Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе
Владельцы патента RU 2515127:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к экспериментальному оборудованию для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе, в том числе вблизи экрана. Стенд содержит модель с тензовесами, установленную на стойке со штоком, и механизм ее перемещений. Также он содержит энергопривод в виде линейного электродвигателя с выдвижной тягой, посредством рычага и двухзвенного механизма с поводком вторым звеном кинематически связанный со штоком, соединенным в свою очередь с моделью. Выполнение кинематической связи второго звена двухзвенного механизма в виде установленного на штоке кронштейна или в виде ползуна с кронштейнами обеспечивает колебания модели по высоте и углам тангажа или крена. Оснащение стенда перемещающимся по направляющим экраном с прорезью для стойки со штоком обеспечивает испытания вблизи экрана. Технический результат заключается в расширении возможностей стенда при получении вращательных производных сил и моментов. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к области авиации, а именно к экспериментальному оборудованию, преимущественно для определения комплексов вращательных производных аэродинамических сил и моментов в аэродинамической трубе вблизи экрана для аэродинамических моделей таких транспортных средств, как аппараты на воздушной подушке, самолеты с шасси на воздушной подушке, экранопланы и модели других летательных аппаратов.
Известно экспериментальное оборудование (стенд) для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (см. патент РФ №RU2344397, МГЖ G01M 9/00, дата публикации 20.01.2009 г., «Способ определения демпфирующих свойств моделей самолетов с винтовыми движителями»), содержащее модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых перемещений относительно стойки, содержащее механизм угловых перемещений модели относительно стойки, экран. Недостатком данного изобретения является наличие у механизма изменения углового положения дополнительной стойки, перемещаемой при помощи кривошипного механизма, наличие которой увеличивает искажение потока в процессе эксперимента, что может привести к снижению точности испытаний модели. Кроме того, при проведении испытаний вблизи экрана необходимо в экране выполнять дополнительную прорезь под вторую стойку, что также приводит к искажению потока вблизи экрана в связи с возникновением перетеканий воздуха через прорезь для дополнительной стойки.
Известен стенд для определения аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (заявка Японии JP 3296635(A), МПК G01M 9/04, дата публикации 16.04.1999 г.), оснащенный экраном, выполненным с возможностью перемещения по высоте. В этом изобретении модель установлена на хвостовой державке, что не обеспечивает определение вращательных производных сил и моментов, поскольку при перемещении модели хвостовой державкой траектории будут нелинейными, а колебания - относительно подвеса державки, а не условного центра масс модели.
Известен стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (заявка на патент РФ на полезную модель №2012130887 от 20.07.2012 г., МПК G01M 9/00, B60V 3/06), содержащий модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на одной стойке с возможностью угловых и вертикальных перемещений относительно стойки, механизм вертикальных и угловых перемещений модели относительно стойки, оснащенный экраном, выполненным с возможностью перемещения по высоте, при этом в экране выполнено отверстие для прохождения стойки. Недостатком данного технического решения является отсутствие энергопривода и механизма разгрузки энергопривода вынужденных вертикальных и угловых колебаний, что снижает точность эксперимента и ограничивает возможности по автоматизации стенда, например, при помощи персонального компьютера.
Известен также стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (заявка Японии JP 09072822(A), МПК G01M 9/00, дата публикации 18.03.1997 г.), содержащий модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых и вертикальных перемещений относительно стойки, механизм вертикальных и угловых перемещений модели относительно стойки. Это техническое решение как наиболее близкий аналог изобретения принято за прототип. Его недостатком является отсутствие механизма разгрузки энергопривода вынужденных вертикальных и угловых колебаний, а также проведение испытаний без экрана, что ограничивает возможности стенда для проведения экспериментов по определению демпфирующих характеристик модели, в частности, вблизи экрана.
