Способ исследования и совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов


 


Владельцы патента RU 2566609:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к проведению исследований в аэродинамической трубе аэродинамических характеристик экранопланов, и может быть использовано для совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов. Способ заключается в моделировании различных режимов движения экраноплана в аэродинамической трубе при использовании модели экраноплана, оснащенной встроенным движительным комплексом и деформируемыми элементами конструкции, находящимися ниже ватерлинии. Использование деформируемых элементов в конструкции модели экраноплана позволяет варьировать величину осадки модели при моделировании границы раздела сред жестким экраном. Испытания модели экраноплана с деформируемыми элементами в аэродинамической трубе проводят на шестикомпонентных аэродинамических весах с жестким закреплением модели, при этом методику проведения испытаний изменяют в части последовательности съема данных при заданных параметрах движения, выполняют варьирование угла атаки при фиксированных высотах центра тяжести (точки поворота модели). По результатам испытаний выявляют геометрические параметры движительного комплекса и режимы его работы, а также положение органов механизации крыла, обеспечивающих наилучшее аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к аэродинамической силе сопротивления). Технический результат заключается в сокращении времени проведения исследований, исключении масштабного эффекта и необходимости учета поправок при сопоставлении результатов испытаний нескольких разномасштабных моделей на различных экспериментальных установках.

 

Изобретение относится к проведению исследований в аэродинамической трубе аэродинамических характеристик экранопланов с поддувом под крыло и может быть использовано для совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов.

Экспериментальные исследования по совершенствованию аэрогидродинамических компоновок экранопланов проводятся в различных исследовательских организациях в России и в ряде зарубежных стран. Однако, в России комплексные исследования по отработке и совершенствованию аэрогидродинамических компоновок многорежимных транспортных средств - экранопланов могут быть выполнены только в Федеральных государственных унитарных предприятиях «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского» и «Крыловский государственный научный центр», которые имеют гидроканал и опытовые басейны с возможностью буксировки моделей с большими скоростями.

Известны способы исследования и совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов и экспериментальные установки для их осуществления, описанные в работах: Трещевский В.Н., Волков Л.Д, Короткий А.И., "Аэродинамический эксперимент в судостроении", Л.: "Судостроение", 1976 г.; Волков Л.Д., Пономарев А.В., Трещевский В.Н., «Проблемы аэродинамики экранопланов», Международная конференция по судостроению, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, Санкт-Петербург, 1994 г.; Белавин Н.И., "Экранопланы" (второе, переработанное и дополненное издание), Л.: "Судостроение", 1977 г.

Исследования и совершенствование аэрогидродинамических компоновок экранопланов, как правило, выполняются поэтапно и с использованием нескольких моделей:

- на газодинамическом стенде с моделированием границы раздела сред жестким экраном - выполняется моделирование движения в отрыве от поверхности, но при нулевой скорости полета (поддув на стопе);

- на газодинамическом стенде при размещении модели над чашей с водой с варьированием заглубления - выполняется моделирование поддува на стопе;

- в опытовом бассейне с варьированием заглубления - моделирование взлетно-посадочных режимов с поддувом под крыло;

- в аэродинамической трубе с моделированием границы раздела сред жестким экраном - моделирование движения в отрыве от поверхности с поддувом под крыло и при обдуве крыла.

Принятая практика организации исследований приводит к необходимости учета способа моделирования границы раздела сред, масштабного эффекта при сопоставлении результатов испытаний нескольких разномасштабных моделей на различных экспериментальных установках, а также учета многочисленных поправок, вводимых при обработке результатов испытаний.

Предложенный способ исследования и совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов позволяет с использованием одной модели экраноплана, оснащенной встроенным движительным комплексом, на одной экспериментальной установке выполнить моделирование различных режимов движения с воспроизведением условий полета без контакта с границей раздела сред, а также режимов движения в контакте с границей раздела сред, но без воспроизведения ее деформации под действием аэродинамических сил.

В результате применения предложенного способа сокращается время проведения исследований, снижается стоимость изготовления моделей, исключается масштабный эффект и необходимость учета многочисленных поправок при сопоставлении результатов испытаний нескольких разномасштабных моделей на различных экспериментальных установках.

