Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов и может быть использовано при динамических испытаниях моделей различных летательных аппаратов в аэродинамической трубе. Устройство содержит державку для крепления модели летательного аппарата, измеритель аэродинамических сил и моментов, Г-образную раму, двигатель, устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги и механизм угловых колебаний модели, содержащий синусный механизм, вертикальную штангу, обеспечивающее крепление верхней части модели к державке с помощью пластины, закрепленной на внутрифюзеляжной платформе модели. При этом на пластине установлен нижний кронштейн, к которому прикреплен один конец измерителя аэродинамических сил и моментов, а его другой конец закреплен в верхнем кронштейне, на котором расположен переходник, размещенный внутри державки для крепления модели. При этом ось измерителя должна совпадать с продольной осью модели, а центр масс модели должен совпадать с осью колебаний модели и моментной точкой измерителя, которая является началом осей координат измерителя. Технический результат заключается в повышении точности измерений, расширении функциональных возможностей устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов.

Известны устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных, содержащие испытуемую модель летательного аппарата, двигатель, кривошип, шатун, державку, оборудованную измерителем сил и моментов, действующих на модель, датчиком положения модели. Изменение частоты колебаний ω регулируется скоростью вращения вала двигателя, а значение амплитуды угловых колебаний модели - радиусом кривошипа. Во время колебаний модели в потоке аэродинамической трубы производятся записи сигналов измерителя сил и моментов, датчика положения модели, а также отметки времени (см. С.М.Белоцерковский, Б.К.Скрипач, В.Г.Табачников. Крыло в нестационарном потоке газа. Стр.194. Изд-во: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. М., 1971 г.).

За прототип устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных , , , , , принято устройство, которое содержит испытуемую модель летательного аппарата, оборудованную измерителем аэродинамических сил и моментов, закрепленного в хвостовой части модели на державке, соединенной с Г-образной рамой, движение которой обеспечивается механизмом угловых гармонических колебаний модели, включающем двигатель и преобразователь вращения вала в угловые колебания модели (см. Н.П.Ильяшенко, И.В.Колин, В.Г.Марков, В.Л.Суханов, Т.И.Трифонова, Д.В.Шуховцов. Влияние турбулентности потока аэродинамической трубы на характеристики гистерезиса в статических аэродинамических силах и моментах. Ученые записки ЦАГИ. Стр.38. Издательский отдел Центрального Аэрогидродинамического Института имени проф. Н.Е.Жуковского. М., 2008 г.).

Недостатки у аналога и прототипа устройства заключаются в том, что, влияние державки на модель сказывается двояко. Во-первых, влияние державки, размещенной в хвостовой части модели, заключается в том, что она возмущает поток вблизи точки, где державка соединяется с моделью (см. Р.Пэнкхерст, Д.Холдер. Техника эксперимента в аэродинамических трубах. Стр.258. Изд-во «Иностранной литературы». М., 1955 г.), и тем самым уменьшается точность измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели. Во-вторых, державка, размещенная в хвостовой части модели, не позволяет проводить испытания штопорной модели летательного аппарата без доработки хвостовой части модели.

Техническим результатом является повышение точности измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели за счет расширения функциональных возможностей устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата с применением устройства верхнего крепления штопорной модели к устройству для реализации ее вынужденных гармонических колебаний.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных, состоящем из державки для крепления модели летательного аппарата, измерителя аэродинамических сил и моментов, Г-образной рамы, двигателя, устройства преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги и механизма угловых колебаний модели, содержащего синусный механизм, осуществлено крепление верхней части модели к державке с помощью пластины, закрепленной на внутрифюзеляжной платформе модели, на пластине установлен нижний кронштейн, к которому прикреплен один конец измерителя аэродинамических сил и моментов, а его другой конец закреплен в верхнем кронштейне, на котором расположен переходник, размещенный внутри державки для крепления модели, при этом ось измерителя должна совпадать с продольной осью модели, а центр масс модели должен совпадать с осью колебаний модели и моментной точкой измерителя, которая является началом осей координат измерителя.

В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по рысканию устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит рычаг, соединенный с вертикальной штангой и державкой.

В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по крену устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит качалку, контактирующую с Г-образной рамой, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке.

В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по тангажу устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит горизонтальную штангу, которая соединена с Г-образной рамой и механизмом угловых колебаний модели.

На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию.

На фиг.2 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену.

На фиг.3 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу.

На фиг.4 показано устройство крепления верхней части модели к державке, входящее в устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели.

Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата 1 по рысканию, крену, тангажу состоит из устройства крепления верхней части модели к державке, державки 3, подшипникового устройства 4, Г-образной рамы 5, вертикальной штанги 6, штока 7, синусного механизма 8, двигателя 9, тумбы 10, поворотного круга аэродинамической трубы малых дозвуковых скоростей 11. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит рычаг 12, соединенный с вертикальной штангой 6 и державкой 3 (фиг.1). Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит качалку 13, контактирующую с Г-образной рамой 5, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке (фиг.2). Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит горизонтальную штангу 14, которая соединена с Г-образной рамой 5 и механизмом угловых колебаний модели (фиг.3).

Изготовленное в ЦАГИ устройство крепления верхней части модели 1 к державке 3 включает внутрифюзеляжную платформу 15, пластину 16, закрепленную к внутрифюзеляжной платформе винтами 17, нижний кронштейн 18, установленный на пластине винтами 19, измерителя аэродинамических сил и моментов 20, гайки 21 для закрепления одного конца измерителя к кронштейну 18, другой конец измерителя с помощью гайки 22 крепится к верхнему кронштейну 23, соединенному с переходником 24 винтами 25, который устанавливается внутри державки винтами 26 таким образом, чтобы ось измерителя совпадала с осью модели, а моментная точка измерителя, которая является началом осей координат измерителя, совпадала с центром масс модели и осью колебаний модели, внутри переходника проходит кабель 27 (фиг.4).

Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата работает следующим образом. Модель жестко закрепляют на устройстве верхнего крепления модели, установленном на переднем конце державки, соединенной с Г-образной рамой. Включают двигатель. С помощью кривошипно-шатунного механизма вращение вала двигателя преобразуется в угловые гармонические колебания модели по закону α(t)=α₀+А_α·cos(ωt+90°) - при колебании по тангажу, β(t)=β₀+А_β·cos(ωt+90°) - при колебании по рысканию, γ(t)=γ₀+А_γ·cos(ωt+90°) - при колебании по крену с частотой ω и амплитудой А_αβ,γ. Во время колебаний измеряют и регистрируют временные зависимости продольной силы Х₀(t), нормальной силы Y₀(t), поперечной силы Z₀(t) и моментов крена M_x0(t), рыскания M_y0(t), тангажа M_z0(t), действующие на модель без потока аэродинамической трубы, затем включают поток и при скорости V потока снова измеряют временные зависимости сил Х(t), Y(t), Z(t) и моментов M_x(t), M_y(t), M_z(t). Исключают инерционные нагрузки, действующие на модель, вычисляют аэродинамические силы и моменты, вычисляют статические и нестационарные производные. Изменяют установочный угол тангажа ϑ₀ на заданную величину и снова проводят измерения и вычисляют указанные производные. При необходимости испытания повторяют при других заданных значениях частот ω и амплитуд А_αβ,γ колебаний модели.

Преимуществом устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных с применением устройства крепления верхней части модели к державке является повышение точности измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели за счет расширения функциональных возможностей устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата, обеспечивающего также возможность проведения испытаний штопорной модели летательного аппарата, для которой не предусмотрено крепление на хвостовую державку.

1. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных, состоящее из державки для крепления модели летательного аппарата, измерителя аэродинамических сил и моментов, Г-образной рамы, двигателя, устройства преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги и механизма угловых колебаний модели, содержащего синусный механизм, вертикальную штангу, отличающееся тем, что в устройстве осуществлено крепление верхней части модели к державке с помощью пластины, закрепленной на внутрифюзеляжной платформе модели, на пластине установлен нижний кронштейн, к которому прикреплен один конец измерителя аэродинамических сил и моментов, а его другой конец закреплен в верхнем кронштейне, на котором расположен переходник, размещенный внутри державки для крепления модели, при этом ось измерителя должна совпадать с продольной осью модели, а центр масс модели должен совпадать с осью колебаний модели и моментной точкой измерителя, которая является началом осей координат измерителя.

2. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных по п.1, отличающееся тем, что при колебании модели по рысканию устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит рычаг, соединенный с вертикальной штангой и державкой.

3. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных по п.1, отличающееся тем, что при колебании модели по крену устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит качалку, контактирующую с Г-образной рамой, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке.

4. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных по п.1, отличающееся тем, что при колебании модели по тангажу устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит горизонтальную штангу, которая соединена с Г-образной рамой и механизмом угловых колебаний модели.