Задача и технический результат состоит в повышении точности измерений, снижении стоимости эксперимента за счет возможности его автоматизации при помощи персонального компьютера и расширении возможностей стенда по получению вращательных производных сил и моментов на режимах, моделирующих разбег и пробег летательного аппарата.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе, как и в наиболее близком аналоге, содержит модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых и вертикальных перемещений относительно стойки, механизм перемещения модели относительно стойки, но в отличие от прототипа стенд дополнительно содержит энергопривод механизма перемещения модели и механизм разгрузки энергопривода, механизм перемещения модели выполнен в виде рычажного механизма, состоящего из шарнирно установленного на стойке коромысла, одно плечо которого шарнирно соединено с энергоприводом, другое плечо коромысла посредством промежуточной тяги соединено с механизмом разгрузки энергопривода, и посредством двухзвенного механизма кинематически связано со штоком, установленным на стойке с возможностью перемещения и фиксации положения относительно стойки, при этом первое звено двухзвенного механизма выполнено в виде поводка, соединенного с плечом коромысла, а второе звено двухзвенного механизма кинематически связано со штоком.
Технический результат достигается также тем, что шток соединен со стойкой с возможностью вертикального перемещения, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде кронштейна, установленного на штоке, соединенном с моделью.
Технический результат достигается тем, что шток механизма перемещений модели закреплен на стойке и шарнирно соединен с моделью, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде ползуна, установленного на штоке с возможностью вертикального перемещения и оснащенного двумя кронштейнами, один из которых соединен с поводком двухзвенного механизма, а другой посредством тяги - с моделью.
При этом стойка со штоком и тяга расположены в продольной или поперечной плоскости модели.
Технический результат достигается тем, что энергопривод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя.
Технический результат достигается также тем, что механизм разгрузки энергопривода содержит два упругих элемента, выполненных в виде пружин, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной пружины.
Технический результат достигается также тем, что он оснащен экраном, выполненным с возможностью перемещения по высоте, при этом в экране выполнена прорезь для прохождения стойки.
На фиг.1 представлен стенд при виде спереди.
На фиг.2 представлен стенд при виде сбоку.
На фиг.3 представлен разрез А-А на фиг.2.
На фиг.4 представлен разрез Б-Б на фиг.2.
На фиг.5 представлен разрез В-В на фиг.2.
На фиг.6 представлена стойка со штоком при виде спереди с механизмом колебаний модели по тангажу или углу крена.
На фиг.7 представлена стойка со штоком при виде сбоку с механизмом колебаний модели по углу тангажа или углу крена.
На фиг.8 показан стенд в аэродинамической трубе при виде сбоку.
На фиг.9 показан стенд в аэродинамической трубе при виде спереди.
Основными конструктивными элементами стенда для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе являются: модель 1, оснащенная средствами измерения сил и моментов, установленная штоке 2, соединенном со стойкой 3 с возможностью вертикальных перемещений и фиксации положения относительно стойки 3, механизм перемещений модели 1 относительно штока 2, энергопривод 4, посредством рычажного механизма кинематически связанный со стойкой 3 и с механизмом 5 разгрузки энергопривода 4 (фиг.1-5). Средство измерения сил и моментов выполнено в виде тензовесов 6 (фиг.1, 2, 6, 7, 8). Энергопривод 4 выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя с выдвижной тягой 7 (фиг.2).
Рычажный механизм содержит коромысло 8, соединенное со стойкой 3 посредством шарнирной опоры 9, одно плечо 10 коромысла 8 шарнирно соединено с выдвижной тягой 7 энергопривода 4, другое плечо 11 коромысла 8 посредством двухзвенного механизма соединено со штоком 2, а также посредством промежуточной тяги 12 с механизмом 5 разгрузки энергопривода 4 (фиг.2, 4, 5). Поводок 13 двухвенного механизма соединен с плечом 11 коромысла 8, а второе звено двухзвенного механизма кинематически связано со штоком 2.
Для выполнения вертикальных колебаний модели 1 шток 2 соединен со стойкой 3 с возможностью вертикальных перемещений, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде кронштейна 14, соединенного со штоком 2 (фиг.2). При этом для обеспечения перемещения штока 2 относительно стойки 3, в стойке 3 выполнен паз 15, через который проходит кронштейн 14, закрепленный на штоке 2.
Для выполнения колебаний модели 1 по углу тангажа (фиг.6, 7) положение штока 2 зафиксировано относительно стойки 3, шток 2 соединен с моделью 1, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде ползуна 16 с кронштейнами 17 и 18, один из которых, например кронштейн 17, соединен с поводком 13 двухзвенного механизма, а другой кронштейн 18 шарнирно соединен с тягой 19, которая шарнирно соединена с моделью 1 (фиг.7). Для обеспечения колебаний модели 1 по углу тангажа кронштейны 17 и 18 с тягой 19 расположены в продольной плоскости модели 1 (фиг.6, 7). Для обеспечения колебаний модели 1 по углу крена кронштейны 17 и 18 с тягой 19 расположены в поперечной плоскости модели 1 (не показано).
