Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах. Устройство содержит упругое звено, которое одним концом жестко соединено с неподвижной опорой внутри модели, а другим помещено во внутреннюю полость подвижной массы. Упругое звено, составленное из соприкасающихся своими поверхностями тонких плоских пружин, касается внутренней полости подвижной массы только поверхностями крайних пружин и соединено с нею концом, как минимум, одной из пружин. При этом подвижная масса изготовлена из материала с максимально возможным удельным весом, например из свинца или сплава на основе вольфрама. Также динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели может быть неподвижно соединен с подвижной массой концом, как минимум, одной из пружин упругого звена или иметь соединение концов пружин с подвижной массой, допускающее ее смещение в направлении, перпендикулярном поверхностям пружин. Технический результат заключается в уменьшении габаритов успокоителя, упрощении настройки параметров и сокращении времени настройки успокоителя в реальных условиях эксперимента. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах, где требуется успокоение интенсивных автоколебаний модели в условиях их возбуждения воздушным потоком.

Известна аэродинамическая модель для аэродинамических испытаний, имеющая дополнительную массу, установленную в модели при помощи демпфирующего материала (A wind tunnel model for wind tunnel testing having an additional mass mounted on the model via vibration absorbing material to dampen model vibration) патент US 2003177825, МПК G01M 9/08; G01M 9/00, публ. 25.09.03.

Недостатком этого устройства является отсутствие упругого звена в креплении дополнительной массы к модели, что повышает трудоемкость наладочных работ перед экспериментом, а в отдельных случаях не приводит к достижению требуемой эффективности демпфирования колебаний модели.

Известен динамический успокоитель (гаситель) колебаний, содержащий массу на плоской пружине и воздушный демпфер (Исследование динамики моделей на тензометрических весах в аэродинамической трубе. А.Н.Корякин. Труды ЦАГИ Вып. 2513, 1993). Недостатком этого устройства является трудность совмещения требований размещения его в тесных габаритах свободного пространства внутри аэродинамической модели и обеспечения его нужной эффективности.

Известен динамический успокоитель колебаний, принятый за прототип, содержащий герметичный корпус с вязкой жидкостью, опорой, упругим звеном и подвижной массой внутри. На опоре жестко закреплен один конец упругого звена с жестко закрепленной на другом конце подвижной массой. Часть упругого звена находится внутри подвижной массы, не касаясь ее нигде, кроме участка крепления. Вязкая жидкость заменяет демпфер. Успокоитель помещается внутри аэродинамической модели, установленной на державке в потоке аэродинамической трубы (DYNAMIC VIBRATION ABSORBER. Патент US 3572112, НКИ 73-147, МПК G01M 9/00, публ. 23.03.71). Воздействие потока приводит к одновременным колебаниям модели и подвижной массы успокоителя на упругом звене в широком диапазоне частот и двух направлениях движения: по вертикали и горизонтали. В результате возникновения сил сопротивления вязкой жидкости движению подвижной массы происходят поглощение энергии воздействия потока на модель и успокоение ее колебаний по двум направлениям движения.

Недостатками этого устройства являются трудоемкость изготовления герметичного корпуса нужной конфигурации, относительно большие габаритные размеры и технологические неудобства, связанные с настройкой параметров успокоителя в реальных условиях эксперимента.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности использования динамического успокоителя.

Технический результат заключается в уменьшении габаритов успокоителя, упрощении настройки его параметров и сокращении времени на настройку в реальных условиях эксперимента в аэродинамической трубе.

Технический результат достигается тем, что в динамическом успокоителе колебаний аэродинамической модели, содержащем упругое звено, которое одним концом жестко соединено с опорой внутри модели, а другим помещено во внутреннюю полость подвижной массы, и составлено из соприкасающихся своими поверхностями тонких плоских пружин, соединенных с подвижной массой концом, как минимум, одной из пружин, причем касание упругого звена внутренней полости подвижной массы осуществлено только поверхностями крайних пружин, при этом подвижная масса изготовлена из материала с максимально возможным удельным весом, например из свинца или сплава на основе вольфрама.

Соединение концов пружин с подвижной массой может быть полностью или частично неподвижным.

Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели может быть неподвижно соединен с подвижной массой концом, как минимум, одной из пружин упругого звена.

Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели может иметь также соединение концов пружин с подвижной массой, допускающее ее смещение в направлении, перпендикулярном поверхностям пружин.

Кроме того, динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели может иметь соединение концов пружин упругого звена с подвижной массой, не препятствующее перемещению ближнего к опоре конца подвижной массы в плоскости, параллельной поверхностям пружин, а неподвижная опора содержать ограничитель этого перемещения.