Упомянутый результат достигается при использовании предложенного способа исследования и совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов за счет моделирования различных режимов движения экраноплана в аэродинамической трубе при использовании модели экраноплана, оснащенной встроенным движительным комплексом и деформируемыми элементами конструкции, находящимися ниже ватерлинии. Использование деформируемых элементов в конструкции модели экраноплана позволяет варьировать величину осадки модели при моделировании границы раздела сред жестким экраном.

Сущность предложенного способа описана ниже.

При изготовлении модели экраноплана ее оснащают встроенным движительным комплексом и двумя вариантами водоизмещающих элементов: жесткими и деформируемыми.

На встроенный движительный комплекс налагают требования по геометрическим и тяговым характеристикам, по углам отклонения вектора тяги - газовых струй от движителей (двигателей) для обеспечения моделирования всех заложенных в проект экраноплана режимов работы, включая взлетно-посадочные режимы, крейсерский режим движения и полет вне экрана.

Тарируют тягу движительного комплекса, закрепленного на измерительном оборудовании, в аэродинамической трубе при варьировании задаваемой мощности, скорости и углов натекания (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) набегающего воздушного потока, угла поворота вектора тяги.

Варьируют осадку экраноплана - величину погружения в воду водоизмещающих элементов и органов механизации крыла (ограждения зоны воздушной подушки), при моделировании границы раздела сред жестким экраном за счет оснащения модели экраноплана деформируемыми (сминаемыми) элементами конструкции, изготовленными из материала, имеющего большую степень сжатия, например, поролона.

Деформируемые элементы, моделирующие водоизмещающие элементы и механизацию крыла экраноплана, должны отвечать следующим требованиям:

- обеспечивать непроницаемость для воздуха по габариту;

- иметь достаточную жесткость для исключения искажения формы за счет воздействия скоростного напора;

- иметь конструкцию, одинаково сминаемую при заданном числе циклов, достаточном для проведения всего объема испытаний;

- по возможности обеспечивать минимальную вертикальную силу при сжатии.

Для проведения испытаний модели с деформируемыми элементами дорабатывают типовую методику проведения экспериментальных исследований на шестикомпонентных аэродинамических весах с жестким закреплением модели, исключающим ее перемещение при воздействии воздушного потока. При этом методику проведения испытаний изменяют в части последовательности съема данных при заданных параметрах движения выполняют варьирование угла атаки при фиксированных высотах центра тяжести (точки поворота модели), а при типовом эксперименте по определению аэродинамических характеристик экраноплана выполняют варьирование высоты задней кромки крыла при фиксированных углах тангажа модели.

Обработку экспериментальных данных для учета искажений вертикальной силы и момента тангажа, вызванных усилиями при деформации деформируемых элементов модели, осуществляют в следующей последовательности: определяют усилия, действующие на модель при обжатии деформируемых элементов модели при отсутствии набегающего потока и неработающем движительном комплексе; выполняют измерения для заданных углов тики и высот центра тяжести над жестким экраном при работающем движительном комплексе.

Последующие измерения выполняют для тех же углов атаки и высот центра тяжести над жестким экраном при варьировании режимов работы движительного комплекса по тяге, углу поворота вектора тяги.

Поправки на влияние электропроводки к двигателям встроенного движительного комплекса на аэродинамические характеристики модели учитывают так же, как и при типовом эксперименте.

Проводят испытания модели с работающим движительным комплексом с моделированием амфибийного режима движения (в том числе и при нулевой скорости движения) или в режиме создания динамической воздушной подушки при различном заглублении водоизмещающих элементов. Испытания выполняют при варьировании угла дифферента и осадки от нормальной до нулевой, варьировании параметров движительного комплекса (тяга, угол наклона вектора тяги) при нулевой скорости набегающего воздушного потока для выявления наиболее выгодного положения движительного комплекса (воздушных винтов или сопловых аппаратов поддувных двигателей). Начальные значения перечисленных параметров и диапазоны их изменения задают исходя из конструктивных особенностей проекта и с использованием рекомендуемых ограничений.

