Способ определения аэродинамических характеристик тел и устройство для его осуществления
Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при весовых испытаниях Целью изобетения является повышение точности определения аэродинамических коэффициентов при расширении класса исспедуе- .мых теа Для этого устанавливают первоначальное вертикальное смещение оси поворота относительно центра масс тела в пределах 02 - 0,3 длины тела, а при горизонтальном смещении этой оси относительно центра масс в сторону носовой части тепа в пределах 0,07 - 0,11 длины тела, одновременно смещают ее и в вертикальном направлении, выпол/22 няя соотношение Y va -(X -X ) + Y , где Y тТООт вертикальное смещение оси; X - горизонтальное смещение оси; X , У - координаты центра окружности относительно центра масс тела; а - радиус окружности. Устройство снабжено стабилизирующей ветвью, выполненной в виде стержня, и механизмами изменения точки крепления стержня к телу и вращения стержня в продольной плоскости. При этом расстояние между элементами крепления ветвей в поперечной плоскости составляет 0,25 - 0,35 длины тела, соединение этих ветвей с вертлюгом расположено в вертик2.г1ьной плоскости на расстоянии 02 - 0,3 длины тепа, а угол между стержнем и плоскостью, проходящей через ветви, равен 10 - И0°, причем вертикальная ось вращения вертлюга проходит через центр масс тела. 2 сп. ф-лы 6 иа
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4163853/23 (22) 22.1 236 (46) 15.1293 Бюл. ¹ 45-46 (72) Мартынов АЛ„Мутилин НА; Сапахов МА; Балабанов В.8. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при весовых испытаниях Целью изобетения является повышение точности определения аэродинамических коэффициентов при расширении класса исследуе,мых теп Для этого устанавливают первоначальное вертикальное смещение оси поворота относительно центра масс тела в пределах ОЯ вЂ” 0,3 длины тела, а при горизонтальном смещении этой оси относительно центра масс в сторону носовой части тела в пределах 0,07 — О,!1 длины тела. одновременно (19) SU {I l) 146296". А1. (51) 5 0 01 h f9/06 смещают ее и в вертикальном направлении, выпоп2 2 няя соотношение Y = а -(Х-Х ) + Y, где Y
Т т 0 О T вертикальное смещение оси; Х вЂ” горизонтальное
1 смещение оси; Х, т — координаты центра окруж0 0 ности относительно центра масс тела; а — радиус окружности. Устройство снабжено стабилизирующей ветвью, выполненной в виде стержня, и механизмами изменения точки крепления стержня к телу и вращения стержня в продольной плоскости. При этом расстояние между элементами крепления ветвей s поперечной плоскости составляет 0,25 — 0,35 длины тела. соединение этих ветвей с вертпюгом распопо)кено в вертикальной плоскости на расстоянии 0,2 — 0,3 длины тела, а угол между стержнем и плоскостью, проходящей через ветви, равен 10—
140, причем вертикальная ось вращения вертлюга проходит через центр масс тела. 2 сп ф-лы, 6 ип.
1462969
И -абретáíè6 относится к эксг;ерименYBfIbHoM аэродинамике и МО>кет быть использовано при весовых испытаниях.
Целью изобретения является повышсНИ8 тОЧНастй ОПР6ДЕЛЕН1.Я аЭРОДИ1,аМИЧЕских коэффициентов при расширеии: класса исследуемых тел.
На фиг. приведено предлагаемое устройство., общий вид; на фиг.2 — узел крепления вертлюга к канату; на фиг.3 — механизм изменения точки крепления стержня к телу; на фиг.4 и 5 — механизм вращения стержня в продольной плоскости и крепление подвесной системы K вертл1огу; на фиг.6 — расчетная схема действия сил.
