Способ определения тяги двигателей самолета

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета. Способ основан на измерении скоростного напора воздушного потока, включает в себя измерение угла атаки самолета и перегрузку вдоль продольной оси самолета. На основании полученных данных, учитывая константы, характеризующие конструкцию и аэродинамику испытуемого самолета, такие как эквивалентная площадь крыла самолета, угол отклонения оси двигателя от продольной оси самолета, выходной импульс двигателя, ускорение свободного падения, масса самолета, определяют эффективную тягу двигателя методом наименьших квадратов, причем для определения эффективной тяги двигателей выполняют последовательные маневры пикирования и кабрирования с постоянной тягой, во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета. Технический результат заключается в повышении точности измерения тяги.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета, т.е. равнодействующей сил давления и трения, приложенных ко всем поверхностям силовой установки как со стороны газового потока, протекающего внутри двигателя, так и со стороны потока воздуха, обтекающего силовую установку снаружи. Значение эффективной тяги представляет собой долю тяги изолированного двигателя, непосредственно используемую для движения ЛА. Актуальной задачей является повышение точности, достоверности и оперативности определения эффективной тяги двигателей самолетов для различных режимов полета, сокращение сроков испытаний и их стоимости.

Известен газодинамический способ определения тяги газотурбинных двигателей (ГТД), включающий измерение параметров газовой струи, площади сопла и вычисление по ним тяги двигателя. Различные модификации способа представлены в, частности, в патентах США №2524749, МПК G01L 5/133, опубликованном 10.10.1950 г., и №2981098, МПК G01L 5/13, опубликованном 25.04.1961 г.

Известны также аэродинамические методы измерения тяги реактивных двигателей, использующие датчики динамического напора выхлопной струи, позволяющие непосредственно измерять импульс реактивной струи или полный импульс в точке сечения реактивной струи. Такой способ описан, в частности, в патенте США №3543574, МПК G01L 5/13, опубликованном 01.12.1970 г., выбранном нами в качестве прототипа.

Эти способы требуют препарирования и усложнения конструкции двигателя и обладают значительной погрешностью в определении тяги. Общим недостатком указанных способов является то, что вводимые в реактивную струю зонды, датчики не дают однозначных результатов в околозвуковых и трансзвуковых диапазонах скоростей реактивной струи в связи с нелинейностью коэффициентов сопротивления, что приводит к снижению точности определения тяги.

Целью изобретения является создание способа определения эффективной тяги двигателей самолета на различных режимах эксплуатации, позволяющего повысить точность измерения тяги без усложнения конструкции и процесса эксплуатации двигателей, при уменьшении объема трудозатрат.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно заявленному способу определения тяги двигателей самолета, основанному на измерении скоростного напора воздушного потока, дополнительно измеряют угол атаки самолета, перегрузку вдоль продольной оси самолета и на основании полученных данных, учитывая константы, характеризующие конструкцию и аэродинамику испытуемого самолета, такие как эквивалентная площадь крыла самолета S, угол отклонения оси двигателя от продольной оси самолета φдв, выходной импульс двигателя Ρвых0, ускорение свободного падения g, масса самолета m, определяют эффективную тягу двигателя методом наименьших квадратов, причем для определения эффективной тяги двигателя выполняют последовательные маневры пикирования и кабрирования с постоянной тягой во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета.

Предлагаемый способ предназначен для определения эффективной тяги двигателей по данным летных испытаний. Главная особенность предлагаемого подхода заключается в том, что для получения оценок тяги и сопротивления используются только измерения таких основных полетных параметров, как скоростной напор набегающего потока воздуха, продольная перегрузка и угол атаки самолета. Измерения параметров двигателя (давление, температура в заданных сечениях) не требуются, газодинамическая модель двигателя в алгоритме не используется.

Искомая величина эффективной тяги двигателей получается в результате решения задачи параметрической идентификации непосредственно в полете. Наблюдаемость обеспечивается за счет выполнения специального тестового маневра, обеспечивающего малые приращения скорости полета при постоянном режиме работы двигателя.

Суть работы способа излагается ниже.

Рассмотрим следующую модель объекта. Сила аэродинамического сопротивления направлена вдоль оси Охе

Хе=qSCxe,

где - скоростной напор, Па;

S - эквивалентная площадь крыла, м2;

ρH - плотность воздуха на высоте полета H, кг/м3;

Vист - истинная воздушная скорость.

Аэродинамические коэффициенты в связанной системе координат определяются выражением

,

где α - угол атаки, градус.