Механизм 5 разгрузки энергопривода 4 содержит пару упругих элементов, выполненных, например, в виде пружин 20, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной из пружин 20 (фиг.2).
Стенд оснащен экраном 21, выполненным с возможностью перемещения по высоте, например, по направляющим 22 посредством винтового привода, при этом для прохождения стойки 3 со штоком 2 в экране 21 выполнена прорезь 23 (фиг.8, 9).
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе работает следующим образом.
Перед испытаниями в аэродинамическую трубу 24 (фиг.8, 9) устанавливается экран 21, в прорезь 23 экрана 21 устанавливается стойка 3 со штоком 2, на которой устанавливается модель 1, оснащенная тензовесами 6. Посредством предварительного натяжения пружин 20 механизма 5 разгрузки энергопривода 4 (фиг.2) винтовым приводом экран 21 вдоль направляющих 22 устанавливается в заданное положение (фиг.8, 9). Затем приводится в рабочее состояние механизм изменения положения модели 1. Выдвигаемая тяга 7 энергопривода 4 соединяется с плечом 10 коромысла 8 рычажного механизма, другое плечо 11 коромысла 8 посредством промежуточной тяги 12 соединяется с механизмом 5 разгрузки энергопривода 4 (фиг.2, 4, 5).
При проведении испытаний с вертикальными перемещениями модели 1 шток 2 устанавливается на стойке 3 с возможностью вертикальных перемещений вдоль стойки 3, установленный на штоке 2 кронштейн 14, проходящий через паз 15 в стойке 3, является вторым звеном двухзвенного механизма и соединяется с поводком 13 двухзвенного механизма, шарнирно соединенного с плечом 11 коромысла 8 (фиг.2).
При проведении испытаний с перемещениями модели 1 по углу тангажа положение штока 2 фиксируется относительно стойки 3, шток 2 соединяется с ползуном 16 с возможностью перемещения ползуна 16 вдоль штока 2, установленные на ползуне 16 кронштейны 17 и 18 располагаются в продольной плоскости модели, кронштейн 18, шарнирно соединяется посредством тяги 19 с моделью 1, а кронштейн 17 соединяется поводком 13 двухзвенного механизма, шарнирно соединенного с плечом 11 коромысла 8 рычажного механизма (фиг.6, 7).
При проведении испытаний с перемещениями модели 1 по углу крена положение штока 2 фиксируется относительно стойки 3, шток 2 соединяется с ползуном 16 с возможностью перемещения ползуна 16 вдоль штока 2, установленные на ползуне 16 кронштейны 17 и 18 располагаются в поперечной плоскости модели, кронштейн 18 шарнирно соединяется посредством тяги 19 с моделью 1, а кронштейн 17 соединяется поводком 13 двухзвенного механизма, шарнирно соединенного с плечом 11 коромысла 8 рычажного механизма (не показано).
При проведении испытаний по перемещению модели 1 по высоте энергопривод 4 перемещает тягу 7 переменной длины, тяга 7 воздействует на плечо 10 и поворачивает коромысло 8 относительно шарнирной опоры 9, установленной на стойке 3. При этом поводок 13, соединенный с плечом 11 коромысла 8, перемещает шарнирно соединенный с поводком 13 кронштейн 14, установленный на штоке 2 (фиг.1, 2). В результате шток 2 вместе с соединенной с ним моделью 1 перемещается относительно стойки 3 и перемещает модель 1 по высоте, а при изменении направления движения выдвижной тяги 7 энергопривода 4 модель 1 совершает колебания по высоте. Соединение плеча 11 рычага 8 с промежуточной тягой 12 обеспечивает перемещение пружин 20 механизма 5 разгрузки энергопривода 4. При фиксировании положения выдвижной тяги 7 энергопривода 4 и придании колебаний пружинам 20 механизма 5 разгрузки энергопривода 4 модель 1 совершает свободные затухающие колебания по высоте. Показания тензовесов 6 передаются на магнитный накопитель, например, в персональный компьютер (не показано), который обрабатывает результаты эксперимента по заданной программе.