Устройство садер>кит канат (гибку1О связь) "., вертлюг 2, который снаб>кен узлам
3 каепления к канату 1 с Bepx!«6vl стороны, а с нижней стороны — подвесной системой 4, состоящей из двух ветвей со средствами 5 крепления к телу 6, расположенными B 81 î поперечной плоскости, измеритель 7 натяжения каната (силомерное кольцо,, измеритель 8 Угла атаки каната 1, измеритель 9 угла атаки тела. Устройство так>ке содержит стабилизлруюшую ветвь i0, вь1полненную г виде >KecTKQIQ стержня, механизм (узел) 1 . изменения; 1 и механизм !2 вращения стабилизиру1ощей ветви ".0 B продольной плсскостл, причем концы ветвей 13, 14, заделанные 0 кауши 15, I >, закреплены нз TBBО 11ocpi: дст" ва1"1 срецств 5 крепления, а д1i",Ãè8 кОнцiI В8ТВ8М 7, I 8 поЦвеснай1 системы 4 злделань(в кауш", . 9, 20 M 3BKpEQIIBII!,18 вертл1асе в НИЖНей его чаСТИ I IOCp8+CTBQN1 КауlllBA 1, 2? с OTBBpcTv!ßìM, Г1ричем; TB6viflfr1BMру1<>а., ая BBTBb 10 ад1«им канЦОм Bl;реплэна через механизм !2 вращения стзбилизлруюсцей ветви !0 на вертлюге .>, а другим — на теле в 8ГО Г1радальнаи плОскОсти чсрез механизм l1 изменения координат тачки падвеса каната ). При этом узел 3 крепления вертл;ОГ;: 2 K канату 1 выг;алнен в ниде ви;-кл 23, стержня 24 л элемента 25 креплени", вилки 23 к измерителю 7 натяжения каната "., установленного внутри вилки 23 с возможностыа повг:рста вокруг стержня 24, а Ось 26 вращения аертл1ога 2 савпаЦает с вертикальной осью 27, прохоцящей «BpQB центр масс тела 6. Нижняя часть вертлюга 2 расположена на расстоян1ли 0,2-0,3 характерного размера тела 6 от центра масс. В устройстве стабилизирующая ветвь 10 выполнена с возможностью изменения угла между нею и пласкость1о, и раходяще1л через две ветви подвесной системы 4, в преселах от 10 до 140 за счет перемещения стабилизиру1ощей ветви 10 "., узла 11 изменения координат точки подвеся KBHBTB i.! 20 >5 4 3» Измеритеггь 7 натяжения каната 1 размещен между канатом 1 и элементом 25 крепления вил кл 23 к иэмерител1О 7 натя>кения каната 1. Измсри-.ель 9 угла атаки тела 6 закреплен в носовой части в зоне невозIviVë-.Н ioÃo потОка и пр6Цставляет собой датчик флюгерного типа, а сьем сигнала с указанного датчика можст производиться, например с потенциометра с двумя средними токами,;; которому подается напряжение постоянного или пере:.1енного тока, Измеритель 8 угла атаки каната 1 закреплен на элементе 25 крепления вилки 23 к измерител1о 7 натяжения каната 1, причем Ого конструкция идентична конструкции измерителя угла атаки тела, Меха1«и.: м 11 изменения координат точки подвеса каната 11 имеет основание 28 с закрепленным на нем ухом 29, а на поверхности тела 6 закреплены Z-образные фиксирующие пластины 30, расположенные симметрично относительно продольной плоскости тела 6. Основанле 28 с ухом 29 размещено между телом 6 и Z-образными фиксирующими пластинами 30, В верхней части каждой из Z-образных фиксирующих пластин 30 выполнены одна параллель«о другой и продольной аси тела 6 прорези 31, а и основании 28 выполнены резьбовые отверстия 32, B которь1х размещены участки винтов,33 с резьбой, головки 34 которых располо>кены над прорезями 31 и контактируют с верхней час вью Z-абразнь1х фиксиру1агцих пластин 30. Уе.;анизм 12 вращения стабилизирующей:8TBM 10 !3 прОдОль ной clfloci d5, Ызмеситель 7 натяжения каната 1 Мо >кет быть выпалн8н в вид8 cviламернОГО кольц круглой или эллиптической формы, снару>ки и внутри которого размещены тен=-аметрические датчики 38, причем они расположены B середлне кольца, Размещ -!MB измерителя 2 натяжения каната 1 между ертлюгом 2 и канатом 1 выбрано с таким расчетом, чтобы измерять величины силы натяжения каната у тела и искгпачить влиянле аэродинамических и весовых х3зрактеристик каната на точность измерения натяжения, Как видно из фиг.6 аэродинамические и массовые характеристики каната 1 pBBHbl 0 (точка а) в месте крепления каната 1 к вертлюгу 2 и равны ЬТ< в произвольно выбранной точке каната 1462969 (точка 6)., поэтому силы натяжения каната 1 в точках а и б не равны Т 2 > Т,1. Измеритель 9 угла атаки тела закреплен посредством кронштейна 39 на теле 6 таким образом, чтобы он находился в зоне