F Тягоизмерительный стенд ТСК-3
Ракеты... Лаборатория:

Тягоизмерительный стенд ТСК-3

Простой тягоизмерительный стенд для ракетных двигателей

материалы изготовление тарировка запуск

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
Стенд создавался под двигатель РДК-4-300 с расчетной тягой ~40 кг. Когда мотор был уже собран, я понял, что не смогу просто прожечь его, не получив реальных данных. Движку пришлось лежать несколько месяцев в ожидании стенда.

Стенд рассчитан на максимальную нагрузку 70 кг и изначально планировался как мощная металлическая конструкция. Но это потребовало бы очень больших затрат средств, усилий и времени. Тут есть философская дилемма. Реальные нагрузки при штатной работе испытывает только датчик и передающий рычаг, а при аварийной работе от груды металла мало проку. Так что если правильно скомпоновать и сориентировать, можно обойтись без железа. Выбрал дерево, с ним легко и приятно работать. Хорошая 25 миллиметровая доска выдерживает вес значительно больший, чем вес человека и имеет достаточную жесткость. Ориентацию двигателя выбрал традиционную для моих стендов - вертикальную. Она более громоздка, но зато практически исключает гонки по пересеченке от сорвавшегося движка./21.04.2010, автор Козлов И., kia-soft/

Материалы
Итак, что нужно для стенда:
— как обычно, видеоаппаратура для съемки показаний весов;
— в качестве датчика берем конструкцию стенда ТСК-2-10, или просто хозяйственные механические весы на 10кг;
  Для корпуса:
— доска 700х220х25 мм - 2 шт.;
— доска 500х100х20 мм - 1 шт.;
— тавр из 3,5 мм дюраля 600х55х50, можно любой прочный металлический уголок 600х50х50 - 1шт.;
— пластина из 2 мм железа 150х50
  Для рычага:
— швеллер алюминиевый 140х25х20 - 1 шт.;
— шпилька М6 с ухом под ось 6 мм - 1 шт.;
— металлический цилиндр с центральной резьбой М6 и диаметров по внутреннему размеру движка, у меня 32 мм - 1шт.;
— подшипник 19х6 мм - 1шт.;
  Крепеж:
— уголок из 2 мм железа 100х100х90 мм - 1шт;
— уголок из 2 мм железа 85х55х45 мм - 4 шт.;
— уголок из 2 мм железа 50х50х40 мм - 4 шт.;
— болт М10 - 2 шт.;
— втулка D=10.5 мм длиной по диаметру движка + 2-3 мм - 2шт.;
— гайка или барашек М10х70 - 2 шт.;
— болт М6х40 - 2 шт.;
— болт М6х80 - 1 шт.;
— гайка М6 - 3 шт.;
— болт М8 - 2 шт.;
— гайка М8 - 2 шт.;
— и шайбы, гровера под М6 и М8 по необходимости;
— саморезы 5х40 - ~30 шт.;
— саморезы 5х100 - 2 шт.;
— саморезы 4х40 - 4 шт.;
— пластинка фторопласта 80х15х3 - 2 шт.;

Как видим много всякой всячины, но все это недорого и доступно. Естественно размеры должны быть выбраны по конкретному двигателю, некоторые материалы можно варьировать. Самое сложное для меня было найти шпильку-шток с ухом и подобрать цилиндр-преходник для стыковки движка со штоком. Замечу, что все уголки и откосы крепятся саморезами. При наличии шуруповерта эта операция делается в считанные секунды. Стенд несложно разобрать или подогнать под другой мотор.

Изготовление
Описывать подробно конструкцию стенда нет особой необходимости, она будет понятна из фоток. Делать чертеж, думаю тоже не нужно, поскольку размеры стенда зависит от конкретного мотора. Отмечу только ответственные моменты.

Несущий корпус представляет собой перевернутую букву Т из толстых досок. Жесткость обеспечивается откосом из 20 мм доски.

На горизонтальном основании крепятся весы с полочкой на таком расстоянии, чтобы мог быть использован плечевой рычаг, т.е. в данном случае 150 мм от вертикальной доски до центра полочки весов. На полочку весов привинчиваем тонкую алюминиевую пластинку, в которую упрется подшипник рычага. Пластинка выравнивает поверхность, делает ее жесткой и уменьшает трение контакта.

