Torsion

[Bob Hopman]

Hallo zusamen,

wie könne man, bzw. mit was für Sensor könnte man Torsion im Flügel oder auch im Rumpf in der Praxis messen?

Wäre interessant, wenn man mit einem Datenlogger dieser Werte im DS aufzeichnen könnte....

LG,

Bob

[Fibricus]

Zwei Beschleunigungssensoren!
Einen als Referenzsensor im Rumpf (Neutralpunkt) und einer am Randbogen, so weit wie möglich hinter (oder vor) dem Neutralpunkt (in Flugrichtung gesehen).
Nun kannst Du Differenzen zwischen den Sensoren aufzeichnen.
Besonders gut wird es beim Flattern gehen... ;)

Gruß

Tobias

[Tim Medhurst]

Moin zusammen!

Zwei Beschleunigungssensoren!
Einen als Referenzsensor im Rumpf (Neutralpunkt) und einer am Randbogen, so weit wie möglich hinter (oder vor) dem Neutralpunkt (in Flugrichtung gesehen).
Nun kannst Du Differenzen zwischen den Sensoren aufzeichnen.
Besonders gut wird es beim Flattern gehen... ;)

Gruß

Tobias


Ich habe keine Ahnung wie man es bei manntragenden Flugzeugen macht,
aber mit zwei Beschleunigungssensoren hast Du mehrere Nachteile, wenn
es darum geht Verdrehung ungleich heftiges Flattern zu messen.
Du bist sehr ungenau. Damit meine ich, dass die Wege sehr klein sind,
die Zeit aber relativ lang. Somit sind nur minimal Beschleunigungen
vorhanden, die man messtechnisch wohl nicht erfassen kann.
Des Weiteren sind statische Fälle überhaupt nicht messbar. D.h. eine langsame
Verdrehung im quasi statischen Schnellflug in ruhiger Luft ist nicht erfassbar,
ebensowenig wenn der Flieger z.B. durch Eigengewicht
am Boden verwunden wird. (Zugegeben, das ist hier eher unwichtig.)

Ich würde sagen, dass man gute Aussagen nur mit Dehnungsmessstreifen
erhalten kann, das ist die klassiche Mehtode in der Beanspruchungsmessung.
Dehnungsmessstreifen (DMS) sind hier zu sehen:
http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=1601&stc=1&d=1262425909
Das sind die kleinen recheckigen braun/goldenen Teile mit den winzigen
silbernen Anschlüssen.
Klebst Du zwei oder mehr davon auf die Schale, längs zur Faser (also +-45°
zur Flugrichtung), kannst Du die Dehnungen der Schalen (hier Schub) als Resultat der
Torsionsbelastung messen. Und zwar statisch und dynamisch.
Wo genau man die DMS am Flügel anbringt, kann Jaro bestimmt gut
beantworten. Ich würde sagen leicht ausserhalb des Rumpfes, dort ist
das Torsionmoment am größten.
DMS kosten wenig, sind aber nur 1x aufzukleben.
Ebenso kann man Biegungen erfassen, wenn man die DMS z.B. in Faserrichtung
auf den Holm klebt. Je nachdem was gewünscht ist.

Der Nachteil ist, dass man wenige µV messen muss, es ist also ein aufwändiger
Messverstärker notwendig. Hier fangen meine Probleme an, so etwas ist
schwierig zu "basteln".

GrußTim

[Bob Hopman]

Hallo Tim,

interessant; reagieren solche Messstreifen schnell oder eher trägë? Ich denke mal recht schnell oder? Wäre zumindest unnutzbar wenn träge...

Aber so wie ich das verstehe, sollte man diese Messstreifen im voraus beim Bauen in der Form schon einlaminieren oder?
Wäre doch interessant zu wissen wie z.B. die Torsion im Rumpf ist, wass manchmal auf Film nicht so einfach mehr ab zu lesen ist.

LG,

Bob

[jduggen]

Hallo Bob,

nee, die DMS können nachträglich angebracht werden. Sie reagieren sehr schnell, ist nur die Frage wie "träge" die Auswertung ist. In meiner Diplomarbeit haben wir einige 100 Stk verklebt/zerstört. Der zeitliche Aspekt war aber da nicht so interessant.

Viel Spaß beim "messen"

Jörg

[Tim Medhurst]

Hallo Bob,

Jörg hat völlig recht. Die DMS gehen eine "Einheit" mit dem Untergrund
ein. Sie werden vollflächig verklebt und machen alle Dehnungen 1:1 mit.
Es gibt keine Verzögerung, sofern Deine Aufzeichnung schnell genug ist.
Hier gehen industriell mehrere hundert Hz bis zu einigen kHz. Der Unilog
oder ähnliche sind leider schon bei 16Hz am Ende.