невозмущенного потока. Для балансировки тела 6 с нулевым углом крена в боковой плоскости ветви подвесной системы 4 снабжены тандерами 40, 41. Измеритель 8 угла атаки каната 1, определяющий угловое положение вектора силы натяжения каната 1, размещен между измерителем 7 натяжения каната 1 и вертлюгом 2, так как в этом месте размещен измеритель 7 натяжения каната 1, определяющий величину вектора силы натяжения каната Т«. Такое размещения измерителя 8 угла атаки каната 1 исключает влияние изменения направления вектора силы натяжения каната 1 по его длине за счет прогиба каната на точность измерения угла атаки каната у тела(ак2< ак1). Передача сигналов с измерителей 8, 9 углов атаки каната и тела и измерителя 7 натяжения каната 1 для регистрации и их запитка постоянным или переменным напряжением могут осуществляться, например по кабель-тросу. Для измерения углов атаки каната 1 и тела 6 при продувке последнего в аэродинамической трубе можно, например, использовать теодолит. Определение аэродинамических коэффициентов тела осуществляется следующим образом, Перед началом испытаний определяют геометрические характеристики тела 6 (например, для плоского тела): характерную площадь S и характерный размер I. При изготовлении тела 6 предусматривают места крепления средств крепления 5 подвесной системы 4 и узла 11 изменения координат точки подвеса каната 1. Определяют массу тела при отсоединенных канате 1, вертлюге 2, подвесной системе 4 и стабилизирующей ветви 10. Тело 6 подвешивают через канат 1, силомерное кольцо 7, вертлюг 2, подвесную систему 4, стабилизирующую ветвь 10, производят центровку тела С в расчетной точке и устанавливают фиксированную скорость потока Ч. Измерение скорости потока Ч может осуществляться с помощью измерителя скоростного напора, размещенного в зоне невозмущенного потока. Под действием аэродинамических и массовых сил тело 6 занимает балансировочное положение. Измеряют силу натяжения каната 1 у тела 6, Ti, угол атаки каната 1 у тела 6 а к1 и угол атаки тела 6 Q 1. Уменьшают скорость потока до нуля и смещают точку подвеса кэнэта 1 вдоль продольной оси тела 6 в пределах Хт = 0.07-0,11 характерного размера тела 5 одновременно со смещением вдоль вертикальной оси, выполняя соотношение "-r *-r-=-"r кальное смещение; хт- горизонтальное смещение оси; xo, Yo — координаты центра 10 окружности относительно центра масс тела; а — радиус окружности, При этом изменение угла этаки тела 6 не должно превышать +. 5О, что соответствует линейному диапазону изменения аэродинамических характе15 ристик тела 6. Устанавливают заданную скорость потока V и измеряют параметры Т2, а у2, а г при новом положении точки подвеса, т.е. оси вращения. Весовые аэродинамические коэффици20 енты определяют по следующей методике: ВЫЧИСЛяЮт ПрОЕКцИИ Txl И Ty, СИЛЫ Натяжвния каната Tl на оси OX «OY для двух вариантов эксперимента 25 TÄl = Tl cos а,l, T>i=TlSln axe где! = 1,2„. и т,д. — номер эксперимента. С другой стороны Txi Gal T>i =; -Yal+ mg, (2) где Qa(— сила лобового сопротивления тела; 35 Yal — подьемная сила тела; g — ускорение силы тяжести, Иэ (2) находят Qai- Txl, Yal = WQ — Ту, (3) Составляют систему уравнений 45 1 а2 Са „г У,2 2 (4) откуда определяют Суо и Су. а 50 Составляют систему уравнений (1д)(в) „г, (а.21 2 (5) откуда определяют С о и В, где  — коэффициент отвала полярны. При налич11и управляющей поверхности, например руля высоты, проводят дополнительный эксперимент с отклоненным рулем высоты, Для этого уменьшают скорость потока до нуля и устанавлива:от угол 5 отклонения руля ьысоты дд, отличный от нуля, например дв = 5 . Устанавливаютзаданную скорость потока и измеряют параметры Тз, а кз, а з, Производную коэффициента подъемной силы тела по рул>о высоты С в дч 10 определяют по формуле Су = - ; -С„-с, аз).(6) д. 1 Y.-з Q н,s.,15 2 (Оа1соза1+(6-Ya13$1flà1 )УТ1+ J a ) гп 710 -1 1 -I < Са1$!