На вертикальной несущей доске монтируется система фиксации двигателя из уголков 85х55х45 мм и болтов М10 с втулками. Движок должен свободно ходить внутри этой фермы, но не сильно люфтить. Чтобы он не ёрзал по доске, устанавливаются прокладки из фторопласта около основания уголков. Положение ограничивающих уголков по высоте определяется размером движка и положением рычага, передающего усилие на весы.

Рычаг и вся система передачи усилия на датчик это, пожалуй, самый ответственный элемент. Первый вариант, который я собрал, дал неприемлемую ошибку при тарировке. Пришлось серьезно поработать над этим моментом. Прежде всего, рычаг должен быть очень легким, хотя и прочным. Алюминиевый швеллер хорошо подошел. Оси, задающие соотношение плеч (я взял 1/6), должны быть на одной прямой, чтобы избежать нелинейности показаний. Не должно быть элементов имеющих заметное трение. Отсюда и применение подшипника на передающей оси рычага и стальная шпилька с ухом в качестве принимающего нагрузку элемента. Оси только стальные из болтов М6. Нагрузки у нас односторонние, поэтому подходит принцип - лучше небольшой люфт, чем трение.
Рычаг фиксируется осью на уголки 50х50х40 мм. Плечи других осей 20 и 120 мм.
    Усилие на шток передаётся через переходник. Конструкция этого элемента должна зависеть от конкретного двигателя. Я сделал простой алюминиевый цилиндр, который просто вставляется в выступающую над заглушкой часть корпуса мотора и упирается в заглушку. Шток просто вкручивается на резьбе в этот цилиндр-переходник и становится, как бы продолжением движка.

Продольная устойчивость стенду обеспечиваетя доской основанием. Для поперечной устойчивости крепим на переднем торце этого основания металлический тавр или уголок. Делаем это болтами М8 с обязательной подкладкой металлической пластины, иначе доска может просто треснуть. По краям тавра делаем отверстия диаметром ~17-18 мм под колья крепления к грунту.

Для установки стенда в поле сделал 4 кола из металлического квадратного прутка 10х10 мм длиной 450 мм и отгибом 80-100 мм. Два кола втыкаются в крайние отверстия поперечного тавра, а два просто прижимают своими отгибами заднюю часть основания стенда. Такой крепеж фиксирует конструкцию практически намертво даже в достаточно рыхлой весенней целине, в чем я уже успел убедиться.

Тарировка
Тарировка стенда с рабочим диапазоном 60 кг это, скажу вам, занятие не для слабых! Пришлось установить на стенд двигатель РДК-4-300, на двигателе закрепить специальный столик. На этот столик надо было грузить гири массой до 20 кг. Если учесть, что для уверенности в результатах необходимо несколько раз прогнать по всему диапазону нагрузок, да еще учесть, что не первый вариант конструкции удовлетворил требованиям точности, то можно представить что это за тренировочный процесс тяжелоатлета. Но усилия себя оправдали. Стенд стал давать стабильные показания и держал точность не хуже 2%. Такая точность меня более чем удовлетворяет. В качестве проверки на перегрузку просто повис на движке, как говорится всем дядей, а это уверяю вас немалый вес. Конструкция с честью выдержала все издевательства и была признана годной к использованию.

Результаты тарировки показаны на рис.1.
    Мо - это реальная нагрузка в виде гирь и прочего металлолома;
    Мо/к - это то, что должны в идеале показывать весы;
    Р1 и Р2 - реальные показания весов при нагрузке и разгрузке;
    σ - ошибка измерения.
    Значения получены в результате 5-ти прогонов, что, правда, мало повлияло на результат.

Запуск
С испытанием затягивать не стал. Мотор был готов уже заранее. Так что на следующий день после окончательной тарировки прогнал на стенде двигатель. Вот видеоотчет Испытания прошли без проблем. Результаты можно посмотреть в статье о РДК-4-300.

Стенд легко транспортируется, поскольку он не тяжелый, легко и надежно фиксируется. Двигатель быстро и просто устанавливается на стенд. Снятие показаний уже отработано на предыдущих стендах, как и обработка с помощью программы ALTIMMEX.

Методика обработки данных стенда подробно расписана в статье "Обработка данных тягоизмерительного стенда". /21.04.2010 kia-soft/

***