Zum Aufbringen kann ich nur sagen, dass man bei isotropen Werkstoffen
immer nachträglich aufklebt, wie und wo man bei Laminaten platziert kann
ich nicht beantworten. Ich denke aber, dass die (Glas-)Decklage auch die
Dehnung der darunter liegenden Kohleschichten mitmacht.

Dann gibt es noch DMS für verschieden Materialien, die Querkontraktionszahlen
untscheiden sich ja bei Stahl und Kunststoff und Alu, z.B.. Das ist aber
wohl für unsere Anwendung nicht so kritisch.

Wenn einer einen kleinen Messverstärker besorgt, sponsore ich die DMS.

GrußTim

[Fibricus]

Bei Standschwingversuchen (an manntragenden Flugzeugen) werden Beschleunigungssensoren benutzt. Die DMS werden aber gerne bei einem Bruchversuch eingesetzt, um genau zu wissen, wann und vielleicht auch warum der Flügel (zu früh ;) ) gebrochen ist...

Der Messverstärker ist halt das Problem bei DMS. Den in ein Modell unterzubringen ist ehr was für ein 1:2 Scale...

Gruß

Tobias

[Bob Hopman]

Hallo zusammen,

über wie viele uV reden wir hier? Gibt es genaue Werte, bzw. Spannungsfenster?

LG,

Bob

[Tim Medhurst]

Hallo Bob,

Es gibt einige Zusammenhänge, anhand welcher man die Spannungen
ausrechnen kann.
Ohne jetzt genaue Werte nachgucken zu können, hängt die Spannung einer Wheatstone'schen
Brücke linear ab von:
-Der Anzahl der aktiven DMS (Viertel, Halb oder Vollbrücke)
-Dem "k"-Faktor der DMS (immer gleich)
-Der Speisespannung (üblicherweise 5V oder 10V bei 350 Ohm DMS)
-Der Dehnung (die wollen wir ja messen)

Ich habe jetzt keine genauen Werte für E-Modul, Bruchdehnung etc. im Kopf,
aber Montag könnte ich mal ein paar fiktive Zahlen rechnen. Ist
wirklich nicht schwierig.
http://de.wikipedia.org/wiki/Dehnungsmessstreifen

Bei fertigen Aufnehmern kommen bei Nennlast 2mV/V 'raus (Kraftmessdosen etc). Also echt wenig, wenn man nur 20% der
Nennlasts messen wil und mit 5V speist....

Gruß
Tim

[Tim Medhurst]

Hallo nochmal,

ich habe jetzt mal grob überschlagen, was so passieren müsste, wenn man
einen Rumpf mit 4 aktiven DMS beklebt.
Ich nehme an wie kleben die DMS 45° zur Längsachse auf, um die Schubspannungen
zu messen. Torsion erzeugt einen zweiachsigen Spannungszustand, wenn
wir jetzt die Hauptnormalspannungen messen, liegen die Maxima auf
besagten 45° zur Längsachse.
Die Normalspannungen erzeugen Dehnungen in den Fasern, welche wir mittels
DMS messen können (wollen).
Sollten die Fasern nicht in 45° Richtung liegen, ergibt sich folgender Fehler:
f=(cos 2 alpha -1) * 100% (alpha=Richtungsfehler in Grad). Dieser Fehler ist
aber für Winkel kleiner 5° vernachlässigbar.

Die angezeigte Messspannung bei einer Vollbrücke ist:
U_mess = U_0 * Eps *k
mit k = 2 (Metall-DMS) , U_0 = 5V und Eps = 0,5% (fiktive Annahme)
ergibt das eine Ausgangsspannung U_mess = 0,05V

D.h. wenn die Fasern um 0,5% gedehnt werden, müssen wir 0,05V erfassen,
verstärken und speichern.
Das linear und vor allem driftfrei zu schaffen ist die Schwierigkeit.
Die tatsächlichen Dehnungen werden wohl viel kleiner sein, ich denke
eher in der Größenordnung von unter 0,1%.

Vielleicht sollte man etwas einfacheres messen, wie die Dehnungen in den
Holmfasern? Lässt sich auch leichter in Spannugen umrechnen :D

Wegen der Anisotropie des ganzen Rumpfes müsste man auch nochmal
genau gucken, und jemanden fragen, der sich mit Faserverbunden auskennt....

Tim

[Bob Hopman]

Hi Tim,

Ok, 0-50mV (oder 0-100mV) Eingang mit eine ordentliche Auflösung wird da also schon gebraucht. Industriele Datenlogger haben damit kein Problem, auch nicht mit der Messfrequenz.. nur die Modelle sind dafür zu klein. Hmm... mal schauen ob ich da was finde.

LG,

Bob