Значения аэродинамических коэффициентов и геометрических параметров зависят от типа ЛА.

Учитывая, что входной импульс Рвх направлен вдоль связанной оси, а выходной Рвых - вдоль оси двигателя, которая отклонена относительно связанной оси на угол установки двигателя φдв, проекция аэродинамических сил, входного и выходного импульсов на продольную ось определяется выражением

XΣe=qScxeвхвыхcos(φдв+α)

Проекция перегрузки на ось X

,

Окончательные выражения для проекции перегрузки на продольную ось получим, подставляя разложения аэродинамических коэффициентов:

Учитывая, что cos(φдв+α)=cosφдвcosα-sinφдв-sinα и раскладывая cosα и sinα в ряд относительно α0=0, получим ; sinα≈α. Тогда для малых углов атаки

Последние два слагаемых целесообразно учесть в явном виде, используя априорную информацию о Рвх. Объединим составляющие тяги

Рэф=-Рвхвыхcosφдв.

Тогда выражение (1) примет следующий вид:

где

слагаемое, зависящее от априорного значения выходного импульса Рвых0.

Расчетами установлено, что если погрешность априорного значения не превышает 10%, ее влияние на погрешность остальных параметров не превышает 0,25%.

Вектор определяемых параметров содержит четыре параметра

.

Идентификация выполняется по методу наименьших квадратов (МНК) на основе уравнения (2).

Учитывая, что бортовые измерения выполняются в дискретные моменты времени,

где N - число измерений на участке идентификации.

Для нахождения оценок по МНК формируем вектор Y размерности N и матрицу X размерности N×N:

Тогда вектор определяемых параметров находим в соответствии с выражением

Анализ выражений (4)-(7) показывает, что для обеспечения наблюдаемости необходимо изменять скорость полета, однако изменения относительно установившегося значения должны быть малы (точное значение зависит от типа двигателя и режима полета), чтобы выполнялось условие постоянства силы тяги двигателей на интервале обработки. Скорость изменяется при постоянном режиме работы двигателей за счет последовательного выполнения маневров пикирования и кабрирования с малыми углами наклона траектории. Изменения угла атаки при переходных процессах достаточны для обеспечения наблюдаемости всей системы.

В соответствии с общим подходом к оцениванию характеристик самолетов в летных испытаниях указанный маневр необходимо выполнить во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета.

На высоте Н=3000 м и скорости полета, соответствующей М=0,4 (Vпр=410 км/час), необходимо сбалансировать самолет в прямолинейном горизонтальном полете (ПГП) с постоянной скоростью, запомнить при этом угол атаки α0. Выполнить движение РУС по тангажу "от себя" и "на себя" длительностью 2…2,5 с так, чтобы приращения угла атаки составили ±(1…2) градуса. Восстановить ПГП на той же высоте и с тем же числом М и углом атаки. Не изменяя режим работы двигателей, перевести самолет в пикирование с малым приращением угла тангажа так, чтобы приборная скорость полета постепенно увеличилась на 10 км/час до 420 км/час (число M увеличилось на 0,01 до М=0,41). Затем перевести самолет в режим прямолинейного набора высоты так, чтобы скорость с тем же темпом уменьшилась на 10 км/час от исходного значения, то есть до 400 км/час (число M уменьшилось на 0,01 от исходного до М=0,39). Далее снова перевести самолет в пикирование и увеличить скорость с тем же темпом до исходного значения 410 км/час (М=0,4). Восстановить ПГП с М=0,4 (Vпр=410 км/час) на исходной высоте в пределах Н0±250 м. Выполнить движение РУС по тангажу "от себя" и "на себя" длительностью 2…2,5 с так, чтобы приращения угла атаки составили ±(1…2) градуса.

При выполнении режима угол атаки выдерживать в диапазоне α0±(1…2)°, при переводах в пикирование и кабрирование допускается превышение этого ограничения.

Таким образом, требуется при постоянном режиме работы двигателя выполнить плавное колебание по приборной скорости ±10 км/час (dM=±0,01) за счет малых изменений угла наклона траектории. Повторить режим.

Выполнить аналогичный режим, создавая приращения по приборной скорости ±15 км/час (dM=±0,015). Повторить режим.

Техническим результатом является возможность определения эффективной тяги двигателей самолета, используя только измеренные значения параметров полета самолета и априорные значения констант, характеризующих параметры летательного аппарата. Заявляемый способ может быть использован на всех типах ЛА, независимо от типа используемого двигателя. Значения констант определяются при продувках планера самолета в аэродинамических трубах и путем взвешиваний и юстировки при изготовлении самолета.