Динамический успокоитель может повторять конструкцию одного из рассмотренных ранее успокоителей и отличаться тем, что его подвижной массой является аналогичный успокоитель, пространственно ориентированный поверхностями пружин своего упругого звена ортогонально поверхностям пружин упругого звена, к которому он присоединен своим основанием в качестве подвижной массы.

Использование упругого звена, составленного из тонких плоских пружин, позволяет кардинально уменьшить его длину, исключить демпфер (вязкую жидкость) и сложный герметичный корпус.

На фиг.1 изображен динамический успокоитель колебаний (ДУК) с неподвижным соединением конца одной из пружин упругого звена с подвижной массой.

На фиг.2 изображен ДУК, где соединение конца одной из пружин упругого звена допускает смещение подвижной массы относительно соединенного с нею конца пружины в перпендикулярном к ее поверхности направлении.

На фиг.3 изображен ДУК, где соединение конца одной из пружин упругого звена не препятствует перемещению ближнего к опоре конца подвижной массы в плоскости, параллельной поверхностям пружин, а неподвижная опора содержит ограничитель этого перемещения.

На фиг.4 изображен ДУК, где подвижной массой является успокоитель, аналогичный одному из изображенных на фиг.1-3, пространственно ориентированный поверхностями пружин своего упругого звена ортогонально поверхностям пружин упругого звена, к которому он присоединен своим основанием в качестве подвижной массы.

На фиг.5а - модель без успокоителя. Свободные колебания в горизонтальной плоскости.

На фиг.5б - модель с успокоителем. Свободные колебания в горизонтальной плоскости.

На фиг.6а - модель без успокоителя. Свободные колебания в вертикальной плоскости.

На фиг.6б - модель с успокоителем. Свободные колебания в вертикальной плоскости.

Изображенные на фиг.1-3 динамические успокоители обеспечивают успокоение колебаний модели в одной плоскости ее движения.

На фиг.1 показана аэродинамическая модель 1, установленная на хвостовую державку 2, соединенную со стойкой 3. Внутри носовой части модели 1 установлена неподвижно жесткая опора 4 динамического успокоителя. Упругое звено из плоских тонких пружин 5 зажато неподвижно одним концом жесткой опорой 4, а другим концом касается подвижной массы 6 поверхностями крайних пружин и соединено с нею пружиной 7 неподвижно.

Изображенный на фиг.2 динамический успокоитель отличается от рассмотренного тем, что соединение конца пружины 7 с подвижной массой 6 допускает ее смещение в перпендикулярном к его поверхности направлении.

Изображенный на фиг.3 динамический успокоитель отличается от рассмотренных тем, что соединение конца пружины 7 с подвижной массой 6 не препятствует перемещению ближнего к опоре 4 конца подвижной массы 6 в плоскости, параллельной поверхностям пружин, а неподвижная опора 4 содержит ограничитель этого перемещения 8.

Изображенный на фиг.4 динамический успокоитель обеспечивает успокоение колебаний модели в двух плоскостях ее движения. Он повторяет конструкцию одного из рассмотренных ранее успокоителей и отличается тем, что его подвижной массой является аналогичный успокоитель, пространственно ориентированный поверхностями пружин своего упругого звена ортогонально поверхностям пружин упругого звена 5, к которому он присоединен своим основанием в качестве подвижной массы.

Основной характеристикой способности упругой системы к противодействию факторам, вызывающим ее автоколебания при больших углах атаки (скольжения) в воздушном потоке с нарастающим по времени размахом, является способность к быстрому гашению свободных колебаний, возникающих после внешнего воздействия без потока. Модель на тензометрических весах без успокоителя колебаний практически лишена собственного демпфирования. При малых углах атаки (скольжения) воздействие потока приводит, как правило, к улучшению характеристик демпфирования ее колебаний, а при больших углах атаки (скольжения), наоборот, к интенсивной раскачке.