пг>:1+(G — Y 1 )cosG1)xT1 1Q2 ftlz 1 ) С, 2 L (Qa2COSO2+(G а2 )S I AQ2 )YT2+ J 1-(— Qa2$ пй. 2+(G — т а2 )co st)x1 2 (10) 35 40 на кронштейне 39 в зоне невозмущенного 45 потока, определяют угол атаки тела 6. С по50 Ы ных датчиков с выходными потенциометрами) может производиться с помощью, Моментные аэродинамические коэффициенты определяют из уравнения равномОтКУДа ОПРЕДЕЛЯЮТ ГЛ,-1О И mzt гх При нали 1ии, г1рав>1яюще1л повсрхности, в частности руля высоты, козффиtlNBHT rtpoM36op, НОй пророчь ного момента по рулlо ВЫСО1Ы ОПРЕДЕЛЯРтГЛ ПОИ < ГЛОНЕНИИ РУЛЯ высОты tt3 заданный угол, например дБ4 -5 . Рас 1е1 этого коэффициента производится посг1е определения параметоов Т1, Окр, Я M постановки данных в формулу(9), Устройство для определ ",Mt;Jt аэродинамических характеристик тел работает следу1ощ1лм образом. Перед началом испытаний измеря от геометрические характеристики тела 6, длину 1, ширину Ь (например, с помощь о штангенциркуля, линсйкл и 1,д.) и Определя1от расчетом характерную площадь S. С помощью весов определяют массу тела 6 при отсоединенном канате 1, вертлюге 2, подвесной системе 4 и стабилизирующей ветви 10. Тело 6 подвешиг а зт к канату 1 через силомерное кольцо 7 с тензометрическими датчикзми 38, узел 3 крепления к канату 1 с измерителем 8 угла атаки каната, вертлюг 2, подвесную систему 4у со средствами 5 крепления, стабилизирующую ветвь 10 с элементом вращения стабилизирующей ветви 10 и узел 11 изменения координат точки г1одвеса, Центровку тела 6 в расчетной точке осуществляют путем перемещения стабилизирующей ветви 10 узле 11 изменения коорцлнат тОчки подвеса. Для sToto Ослабляют винт сия моментов, деЙствующих на тело в flpoдольной плоскости, которое имеет вид Mz1O+ Mz1 Q+ 1JIzt (4 Txl (т+ Tyl Xx = 0 о., дп где У 1 =- гг4 pSV /2 1 S. (7) Учитывая, что при продувке угол наклона траектории C+. -О, угол скольжения P= 0 в продольной плоскости и 1x1t = Txt cos Qt + Tyt $!и Я Ty1t = -Тх! $1п Я + Ту1 соз A (8) Тх! - Oat Tyt = G Yat после подставки (8) в (7) получим Mz1O = Mz1(Х+ М1 да- (0aCOS а+ + (G Ya) S1A Q )X Ут + ("QaSIA Q + +(G Ya) со$ а ) хт = 0 (9) При отсутствии управляющих поверхностей дв = О. Составляют систему уравнений 33 и перемеща от основание 28 между Z-Об" разными фиксирующими. пластинами 30 до балансировочного положения в процольной плоскости с нулевым углом тангажа, При атом винты 33 перемещаются в прорезях 31 Z-образных фиксируюших пласт11н 30, Определение балансировочного гюложения тела 6 как в продольной, так и в поперечной плоскостях может осуществляться с flo" мощью уровня, При достиженли балансироВОЧНОгО ПОЛожЕНИЯ тЕЛа В ПРОДОЛЬНОЙ плоскости с нулевым углом тангажа фиксиру1от основание 23 с помощь!о винтов ЗЗ в Z-образных фиксирующих пластинах 30. Балансировка тела в поперечной плоскости производится регулировкой тандеров 40, 41 путем уменьшения или увеличения длины мтвей подвесной системы 4 с помощью уровня, Затем тело 6 посредством каната 1 помещают в поток (воздушный, гидродинамический и т,д,), под действием которого оно занимает новое балансировочное положение. С помощь1о измерителя 9 угла атаки тсла 6, установленного в его носовой части мощью измерителя 8 угла атаки каната 1, закрепленного на элементе 25 крепления вилKM 23, опрецеляют угол атаки каната 1. Съем сигналов с измерителей 8 и 9 углов атаки каната и тела 6 (например, с флюгер10 1462969 например тестерэ, причем выходное напряжение с выходных потенциометров флюгерных датчиков должно быть протарировано в зависимости от угла поворота их подвижной части, С помощью тензометрических датчиков 38 силомерного кольца 7 определяют силу натяжения каната 1 у тела 6. Тело 6 убирают из потока, Расчетом определяют величину перемещения точки подвеса в сторону носовой части в пределах хт =- 0,07 — 0,11 характерного размера тела. причем угол атаки тела 6 не должен превышать значения более 5 при заданной скорости потока, Ослабляют винты 33 и перемещают основание 28 между Z-образными фиксирующими пластинами 30 в сторону носовой части на ргсчетну|о величину. Фиксируют основание 28 с помощью винтов 33 в Z-образных фиксирующих пластинах 30. Перемещение точки подвеса каната 1 к вертлюгу 2 по дуге окружности осуществляется благодаря наличию крюка 36 и уха 35 механизма 12 вращения стабилизирующей ветви 10. Тело 6 помещают в поток, и оно занимает новое балансировочное положение. " помощью измерителя 9 угла атаки тела 