Способ определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов . Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова и расширение экспериментальных возможностей. Способ определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели заключается в отклонении модели от равновесного положения в потоке аэродиИзобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов (ЛА). Известен способ определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов , основанный на определении мгновенных давлений при апериодическом перемещении модели в потоке газа АДТ. Модель летательного аппарата устанавлинамической трубы, освобождении ее от связей и при свободном перемещении модели ее остановке при помощи фиксатора в моменты смены направления вектора скорости а (т.), непрерывно определяемого в ходе эксперимента. Устройство для реализации данного способа содержит модель летательного аппарата, закрепленный на поддерживающем устройстве шарнирный механизм, датчик положения, тензодинамометр, пружинный привод, фиксатор и механизм взвода и перемещения модели. Фиксатор выполнен в виде установленного в полой трубке с возможностью перемещения стержня , наконечник которого выполнен с конической поверхностью и размещенной между этой конической поверхностью и стенкой полой трубки подпружиненной обоймой элементов качения. Причем поверхность конического наконечника выполнена с углом наклона, не превышающим угол трения материала наконечника, а пружинный привод закреплен на подвижном стержне фиксатора и выполнен со сменной жесткостью. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. вают в потоке АДТ, отклоняют от нейтрального положения, оттягивают пружиной, но удерживают от перемещения специальным стопором. Если стопор отпустить, то модель под действием пружины быстро отклоняется на новый угол атаки по некоторому закону а (t), который заранее не задается и определяется по записи датчика положения . Во время движения модели измеряют XI VI Ю ю ( о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 М 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4912004/23 (22) 14,10.90 (46) 07.12.92. Бюл, N. 45 (71) Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е.Жуковского (72) В,К.Святодух, И.В.Колин, К.Ф.Лацоев, Ю,О.Макаров и А.А.Погораев (56) Белоцерковский С.M.. Скрипач Б.К. и

Табачников В.Г. Крыло в нестационарном потоке газа. M.: Наука, 1971, с. 206 — 207. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНА - МИЧЕСКИХ СИЛ И МОМЕНТОВ ПРИ АПЕРИОДИЧЕСКОМ ПЕРЕМЕЩЕНИИ

МОДЕЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ СТВЛ Е Н ИЯ (57) Изобретение отно .ится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов. Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова и расширение экспериментальных возможностей, Способ определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели заключается в отклонении модели от равновесного положения в потоке аэродиИзобретение относится к экспериментальнойаэродинамике летательных annapaTo!3 (flA), Известен способ определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов, основанный на определении мгновенных давлений при апериодическом перемещении модели в потоке газа АДТ.

Модель летательного аппарата устанавли„„ЯЦ„„1779969 А1 намической трубы, освобождении ее от связей и при свободном перемещении модели ее остановке при помощи фиксатора в моменты смены направления вектора скорости a(t), непрерывно определяемого в ходе эксперимента. Устройство для реализации данного способа содержит модель летательного аппарата, закрепленный на поддерживающем устройстве шарнирный механизм, датчик положения, тенэодинамометр, пружинный привод, фиксатор и механизм взвода и перемещения модели. Фиксатор выполнен в виде установленного в полой трубке с воэможностью перемещения стержня, наконечник которого выполнен с конической поверхностью и размещенной между этой конической поверхностью и стенкой полой трубки подпружиненной обоймой элементов качения. Причем поверхность конического наконечника выполнена с углом наклона, не превышающим угол трения материала наконечника, а пружинный привод закреплен на подвижном стержне фиксатора и выполнен со сменной жесткостью. 2 с. и 1 э.п, ф-лы, 1 ил. вают в потоке АДТ, отклоняют от нейтрального положения, оттягивают пружиной, но удерживают от перемещения специальным стопором. Если стопор отпустить, то модель под действием пружины быстро отклоняется на новый угол атаки по некоторому закону а (t), который заранее не задается и определяется по записи датчика положения, Во время движения модели измеряют

1779969 давление в точках ее поверхности с помощью датчиков, а затем вычисляют суммарные аэродинамические силы и моменты, Известный способ реализуется на устройстве, содержащем испытуемую модель, связанную с поддерживающим устройством посредством шарнирного механизма, датчик положения, механизм взвода и перемещения с пружинным приводом, фиксатор и датчики давления, расположенные в модели.

