에 있는 증폭기로 넣어 줍니다.

측정 결과

새로운 시스템의 자격 검증은 외부에서 취득되어 왔던 외부 저울의 측정된 값을 배교하여 실행 되었습니다. 그림4는, 바람이 일정한 속도에서, 미는 각도에 대한 힘 계수의 예를 보여 주고 있습니다. 두 시스템에서 차이는 요구된 공차 내에 있습니다. 매우 좋은 결과가 히스테리시스 및 대칭 흐름에 관련하여, 또한 얻어 졌다.

결론

여기에 있는 측정 시스템은, RUAG Aerospace 다중-컴포넌트 저울, HBM 측정 증폭기 유닛 및 적정 소프트웨어로 구성되어 있고, 풍동 시험에서 발생하는 힘 및 토크의 정밀한 측정을 할 수 있게 합니다. 더욱이, 이점은 시스템에 통합된 과부하와 마찰연결 모니터, 그리고 풍동에서의 짧은 설정 시간 입니다. 이 측정 시스템은, 다른 역동적 또는 간헐적인 부하가 반듯이 측정되어야 하는 어플리케이션에 또한 적합합니다.

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