Способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками

 

Изобретение относится к области экспериментальных исследований динамических характеристик летательного аппарата, в частности к модельному эксперименту. Цель изобретения - повышение точности определения динамических характеристик. Способ определения динамических характеристик упругой конструкции заключается в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, и проведении стендовых частотных испытаний , при этом в качестве имитатора топлива используется 3-4%-ный раствор коллоида тиофильного типа, например желатина или агар-агара, а испытания проводят в два этапа , снимая частотные характеристики системы крыло-бак наполнитель при жидком, нагретом до 50-60РС наполнителе, и затвердевшем , при температуре 20°С наполнителе, а фактические динамические характеристики модели упругой конструкции с частично заполненными баками получают с учетом поправочных коэффициентов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 601 M 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884765/23 (22) 23.11,90 (46) 23.02.93, Бюл. Я 7 (75) В.А. Комаров, А.В. Сафронов, Н, И. Старосила и А.В;Егоршев (56) Руководство для конструкторов, Т. 4, кн.

2, Вып. 9, 1967, ЦАГИ, с. 56, фиг. 3.18.

Там же, с. 55-56, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГОЙ КОНСТ.РУКЦИИ С ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЕННЫМИ

ИМИТАТОРОМ ТОПЛИВА БАКАМИ (57) Изобретение относится к области экспериментальных исследований динамических характеристик летательного аппарата, в частности к модельному эксперименту. Цель изобретения — повышение точности определения динамических характеристик, Способ

Изобретение относится к области экспериментальных исследований динамических характеристик летательного аппарата, в частности к модельному эксперименту.

Известен способ моделирования жидкого топлива в конструктивно подобных моделях летательного аппарата, основанный на размещении дополнительных грузов, имитирующих топливные отсеки с топливом в них, изготовленные из материала с большим удельным весом (например, свинец, сталь) в аиде прямоугольных плоских призм с отношением сторон (длины и ширины) 3:1. по силовым элементам каркаса модели и жестком закреплении грузов к силовым элементам конструкции. При этом масса дополнительных грузов определяется по разности фактической и теоретической масс. Грузы

„„« Ц,„, 1796951 А1 определения динамйческих характеристик упругой конструкции заключается в размещении вмодели крыла моделей баков,,заполненных имитатором топлива, и проведении стендовых частотных испытаний, при этом в качестве имитатора топлива используется 3-4 -ный раствор коллоида тиофильного типа, например желатина или агар-агара, а испытания проводят в два этапа, снимая частотные характеристики системы крыло-бак-наполнитель при жидком, нагретом до 50-60ЯС наполнителе, и "затвердевшем", при температуре 20 С наполнителе, а фактические динамические характеристики модели упругой конструкции с частично заполненными баками получают с учетом поправочных коэффициентов. 1 ил. размещают вблизи нейтральных осей стенок силовых элементов. При закреплении грузов на тонких стенках нервюр и перегородок каждый из них делится на равные части и крепится симметрично по обе стороны стенки, Недостатком данного способа является то, что закрепить в конструктивно подобной модели, например крыле летательного аппарата, большие сосредоточенные грузы, копирующие свойства и характеристики "затвердевшего" топлива, практически невозможна вследствие малой местной жесткости и прочности конструктивных элементов используемой модели..

Наиболее близким техническим решением является способ определения влияния подвижности жидкого топлива на динамиче1796951 ские характеристики летательного аппарата, заключающийся в том, что в модели крыла размещают герметизированные отсеки, моделирующие топливные баки, подобные соответствующим отсекам в натурном кры- 5 ле летательного аппарата, и наполненные невоспламеняющейся жидкостью, имитирующей топливо, по плотности при К - 1 близкой к плотности реального топлива. При этом-используемая в экспериментах жид- 10 кость должна быть нейтральна по отношению к материалу, иэ которого изготовлена модель, а влияние жидкого наполнителя на критическую скорость флаттера предполагается складывающимся {суммирующимся) 15 иэ эффектов влияния колебаний подвижного наполнителя и массы "затвердевшего" топлива.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика проведения 20

: экспериментальных исследований на моде-. лях показала, что во время экспериментов не учитывается влияние массы топлива (наполнителя), меняющего свою вязкость, то есть "затвердевшего" топлива, . .. 25

Целью изобретения является повышение точности определения динамических характеристик конструкцйи.