6, измерителя 8 угла атаки каната 1, измерителя 7 натяжения каната 1 определяют углы втэки тела б и каната 1, а также силу натяжения каната 1. Определяют скоростной напор с помо цью измерителя скоростного напора,Hà фиг,1 не показан). По дан "ILIì для двух положений точки подвесэ каната 1 к телу 6 рассчитыBGIoò аэродинамические коэффициенты, Для определения зависимости Cy f(Q ) основание 28 перемещают 8 Z oáразных фиксирующих пластинах 30 в пределах хт =- 0,07 — 0,11 характерного размера тела 6 и фиксируют поочередно s ряде точек Формула изобретения 1. Способ определения аэродинамических характеристик тел, основанный на определении углов атаки тела и гибкой связи и усилия, действующего на гибкую связь в точке соединения с подвеской при смещении оси поворота тела относительно его центра масс, по которым рассчитывают соответствующие аэродинамические характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения аэродинамических коэффициентов при расширении класса исследуемых тел, устанавливают первоначальное вертикаль- ное смещение оси поворота относительно центра масс тела в пределах 0,2 - 0,3 длины тела. а при горизонтальном смещении этой оси относительно центра масс в стопри условии изменения углов втэки тела 6 не более 5 . Предлагаемый способ определения аэродинамических характеристик тел и уст5 ройство для его осуществления позволяют повысить точность определения аэродинэмических коэффициентов по сравнению с базовым объектом, в качестве которого выбран прототип, за счет снижения колебаний 10 тела в потоке и повышения точности измерения усилий, действующих на гибкую связь, углов атаки тела и гибкой связи. Кроме того, к преимуществам предлагаемого способа и устройства для его реализации 15 относится возможность определения аэродинамически;; тэл с высокораспогоженным крылом, а также плоских и неоперенных тел зэ счет перемещения точки подвеса каната к телу в продольной плоскости вдоль двух 20 взаимно перпендикулярных осей, что позволяет расширить классы исследуемых тел. К другим преимущества способа и устройства относится возможность определения аэродинамических характеристик тел в бо25 лее широком диапазоне скоростей эа счет обеспечения продольной устойчивости тела. Предлагаемые способ и устройство имеют большое значение пр«определении аэродинамических коэффициентов тел, под30 вешивэемых на канате, при буксировке их движущимися объектами. Идентификация аэродинамических коэффициентов буксируемых нэ канате тел может производиться по результатам летных испытаний, 35 (56) Горлин С.VI, Экспериментальная аэродинамика, М.: Высшая школа. 1970, с, 244253, Авторское свидетельство СССР И 1130098, кл. 6 01 M 9/00, 1982. рону носовой ":àñòè тала в пределах 0,070,11 длины тела одновременно смещают ее и в вертикальном направлении, выпол45 няя соотношение тт = а (Xт Xo) +то где YT - вертикальные смещения оси; XT - горизонтальные смещения оси; Хо, Y - координаты центра окружности относителbI-Iо центра масс тела; а - радиус окружности. 2. устройство для определения аэродинамических характеристик тел, содержа55, щее подвесную систему, состоящую из двух связей с элементами крепления к телу, расголоженными в поперечной плоскости. аертлюг, с которым соединены ветви подвесной системы и канат, измеритель натяжения каната и датчики углов атаки 1462969 каната и тела, отличающееся тем, что оно снабжено стабилизирующей связью, выполненной в виде стержня, механизмом изменения точки крепления стержня к телу и механизмом вращения стержня в про- 5 дальной плоскости, при этом расстояние между элементами крепления связей в поперечной плоскости составляет 0,25 - 0,35 длины тела, соединение этих связей с вертлюгом в вертикальной плоскости расположено на расстоянии 0.2 - 0,3 длины тела, а угол между стержнем и плоскостью, проходящей через ветви, равен 10 - 140, причем вертикальная ось вращения вертлюга совмещена с центром масс тела. 1 462о69 1462969 г Ь ЦРиа8 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Заказ 3351 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Составитель А. Хлупнов Редактор Т. Яошкарева Техред М.Моргентал Корректор М. Керецман