Исследования методом математического моделирования показали работоспособность и высокую точность предлагаемого способа.

Способ определения тяги двигателей самолета, основанный на измерении скоростного напора воздушного потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют угол атаки самолета, перегрузку вдоль продольной оси самолета и на основании полученных данных, учитывая константы, характеризующие конструкцию и аэродинамику испытуемого самолета, такие как эквивалентная площадь крыла самолета S, угол отклонения оси двигателя от продольной оси самолета φдв, выходной импульс двигателя Рвых0, ускорение свободного падения g, масса самолета m, определяют эффективную тягу двигателя методом наименьших квадратов, причем для определения эффективной тяги двигателя выполняют последовательные маневры пикирования и кабрирования с постоянной тягой во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к испытанию и техническому диагностированию транспортных машин, в частности к способу и устройству испытания машин, преимущественно трактора, при трогании с места под нагрузкой.

Описан способ проверки правильности определения вращающего момента двигателя, включающий: определение вращающего момента двигателя по количеству топлива, впрыскиваемого в двигатель, причем вращающий момент двигателя получают из таблицы впрыскивания топлива; вычисление первой величины веса транспортного средства по его ускорению и полученному вращающему моменту двигателя; определение вращающего момента вспомогательного тормозного устройства с использованием таблицы вспомогательного тормозного устройства; вычисление второй величины веса транспортного средства по полученному тормозному моменту вспомогательного тормозного устройства и сравнение первой и второй величин веса транспортного средства.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного и лесохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к устройствам для измерения силы тяги на крюке транспортной машины. Динамометр для тяговых испытаний машин содержит опорный и прижимной диски с проушинами, цилиндр с размещенной в нем камерой сжатия, заполненной маслом, поршень со штоком, манометр и датчик давления.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного и лесохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу тяговых испытаний транспортных машин (преимущественно трактора) при трогании с места под нагрузкой.

Изобретение относится к оборудованию для испытания колесных транспортных средств. .

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу определения номинальной тяговой мощности транспортной машины (преимущественно трактора).

Изобретение относится к области сельхозмашиностроения, в частности к устройствам для испытаний почвообрабатывающих рабочих органов. .