По результатам испытаний выявляют геометрические параметры движительного комплекса и режимы его работы, а также положение органов механизации крыла, обеспечивающих наилучшее аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к аэродинамической силе сопротивления).

При необходимости корректируют положение движительного комплекса.

Критериями для совершенствования компоновки экраноплана служат:

- диапазон изменения положения центра давления в динамической воздушной подушке под крылом;

- отношение подъемной силы и аэродинамического сопротивления к тяге движительного комплекса при коэффициенте тяги, равном бесконечности.

При всех параметрах (угол дифферента, осадка, угол поворота поддувных струй, угол перекладки механизации крыла) подъемная сила должна быть положительной.

При фиксированных угле дифферента и осадке определяют максимальную подъемную силу при варьировании угла поворота поддувных струй.

Проводят испытания модели с работающим движительным комплексом при варьировании угла дифферента и осадки от нормальной до нулевой за счет изменения формы деформируемых элементов конструкции модели при их контакте с жестким экраном, варьировании параметров движительного комплекса при ненулевой скорости набегающего воздушного потока для определения характеристик в режимах движения при контакте с границей раздела сред.

По результатам испытаний выявляют параметры движительного комплекса и режимы его работы, положение органов механизации крыла, обеспечивающие наилучшее аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к аэродинамической силе сопротивления), оценивают возможность балансировки компоновки. Прорабатывается методика перекладки органов управления, механизации крыла и изменения угла вектора тяги движительного комплекса для обеспечения безопасного движения.

Деформируемые элементы модели экраноплана заменяют аналогичными по назначению жесткими элементами.

Проводят испытания модели с работающим движительным комплексом при варьировании угла тангажа и высоты над жестким экраном, варьировании параметров движительного комплекса (тяга, угол поворота вектора тяги) при ненулевой скорости набегающего воздушного потока для определения характеристик в режимах движения без контакта с границей раздела сред.

Испытания проводят при варьировании высоты задней кромки крыла над жестким экраном при фиксированных углах тангажа. Обработку результатов выполняют по обычной методике.

По результатам испытаний выявляют параметры движительного комплекса и режимы его работы, положение органов механизации крыла, обеспечивающих наилучшее аэродинамическое качество, оценивают возможность балансировки. Прорабатывается методика перекладки органов управления, механизации крыла и изменения угла вектора тяги движительного комплекса для обеспечения безопасного движения.

Проводят испытания модели с работающим движительным комплексом при варьировании угла тангажа и высоты над жестким экраном для определения характеристик в крейсерском режиме движения и в полете вне зоны экранного эффекта.

Обработку результатов выполняют по обычной методике. Полученные результаты позволяют определить аэродинамическое качество, положение аэродинамических фокусов и область устойчивого движения экраноплана, а также необходимые данные для расчетов устойчивости и управляемости экраноплана.

Результаты испытаний могут быть представлены либо в виде суммарных аэродинамических характеристик, либо в виде суммы сил и моментов, реализуемых на движительном комплексе и реализуемых собственно на модели экраноплана.

Анализ полученных результатов и характеристик экраноплана может быть использован для выявления направлений совершенствования компоновочной схемы экраноплана и размещения движительного комплекса.