Работа ДУК, изображенных на фиг.1-4, заключается в том, что действие динамических нагрузок на подвижную массу изгибает плоские пружины упругого звена. Изгиб плоских пружин упругого звена приводит к их перемещению по поверхностям касания как относительно друг друга, так и относительно подвижной массы. Возникающая в процессе движения работа сил трения приводит к преобразованию энергии колебаний модели в тепловую, которая рассеивается в окружающем успокоитель и модель пространстве, что в итоге приводит к успокоению колебаний модели. Решающее значение здесь имеет вес подвижной массы, который определяется ее объемом и удельным весом. Объем подвижной массы обычно ограничивается объемом внутреннего пространства модели и габаритами упругого звена, потребного для реализации нужной частоты ее колебаний. Поэтому подвижная масса изготавливается, как правило, из материала с максимально возможным удельным весом, например из свинца или сплава на основе вольфрама. Успокоители, изображенные на фиг.1-3, содержат одно упругое звено, способное изгибаться только в линейном и угловом направлениях одной плоскости движения, поэтому успокоение колебаний модели происходит так же в направлениях одной плоскости движения. Успокоитель, изображенный на фиг.4, содержит два упругих звена, способных вместе изгибаться в направлениях двух ортогональных плоскостей движения, поэтому успокоение колебаний модели так же происходит в двух ортогональных плоскостях. В реальном аэродинамическом эксперименте наиболее частыми являются случаи, когда интенсивные автоколебания модели возникают в одной из плоскостей движения. Поэтому в условиях ограниченного объема пространства внутри модели для достижения максимально возможной эффективности работы успокоителя целесообразно его выполнение по одному из вариантов на фиг.1-3. Максимально возможная эффективность при этом достигается путем выполнения подвижной массы, оптимальной по конфигурации с предельно возможным увеличением объема. Преимущества компактного упругого звена из тонких плоских пружин перед герметичным корпусом сложной конфигурации с вязкой жидкостью (демпфером) здесь проявляются максимально.

На фиг.5 и 6 показаны в качестве примера результаты записи перегрузок по времени (в секундах) носовой части модели без успокоителя и с успокоителем в отсутствие потока воздуха.

Определенный по графику на фиг.6б средний логарифмический декремент затухания колебаний в вертикальной плоскости примерно равен 0,33. В горизонтальной плоскости (фиг.5б) он не менее 0,5. Это как минимум в 300 раз лучше, чем без успокоителя. Отмеченное выше улучшение характеристик демпфирования колебаний упругой системы достаточно для предотвращения возникновения автоколебаний модели при больших углах атаки или скольжения.

Опытная эксплуатация предлагаемых успокоителей показала их высокую эффективность и обеспечила выполнение ответственных аэродинамических испытаний моделей самолетов.

Выбор необходимого варианта конструкции ДУК определяется габаритами внутреннего пространства модели и технологическими возможностями производства, а также характеристиками используемых материалов.

1. Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели, содержащий упругое звено, которое одним концом жестко соединено с неподвижной опорой внутри модели, а другим помещено во внутреннюю полость подвижной массы, отличающийся тем, что упругое звено, составленное из соприкасающихся своими поверхностями тонких плоских пружин, соединено с подвижной массой концом, как минимум, одной из пружин, а касание упругого звена внутренней полости подвижной массы осуществлено только поверхностями крайних пружин, причем подвижная масса изготовлена из материала с максимально возможным удельным весом, например из свинца или сплава на основе вольфрама.

2. Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели по п.1, отличающийся тем, что конец, как минимум, одной из пружин упругого звена соединен с подвижной массой неподвижно.

3. Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели по п.1, отличающийся тем, что соединение концов пружин с подвижной массой осуществлено с возможностью ее смещения в направлении, перпендикулярном поверхностям пружин.

4. Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели по п.1, отличающийся тем, что соединение концов пружин упругого звена с подвижной массой осуществлено с возможностью перемещения ближнего к опоре конца подвижной массы в плоскости, параллельной поверхностям пружин, а неподвижная опора содержит ограничитель этого перемещения.

5. Динамический успокоитель колебаний аэродинамической модели по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что его подвижной массой является аналогичный успокоитель, пространственно ориентированный поверхностями пружин своего упругого звена ортогонально поверхностям пружин упругого звена, к которому он присоединен своим основанием в качестве подвижной массы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано в отраслях промышленности, занимающихся проектированием и созданием транспортных средств различного назначения.

Изобретение относится к аэродинамике и может быть использовано в конструкциях аэродинамических установок. .

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано в конструкциях подвесных устройств. .

Изобретение относится к средствам физического моделирования, в частности к устройствам для моделирования направляющего пути наземного транспорта в аэродинамических трубных экспериментах.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования моделей в аэродинамических трубах. .

Изобретение относится к физическому эксперименту, в частности к конструированию аэродинамических труб. .

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к координатным устройствам аэродинамических труб, предназначенным для установки и перемещения моделей, насадков и других устройств в рабочей части аэродинамических труб.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике в частности к конструкции трансзвуковых аэродинамических труб. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Способ заключается в том, что управление гибкими стенками сопла осуществляют автоматическими приводными механизмами по заданной программе. Задание на изменение контура сопла в виде заданного числа М трансформируется в конечное положение ведущего ряда, а управление ведомыми рядами ведется синхронно в функции заданного на текущий момент времени положения ведущего ряда. Технический результат заключается в повышении точности установки гибких стенок сопла аэродинамической трубы, снижении потребной мощности приводов, снижении напряжений в гибкий стенках и упрощении эксплуатации сопла. 2 ил.