Этот путь сопряжен с большими трудностями реализации измерений суммарных нестационарных аэродинамических нагрузок на срывных режимах обтекания, а точность определения зависит от количества и динамических характеристик датчиков давления.

Целью изобретения для способа является повышение точности измерения путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова; а целью уст ройства — повышение точности измерений путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова и расширения экспериментальных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели. заключающемся в том, что в газовом потоке аэродинамической трубы модель с удерживающей ее связью отклоняют от равновесного положения и фиксируют, затем освобождают модель от связи и при свободном перемещении с помощью фиксатора останавливают, измеряют при этом угловое положение модели а (), аэродинамические силы У(т) и моменты

M (t), дополнительно измеряют скорость й(т) изменения углового положения модели, причем измерения проводят непрерывно, а модель останавливают в момент смены направления вектора скорости а(т).

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для экспериментального определения аэродинамических сил и моментов при эпериодическом перемещении модели. содержащее стойку с шарнирным механизмом поддержания модели, связанный с моделью механизм взвода и перемещения с пружинным приводом и закрепленный на стойке фиксатор, снабжено тензодинамометром, прикрепленным своей плавающей головкой к модели и жестко связанным с шарнирным механизмом, фиксатор выполнен в виде установленного в полой трубке с воэможностью перемещения стержня, наконечник которого выполнен с конической поверхностью и размещенной между конической поверхностью наконечника и стенкой полой трубки подпружиненной обоймой элементов качения, причем конический наконечник выполнен с углом наклона его поверхности, не превышающим угол трения материала наконечника, а пружинный привод закреплен на подвижном стержне фиксатора и выполнен сборным с возможностью замены пружины.

На чертеже представлена конструктив10 ная схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

Устройство состоит из следующих основных узлов и элементов: испытуемой модели 1, поддерживающей стойки 2 с шарнирным механизмом 3 поддержания модели, с встроенными в нем датчиком 4 положения, и тензодинамометром 5, "земля" которого крепится к подвижному звену

6 шарнирного механизма 3, а к его плавающей головке 5 крепится модель 1,механизма 7 взвода и перемещения модели со стопором 8 исходного положения, толкателями 9 и 10, связанными с исполнительным

20 элементом механизма 7, механизма перемещения модели с пружинным приводом

11, фиксатора l2 с односторонней кинематической связью. состоящего из трубки 13, жестко прикрепленной к корпусу поддерживающей стойки 2 в плоскости отклонения модели, подвижного стержня 14, один конец которого шарнирно связан с подвиж-. ным звеном 6 шарнирного механизма или модели 1, а другой имеет конический нако25

35 нечник 15, расположенный во внутренней полости трубки 13, и подпружиненную обойму 16 с набором шариков (или роликов) 17, расположенных между внутренней полостью трубки 13 и конической поверхностью

40 наконечника 15, уклон которого не превышает угла трения материалов, контактирующих с шариками 17, причем один конец пру>кинного привода 11 прикреплен к корпусу поддерживающей стойки 2, а другой—

45 к подвижному стержню 14 или модели 1.

Устройство работает следующим образом.

В потоке газа АДТ при помощи механизма 7 взвода и перемещения модель 1 отклонии с помощью фиксатора 12 останавливают, при этом регистрируют угловое положение модели 1 и непрерывно измеря55 ют аэродинамические силы и моменты во времени, дополнительно измеряют скорость a (t) углового положения модели, а модель 1 в ее свободном движении останавливают в момент смены направле50 няют в исходное положение, затем освобождают и при свободном перемещепо измеренным во времени с момента фик- 35