Способ исследования и совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов, при котором изготавливают модель экраноплана, проводят ее испытания в аэродинамической трубе для определения аэродинамических характеристик в различных режимах движения с использованием неподвижного жесткого экрана, моделирующего границу раздела сред (вода-воздух), проводят измерения и обработку результатов испытаний, проводят анализ полученных результатов и характеристик экраноплана для выявления направлений совершенствования его компоновочной схемы, отличающийся тем, что модель экраноплана для проведения испытаний в аэродинамической трубе оснащают встроенным движительным комплексом и деформируемыми элементами конструкции, находящимися ниже ватерлинии, проводят тарировку движительного комплекса при взаимодействии с набегающим воздушным потоком (без модели или изолированным от модели по силовому и аэродинамическому взаимодействию) для выявления силовых и моментных характеристик при варьировании тяги, скорости воздушного потока, углов отклонения вектора тяги, натекании воздушного потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, проводят испытания модели с работающим движительным комплексом при:
- нулевой скорости набегающего воздушного потока для выявления наиболее выгодного положения движительного комплекса (воздушных винтов или сопловых аппаратов поддувных двигателей),
- варьировании угла дифферента и осадки от нормальной до нулевой за счет изменения формы деформируемых элементов конструкции модели при их контакте с жестким экраном, варьировании параметров движительного комплекса (тяга, угол наклона вектора тяги) при ненулевой скорости набегающего воздушного потока для определения характеристик в режимах движения при контакте с границей раздела сред,
- варьировании угла тангажа и высоты над жестким экраном, варьировании параметров движительного комплекса (тяга, угол наклона вектора тяги) при ненулевой скорости набегающего воздушного потока для определения характеристик в режимах движения без контакта с границей раздела сред,
- варьировании угла тангажа и высоты над жестким экраном для определения характеристик в крейсерском режиме движения и в полете вне зоны экранного эффекта,
обрабатывают результаты испытаний с учетом силовых и моментных характеристик, обусловленных:
- взаимодействием движительного комплекса с набегающим потоком,
- взаимодействием деформируемых элементов конструкции модели экраноплана при контакте с жестким экраном,
проводят анализ полученных результатов и характеристик экраноплана для выявления направлений совершенствования компоновочной схемы экраноплана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано преимущественно при исследованиях аэродинамического обтекания моделей в аэродинамических трубах.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах, где требуется определение угла атаки начала отрыва потока и выявление зон отрыва потока с гладких поверхностей испытуемых моделей.

Изобретение относится к областям авиакосмической и авиационной техники, а именно к способам идентификации аэродинамических характеристик летательного аппарата при проведении летных исследований.

Изобретение относится к области авиации, в частности к экспериментальной аэродинамике, и может быть использовано для испытания моделей сечений лопастей несущего винта вертолета.

Заявленное изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к способу определения аэродинамических характеристик (АДХ) моделей летательных аппаратов (ЛА), и может быть использовано в аэродинамических трубах (АДТ) при определении параметров потока на выходе из протоков модели, имитирующих каналы силовой установки.

Заявленное изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для испытания моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах, и может быть использовано для определения их аэродинамических статических и динамических характеристик.

Изобретение относится к области швейного материаловедения, в частности к способу исследования процессов деформации защитных конструкций одежды под действием аэродинамической нагрузки.

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования экранопланов. При определении аэродинамических характеристик горизонтального оперения экраноплана с установленными на нем работающими маршевыми двигателями изготавливают геометрически подобную модель горизонтального оперения и двигателей силовой установки.

Изобретения относятся к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов и могут быть использованы для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе.