Изобретение касается систем управления в экспериментальной аэродинамике, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство содержит контроллер управления приводами ведомых рядов гибких стенок сопла, приводы управления гибкими стенками сопла, цифровые датчики обратной связи, а также командное устройство, цифровой блок вычисления заданного положения ведомых рядов в функции измеренного положения ведущего ряда, а также цифровой датчик положения ведущего ряда и переключатель режима работы. При этом цифровой блок вычисления заданного положения ведомых рядов в функции измеренного положения ведущего ряда последовательно соединен с датчиком положения ведущего ряда и с контроллером управления приводами ведомых рядов гибких стенок сопла через переключатель режима работы. Технический результат заключается в создании устройства, обеспечивающего восстановление сопла аэродинамической трубы в автоматическом режиме и повышении точности установки сопла. 1 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство состоит из силового механизма, изменяющего его контур по заданной программе, и командного устройства, управляющего этой программой. В контур управления введены последовательно включенные блок определения конечного положения ведущего ряда в функции заданного числа М, блок задания интенсивности движения ведущего ряда в функции времени управления и блок задания ординат ведомых рядов в функции заданной ординаты ведущего ряда, что позволяет с высокой точностью и скоростью изменять контур сопла. Технический результат заключается в повышении точности установки гибких стенок сопла аэродинамической трубы, а также надежности и простоты эксплуатации сопла. 1 ил.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Заявленный способ включает нагрев наружной поверхности обтекателя за счет пропускания электрического тока через эквидистантный этой поверхности нагреватель в виде токопроводящей тонкостенной оболочки переменной толщины по высоте, контактирующей с ограничителем из теплоизоляционного материала, также эквидистантным наружной поверхности обтекателя, и измерение температуры. Токопроводящая тонкостенная оболочка расположена к наружной поверхности обтекателя с зазором, в который нагнетают инертный газ под давлением, а ограничитель из теплоизоляционного материала выполнен пористым. Технический результат - расширение температурного диапазона воспроизведения теплового поля на наружной поверхности обтекателей из неметаллических материалов при наземной отработке конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к технике экспериментов в аэродинамических трубах кратковременного (импульсного) действия с продолжительностью пуска порядка 40 миллисекунд, работающих при высоких давлениях и температурах газа. Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления содержит корпус, заслонку с отверстием, связанную с пневматическим приводом заслонки. Заслонка имеет длину, в шесть раз и более превышающую диаметр открываемого канала трубы. Отверстие в заслонке выполнено прямоугольным, при этом его ширина перпендикулярна оси пускового затвора и равна диаметру канала трубы, а длина параллельна оси пускового затвора и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы. Пневматический привод заслонки содержит шток, присоединенный к заслонке, поршень, цилиндр с расположенными в его передней части окнами, перекрываемыми поршнем, и цилиндрическим обводным каналом, расположенным в середине цилиндра и соединяющим полости, находящиеся по обе стороны поршня, а также аккумулятор сжатого воздуха, окружающий цилиндр, и гидравлический тормоз, содержащий цилиндрическую камеру, расположенную непосредственно за цилиндром и переходящую в сужающийся конус. 1 ил.
Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов. Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ тепловых испытаний материалов и изделий включает размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими. Согласно изобретению нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей. При этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта. Технический результат - повышение достоверности результатов диагностики. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области тепловых испытаний и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет включает нагрев и контроль температуры обтекателя в зоне узла соединения керамической оболочки со шпангоутом. Нагреву до заданной температуры подвергается металлический шпангоут изнутри обтекателя с одновременным контролем температуры шпангоута. Технический результат - повышение достоверности результатов испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической отрасли промышленности и может быть использовано при проведении испытаний конструкции летательных аппаратов и их узлов (головных обтекателей) из неметаллических материалов на тепловые, а также комплексные термовибрационные и термовакуумные воздействия. Заявленный способ теплового нагружения конструкций летательных аппаратов из неметаллических материалов включает зонный нагрев изделия и измерение температуры. Зонный нагрев изделия осуществляется бесконтактной передачей энергии переменным магнитным полем средней частоты, генерируемым индуктором, в промежуточный нагревательный элемент, выполненный из ферромагнитного материала, расположенный на поверхности изделия. Технический результат - повышение точности выполнения программ испытаний летательных аппаратов. 1 ил.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах

Наверх