Указанная, цель достигается тем, что в известном способе определения динамиче-. 30 ских характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, заключающемся в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, возбуждении колеба- 35 ний и определении частотных характеристик конструкции, в качестве имитатора тойлива использугот 3-4 раствор коллоида тйофильного типа; изменяющий свое физическоесостояние в зависимости от темпера- 40 туры., частотные характеристики конструкции определяют при жидком состоянии имитатора топлива и прй затвердевшем, а фактические динамические характеристики получают с учетом попра- 46

-вочных коэффициентов, определяемых из выражения:

50 где fI —. частоты собственных колебаний конструкции с частично эайолненными баками;

foi — частоты собственных колебаний 55 конструкции без имитатора топлива в баках;

m— - масса упругой конструкции беэ имитатора топлива;

m — масса имитатора топлива.

Указанная цель также достигается тем, что в известном способе определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, в качестве имитатора топлива используют желатин или агар-агар, а.с целью учета влияния подвижного имитатора топлива на динамические характеристики конструкции, определение частоты . собственнйх колебаний модели производят в диапазоне температур рекристаллиэации и затвердевания имитатора топлива.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ определения динамиче- ских характеристик упругой конструкции с. частично заполненными имитатором топлива баками отличается от известного тем, что в качестве имитатора тойлива используют

3- 4Д-ный раствор коллоида тиофильного типа, а именно желатин или агар-агар.. способного изменять свою вязкость в зависимости от температуры раствора, частотные испытания проводят в два этапа и определяют при этом частотные характеристики конструкции при жидком состоянии имитатора топлива и при затвердевшем, а именно ,в диапазоне температур рекристаллизации и затвердевания имитатора топлива.

Таким образом, заявленный Способ оп- ределения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками соответствует критерию изобретения "новизна". Известны технические решения, такие как, например, (1), в которых топливо имитируется грузами с большим удельным весом, то есть "затвердевшее" топливо. Од- . нако при этом силы, участвующие в колебаниях системы с твердым наполнителем, пропорциональны обобщенным перемещениям, и на колебания системы оказывают влияние только линейного типа. S заявляемом же способе применяется.наполнитель, способный изменять свое физическое состояние в зависимости от температуры. поэтому упругие диссипативные силы в диапазоне температур рекристаллизации. и; затвердевания имитатора топлива будут иметь как линейнйй, так и нелинейный характер и будут определенным образом влиять на динамические .характеристики модели крыла. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "Существенные отличия"; Изменение вязкости имитатора топлива и уровня наполнения бака позволит с учетом поправочных коэффициентов повысить точность определения дийамических характеристик конструкции.

1796951 в последнем поддерживалась температура перелитого в него наполнителя 5 в пределах

50-60 С. При этом замерялась частота собственных колебаний системы "крыло-бакнаполнитель" при залитой порции наполнителя F1 и температуре нэполнителя (имитатора топлива), соответствующей температуре его рекристаллизации. Затем нагревательный элемент 3 в баке 2 отключали и охлаждали наполнитель 5 до температуры зэтвердевания (20 С), после чего замеряли частоту собственных колебаний системы крыло-бак-наполнитель при затвердевшем состоянии имитатора топлива.

Наполнение бака 2 из дополнительного бака 6 производилось поэтапно вплоть до максимального наполнения бака 2, Во всех случаях первоначально массу ml наполнителя 5, помещенную в бак 2, разогревали до температуры рекристаллизации (+50-60 С) и замеряли с йомощью. электронно-счетного частотомера 7 параметры колебаний системы "крыло-бак-наполнитель" (частоту собствЕнных колебаний fl) при жидком состоянйи

5 наполнителя 5, а затем эту массу наполни l0

15 вибровозбудитель, содержащий блок электромагнитов (ЭМ) и каскад возбуждения колебаний с собственной частотой. Модель 20

35

+ fol l=1,2,,п

m + пн дополнительного бака 6. 45

Последовательность выполнения операций следующая. С помощью устройства 4 тотомера 7 частоту собственных колебаний 50

55 m +me

fîi . m

На чертеже представлена схема устройства для реализации данного способа в виде упругой конструкции с баками (для описания и БИ).