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе, в том числе вблизи экрана.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к установкам для определения аэродинамических характеристик модели в аэродинамической трубе в присутствии неподвижного экрана. Стенд содержит аэродинамическую трубу с установленными на поворотной платформе аэродинамическими весами с проволочной подвеской модели. Поворот платформы обеспечивает изменение угла тангажа (атаки) модели, изменение угла установки модели в вертикальной плоскости обеспечивает изменение угла скольжения модели. Экран, установленный между вертикальными тягами проволочной подвески и выполненный с возможностью поступательного перемещения и наклона, обеспечивает изменение высоты и угла крена модели над экраном. Таким образом, обеспечивается одновременная установка модели с заданными углами крена, тангажа (атаки), скольжения (рыскания) и расстояния до экрана, что повышает точность исследований и позволяет определять комплексы перекрестных связей аэродинамических сил и моментов, действующие на модель 4 в потоке воздуха в присутствии экрана. Технический результат заключается в обеспечении одновременного изменения углов тангажа (атаки), крена и скольжения (рыскания) на разных удалениях модели от экрана и повышении точности испытаний. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвукового потока газа в лабораторных условиях. Аэродинамическая труба содержит установленные симметрично с образованием общей форкамеры два дифференциальных мультипликатора давления, поршни которых выполнены ступенчатыми и установлены с возможностью перемещения навстречу друг другу. К корпусу второго мультипликатора по оси присоединен малый мультипликатор давления, содержащий двухступенчатый поршень, малая ступень которого находится в контакте с большой ступенью поршня второго мультипликатора, а надпоршневое пространство малого мультипликатора связано через быстродействующий пневмоклапан с ресивером. Технический результат заключается в расширении экспериментальных возможностей аэродинамической трубы кратковременного действия. 1 ил.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Сущность: осуществляют воспроизведение аэродинамического силового и теплового воздействия и измерение температуры. Силовое воздействие от нагружающих элементов до наружной поверхности обтекателя передается n-ым количеством стержней (равномерно распределенных по поверхности конструкции), проходящих через стенки токопроводящей и теплоизолирующей оболочки, причем сумма площадей поперечного сечения стержней много меньше нагреваемой поверхности, а плотность распределения стержней по поверхности конструкции выбирают таким образом, чтобы исключить концентраторы механических напряжений при взаимодействии стержней с наружной поверхностью конструкции. Технический результат: полное воспроизведение аэродинамического воздействия (теплового и силового) на наружной поверхности обтекателя из неметаллических материалов при наземной отработке конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относятся к области экспериментальной аэрогазодинамики. Универсальная рабочая камера Эйфеля аэрогазодинамической установки содержит рабочую камеру, источник модельного газа на ее входе, а на выходе камеры - диффузор. В рабочей камере установлена перегородка, образующая вспомогательную камеру. В перегородке выполнены отверстия. Одно отверстие имеет диаметр в 1,1÷1,3 раза больше выходного диаметра сопла и выполнено соосно с соплом. Отверстия на периферии перегородки снабжены заглушками. Технический результат изобретения позволяет проводить испытания как моделей кормовых частей ракет с соплами ракетных двигателей, так и различных моделей летательных аппаратов при минимальных затратах на перекомпоновку и перенастройку элементов рабочей части установки. При испытаниях моделей летательных аппаратов в отверстия на периферии перегородки устанавливают заглушки. Узел крепления державки испытываемых моделей установлен во вспомогательной камере. При испытаниях кормовой части ракеты заглушки в отверстия на периферии перегородки не устанавливают. 4 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Устройство содержит задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, регулятор давления. Регулятор давления выполнен в виде последовательно включенных блока сравнения заданного и измеренного значений давления и параллельно соединенных форсирующего и цифрового регулирующего блоков, разделенных переключателями режима управления, входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя, температуры воздуха в форкамере и критического сечения сопла. Технический результат заключается в возможности использования регулятора во всем диапазоне допустимых для АДТ значений числа М с высоким быстродействием, высокой точностью в автоматическом режиме. 4 ил.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах (АДТ), где требуется проведение исследований явлений аэроупругости. Сущность изобретения состоит в том, что во внутренней полости аэроупругой модели с лимитированным зазором размещен с возможностью закрепления на опорном устройстве жесткий высокопрочный сердечник, содержащий на своей поверхности демпферы, кроме того, на модели и (или) сердечнике размещены датчики перемещений и датчики системы защиты АДТ. Малый зазор между сердечником и внутренней поверхностью модели и отсутствие влияния колебаний державки или ленточной подвески на результаты измерений относительных перемещений позволяют проводить с высокой точностью измерения упругих перемещений модели (амплитуд, форм и частот колебаний модели), повышая точность и информативность эксперимента. Технический результат заключается в повышении информативности испытаний, повышении безопасности их проведения. 3 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Устройство содержит задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления. Регулятор давления состоит из сумматора отрицательной обратной связи по давлению, последовательно соединенных фильтра нижних частот и обращенной модели объекта управления, замкнутых положительной обратной связью через сумматор моделью объекта управления. Входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления и температуры воздуха в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя и критического сечения сопла. Технический результат заключается в возможности использования регулятора во всем диапазоне допустимых для АДТ значений числа М с высокой точностью в автоматическом режиме без корректирующих устройств. 4 ил.
Наверх