Изобретение относится к испытательной технике и техническому диагностированию машин, в частности к способу определения общего технического состояния транспортной машины, ее муфты сцепления и двигателя.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения эффективной тяги двигателей самолета. Устройство содержит измеритель скоростного напора воздушного потока, датчик угла атаки, датчик перегрузки, задатчик размера матриц, три блока формирования матриц, блок вычитания матриц, блок транспонирования матрицы, блок обращения матрицы, три блока умножения матриц, соединенных между собой определенным образом. Технический результат заключается в повышении точности измерений, упрощении конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Способ измерения тяговых усилий трактора заключается в том, что создают регулируемое усилие сопротивления движению испытуемого трактора. Фиксируют значения полученных нагрузочных показателей. Для определенного типа трактора одновременно для каждого из нагрузочных показателей измеряют максимальную температуру поверхности выпускной трубы, показатели микроклимата и силу тяги на крюке трактора. Строят номограмму зависимости температуры выпускной трубы от нагрузочных показателей, индекса тепловой нагрузки внешней среды и силы тяги на крюке трактора. В полевых условиях измеряют максимальную температуру поверхности выпускной трубы и по номограмме определяют фактические тяговые усилия трактора. Достигается уменьшение времени на определение фактической загрузки трактора. 2 ил.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий. Задачей технического решения является разработка конструкции установки для объемного тензометрирования, одновременно измеряющей все три составляющих силы сопротивления, что позволит более глубоко изучить влияние конструктивных параметров рабочих органов на их силовые параметры. Для этого в установке для объемного тензометрирования, включающей две рамки, кронштейны крепления к навесной системе, механизм крепления рабочего органа, три тяги, на каждой из которых установлены измерительные звенья, согласно изобретению, рамки соединены при помощи трех параллельных тяг, концы которых закреплены посредством карданных шарниров, причем схема расположения тяг обеспечивает перемещение подвижной рамки в поперечно-вертикальной плоскости, а использование карданных шарниров позволяет избежать скручивания подвижной рамки относительно неподвижной, при этом на измерительные звенья передаются сжимающие и растягивающие силы, параллельные направлению тяг. Для обеспечения жесткости системы точки крепления параллельных тяг к рамкам расположены в вершинах равнобедренных треугольников, вписанных в боковые грани параллелограмма. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам для проведения тяговых испытаний, а именно к стендам для проведения тяговых испытаний колесных землеройно-транспортных машин. Стенд содержит раму, датчики опорных и горизонтальных реакций, блок контроля параметров испытаний, опорные площадки со сменными имитаторами опорной поверхности и стопорящее устройство с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальном направлении по ходу движения землеройно-транспортной машины. Достигается расширение диапазона имитации рабочих нагрузок за счет использования опорных площадок со сменными имитаторами опорной поверхности. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения приращения эффективной тяги двигателей самолета как в полете, так и на земле. Способ предусматривает измерение угла атаки самолета и перегрузки вдоль продольной оси самолета и на основании полученных измерений, используя константы, характеризующие конструкцию и аэродинамические характеристики испытуемого самолета, такие как эквивалентная площадь крыла самолета S, угол отклонения оси двигателя от продольной оси самолета φдв, априорно известные входной Рвх0 и выходной Рвых0 импульсы двигателя, ускорение свободного падения g, масса самолета m, и применяя метод наименьших квадратов, определение приращения эффективной тяги двигателя. Причем процесс определения осуществляют при последовательно выполняемых маневрах, обеспечивающих при изменении режима работы двигателей примерное постоянство числа М, высоты, угла атаки, то есть постоянство параметров полета, влияющих на тягу двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что тестовый режим выполняется таким образом, что из прямолинейного горизонтального полета (ПГП) выполняется ступенчатое отклонение ручек управления двигателем (РУД), после чего изменение тяги компенсируется изменением траектории полета. В этом случае число маха М и угол атаки остаются приблизительно неизменными, высота изменяется незначительно (100…200 м), существенно изменяется только эффективная тяга Рэф и выходной импульс Рвых. Устройство, реализующее способ, включает в себя датчик угла атаки, датчик перегрузок, блок возведения в квадрат, два блока формирования матрицы, три блока умножения матриц, блок транспонирования матрицы, блок обращения матрицы, блок определения погрешности, два умножителя и четыре сумматора. Наличие данных элементов и соответствующих связей между ними обеспечивает возможность определения приращения тяги двигателя с высокой точностью без усложнения конструкции и процесса эксплуатации двигателей, при уменьшении объема трудозатрат во время проведения испытаний. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственному приборостроению. При реализации способа при движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора прибором типа ИМД измеряют угловое ускорение коленчатого вала. Аналогично измеряют ускорение коленчатого вала при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой, а также при разгоне трактора с сельскохозяйственной машиной. По формулам, полученным из уравнений движения трактора без нагрузки и с дополнительной (эталонной) массой, определяют приведенную массу трактора. По формулам, полученным из уравнений движения трактора без нагрузки и с сельскохозяйственной машиной, определяют силу сопротивления рабочей машины. Технический результат заключается в упрощении измерения и снижении трудоемкости.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройству для определения тягового усилия, прикладываемого к навесному устройству трактора. Механизм измерения тяги содержит тяговую раму, выполненную с возможностью прикрепления к раме транспортного средства. Тяговая рама имеет левую и правую опоры, выполненные с возможностью соединения с соответствующими левой и правой продольными тягами. Тяговая накладка имеет левый конец, прикрепленный к передней стороне левой опоры, и правый конец, прикрепленный к передней стороне правой опоры. Тяговая накладка может деформироваться в ответ на тяговые усилия, прикладываемые к левой и правой опорам. К тяговой накладке прикреплен датчик тяги. Датчик генерирует сигнал тяги в ответ на деформацию тяговой накладки. Таким конструктивным решением обеспечивается надежность и упрощение его конструкции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственному приборостроению. При движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса. Аналогично измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с сельскохозяйственной машиной. По формулам, полученным из уравнений движения трактора без нагрузки и с сельскохозяйственной машиной, определяют силу сопротивления рабочей машины. Технический результат заключается в упрощении измерений и снижении их трудоемкости.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета. Способ основан на измерении скоростного напора воздушного потока, включает в себя измерение угла атаки самолета и перегрузку вдоль продольной оси самолета. На основании полученных данных, учитывая константы, характеризующие конструкцию и аэродинамику испытуемого самолета, такие как эквивалентная площадь крыла самолета, угол отклонения оси двигателя от продольной оси самолета, выходной импульс двигателя, ускорение свободного падения, масса самолета, определяют эффективную тягу двигателя методом наименьших квадратов, причем для определения эффективной тяги двигателей выполняют последовательные маневры пикирования и кабрирования с постоянной тягой, во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета. Технический результат заключается в повышении точности измерения тяги.

Наверх