50 ния вектора скорости Q (t). При этом толкатель 9 исполнительного элемента механизма 7 отжимает пружину обоймы 16, освобождает фиксатор 12 и, не препятствуя перемещению подвижного стержня 14 в сторону взвода, упираясь в его торец и обжимая пружину 11, отклоняет модель 1 в исходное поло>кение до срабатывания стопора 8 (контроль дистанционный по показанию датчика 4 положения). При обратном ходе исполнительного элемента механизма

7 толкатель 9 освобождает пружину обоймы

16, элементы качения входят в контакт с внутренней поверхностью трубки 13 и конической поверхностью наконечника 15 в следящем режиме и не препятствуют движению подвижного стержня 14 в обратном направлении, При дальнейшем движении исполнительного элемента толкатель 10 освобождает стопор 8 и под воздействием аэродинамических сил и силы обжатия пружины 11 модель отклоняется к нейтральному положению, проскакивает его под воздействием сил инерции, обжимает пружину 11 в другом направлении и в момент уравновешивания сил инерции с позиционной силой обжатия пружины 11 модель останавливается. В этот момент времени аэродинамические силы, действующие на модель, и сила обжатия пружины передаются на контактирующие с шариками 17 поверхности и заклинивают их, так как угол конусности наконечника меньше угла трения контактирующих поверхностей. Затем сации аэродинамическим силе Y(t), моменту

М () и положению модели й(t) определяют статические и нестационарные аэродинамические характеристики модели, а также оценивают характерные времена запаздывания разрушения (восстановления) структуры течения. Затем эксперимент повторяют с выбором нового исходного положения и скорости перемещения модели.

Технико-экономическая эффективность использования изобретения определяется тем, что оно дает возмож..ость наряду с измерением распределения даьления на поверхности модели измерять во времени коэффициенты сумма рных азродин амических сил и момен гов У® М (т), характерные времена перестройки структуры течения после останова модели в потоке газа АДТ, а при отклоненном фиксаторе может работать как установка свободных колебаний, основанная на отклонении модели от нейтрального положения, фиксации в этом положении, свободных колебаниях после освобождения (сброса), измерении положе5

30 ния модели, аэродинамических сил и моментов во времени, расширяя таким образом экспериментальные возможности и производительность эксперимента более, чем в 3 раза при проведении подобных испытаний.

Предварительные испытания на стенде и в АДТ при помощи макета показали, что возмущения на модель в момент фиксации практически отсутствуют и измерение суммарныхх нестационарных аэродинамических характеристик осуществляется с повышенной точностью.

Формула изобретения

1. Способ определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели. заключающийся в том, что в газовом потоке аэродинамической трубы модель с удерживающей ее связью отклоняют от равновесного положения и фиксируют, затем освобождают модель от связи и при свободном перемещении с помощью фиксатора останавливают, измеряют при этом угловое положение Q (t) модели, аэродинамические силы Y(t) и моменты Mz(t), о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова, дополнительно измеряют скорость e(t) изменения углового положения модели, причем измерения проводят непрерывно, а модель останавливают в момент смены направления вектора скорости а(t)

2. Устройство для определения аэродинамических сил и моментов при апериодическом перемещении модели. соцер>кащее стойку с шарнирным механизмом поддержания модели, связанный с моделью механизм взвода и перемещения с пружинным приводом и закрепленный на стойке фиксатор, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения воздействия на модель возмущений в момент ее останова и расширения экспериментальных возможностей путем обеспечения процесса исследований свободных колебаний при отключенном фиксаторе, оно снаб>кено тензодинамометром, закрепленным своей плавающей головкой к модели и жестко связанным с шарнирным механизмом стойки, а фиксатор выполнен в . виде полой трубки, установленного в ней с возможностью перемещения стержня, наконечник которого выполнен с конической поверхностью, и размещенной между конической поверхностью наконечника и стен1779969

Составитель И,Колин

Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Заказ 4431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 кой полой трубки подпружиненной обоймой элементов качения, причем конический наконечник выполнен с углом наклона его поверхности. не превышающим угол трения материала наконечника, а пружинный привод закреплен на подвижном стержне фиксатора.

3. Устройство по п.2, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что пружинный привод выполнен

5 сборным с возможностью замены пружины,