Предлагаемый способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками реализован на модели крыла с моделями топливных баков следующим образом. Динамическая упругая модель крыла состоит из модели крыла

1 и размещенных на ней моделей баков 2, В модели баков 2 встроены нагревательные элементы 3. Возбуждение колебаний.динамической упругой конструкции осуществляется с помощью устройства 4, представляющего собой бесконтактный бака 2 заполняется при испытаниях наполнителем 5 в виде 3-4%-ного раствора коллоида тиофильного типа. например, желатина или агар-агара, перетекающего из дополнительного бака 6, также снабженного нагревательным элементом 3, например ТЭНом.

Модель крыла 1 консольно закрепляется на жестком основании. При возбуждении колебаний уп;.,угой конструкции с баками 2 на ней, замер частоты собственных колебаний системы "крыло-бак-наполнитель" осуществляется с помощью электронно-счетного частотомера 7, связанного с устройством 4, Управление процессом осуществляется с помощью микроЭВМ 8, Частотные испытания проводились в несколько этапов путем заполнения модели бака 2 определенными (расчетными) порция ми жидкого (подогретого) на пол нителя 5 из дополнительного бака 6. Емкость модели бака 2 составляла N см, а заполнение бака з

2 производилось порциями жидкого наполнителя 5 (имитатора топлива) по n KI через заливную горловину 9 бака 2 из крана 10 возбуждают собственные колебания системы "крыло-бэк" и замеряют с помощью часэтой системы с пустыми баками 2. Затем с помощью нагревательного элемента 3, встроенного в дополнительный бак 6, наполнитель 5 (нэпример, желатин или агарагэр) разогревают до температуры рекристаллизации (50-60 С). Нагретый наполнитель 5 в жидком виде порцйей в mi кг через кран 10 и заливную горловину 9 переливался в модель бака 2, С помощью нагревательного элемента 3. встроенного е бак 2, теля охлаждали до температуры затвердевания (+ 20ОС) и замеряли параметры системы с "затвердевшим" наполнителем 5.

С целью повышения точности о;;ределения динамических характеристик конструкции при исследовании влияния подвижности жидкого наполнителя на динамические характеристики системы крылобак-наполнитель, в частности на частоту собственных колебаний f, вводились поправочные коэффициенты Кь рассчитываемые на микроЭВМ 8 по формулам: где fl — частоты собственных колебаний конструкции с частично заполненными баками;

fo — частоты собственных колебаний конструкции без имитатора топлива в баках;

m — масса упругой конструкции без имитатора топлива; гп, — масса имитатора топлива, Таким образом, зная величины fo и текущие значения fl, входящие в формулу для определения fl; определяют поправочные коэффициенты:

В силу жесткости баков изменением упругих свойств конструкции от температуры наполнителя (имитатора топлива) можно

1796951 ческие характеристики получают с учетом поправочных коэффициентов, определяемых из выражения

fi пкпн н

fot

Составитель В.Комаров

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 646 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 мощью микроЭВМ 8 коэффициенты Ki позволят повысить точность определения фактических динамических характеристик реальных упругих конструкций с частично заполненными топливом жесткими (встроенными в крыло) баками. Использование способа наиболее эффективно в конструк- циях, где баки имеют сложную конфигурацию или снабжены перегородками.

Формула изобретения

1. Способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, заключающийся в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, возбуждении колебаний и определении частотных характеристик конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения динамических характеристик, в качестве имитатора топлива используют 3-47ь-ный раствор коллоида тиофильного типа, изменяющий свое физическое состояние в зависимости от температуры, частотные характеристики конструкции определяют при жидком состоянии имитатора топлива и при затвердевшем, а фактические динамигде f — частоты собственных колебаний конструкции с частично заполненными баками;

foi — частоты собственных колебаний конструкции без имитатора топлива в баках;

m — масса упругой конструкции без имитатора топлива;

mH — масса имитатора топлива.

2. Способ по и 1, отличающийся тем, что в качестве имитатора топлива используют желатин или агар-агар.

3. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью g÷eòý влияния подвиж" ного имитатора топлива на динамические характеристики конструкции, определение частоты собственных колебаний модели производят в диапазоне температур рекристаллизации и затвердевания имитатора топлива.