При проведении испытаний по перемещению модели 1 по углу тангажа энергопривод 4 перемещает тягу 7 переменной длины, которая воздействует на плечо 10 и поворачивает коромысло 8 относительно установленной на стойке 3 шарнирной опоры 9 рычажного механизма. При этом поводок 13, соединенный с плечом 11 коромысла 8, перемещает шарнирно соединенный с поводком 13 кронштейн 17, установленный на ползуне 16. Ползун 16 свободно перемещается относительно штока 2, и посредством кронштейна 18 перемещает тягу 19, соединенную с моделью 1 в продольной плоскости модели 1 (фиг.6, 7). В результате при изменении направления движения выдвижной тяги 7 энергопривода 4 модель 1 совершает колебания по углу тангажа относительно шарнирного крепления на штоке 2. Соединение плеча 11 рычага 8 с промежуточной тягой 12 обеспечивает перемещение пружин 20 механизма 5 разгрузки энергопривода 4. При фиксировании положения выдвижной тяги 7 энергопривода 4 и придании колебаний пружинам 20 механизма 5 разгрузки энергопривода 4 модель 1 совершает свободные затухающие колебания по углу тангажа. Показания тензовесов 6 передаются на магнитный накопитель, например, в персональный компьютер (не показано), который обрабатывает результаты эксперимента по заданной программе. При размещении кронштейнов 17 и 18 в поперечной плоскости модели 1 выполняются колебания модели 1 по углу крена.
Таким образом, выполнение стенда для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели 1 в аэродинамической трубе 24, содержащим модель 1, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на штоке 2 с возможностью угловых и вертикальных перемещений посредством механизма перемещений модели 1 относительно стойки 3, содержащим энергопривод 4, посредством рычажного механизма кинематически связанный с установленным на стойке 3 штоком 2 и с механизмом 5 разгрузки энергопривода 4, выполнение рычажного механизма состоящим из установленного на опоре коромысла 8, одно плечо 10 которого шарнирно соединено с энергоприводом 4, другое плечо 11 посредством двухзвенного механизма соединено со стойкой 3, а посредством промежуточной тяги 12 - с механизмом 5 разгрузки энергопривода 4, выполнение первого звена двухвенного механизма в виде поводка 13, соединенного с плечом 11 коромысла 8, и кинематической связи второго звена двухзвенного механизма со штоком 2, кинематически связанном с моделью 1, позволяет приводить модель 1 посредством энергопривода 4 в вынужденные колебания с заданными частотой при снижении нагрузок, а при фиксации положения энергопривода 4 - затухающих вертикальных и угловых перемещений модели 1 относительно стойки 3.
Выполнение штока 2 с возможностью вертикальных перемещений относительно стойки 3 и оснащение штока 2 кронштейном 14, проходящим через паз 15 в стойке 3 и соединенным с поводком 13 двухзвенного механизма, обеспечивает перемещение модели 1 по высоте, при этом наличие энергопривода 4 позволяет выполнять вынужденные колебания, а при фиксированном положении энергопривода 4 - затухающие колебания модели 1 механизмом 5 разгрузки энергопривода 4.
Оснащение штока 2 ползуном 16 механизма изменения положения модели 1 с двумя кронштейнами 17, 18, один из которых (кронштейн 17) соединен с поводком 13 двухзвенного механизма, а другой (кронштейн 18) посредством тяги 19 - с моделью 1, и расположение кронштейнов 17 и 18 с тягой 19, соединенной с моделью 1, в продольной плоскости модели 1, посредством энергопривода 4 позволяет выполнять вынужденные колебания по углу тангажа, а при фиксированном положении энергопривода 4 - затухающие колебания модели 1 по углу тангажа механизмом разгрузки экергопривода 4.
Оснащение штока 2 ползуном 16 механизма изменения положения модели 1 с двумя кронштейнами 17, 18, один из которых (кронштейн 17) соединен с поводком 13 двухзвенного механизма, а другой (кронштейн 18) посредством тяги 19 - с моделью 1, и расположение кронштейнов 17 и 18 с тягой 19, соединенной с моделью 1, в поперечной плоскости модели 1, посредством энергопривода 4 позволяет выполнять вынужденные колебания по углу крена, а при фиксированном положении энергопривода 4 - затухающие колебания модели 1 по углу крена механизмом разгрузки энергопривода 4.
Выполнение энергопривода 4 в виде линейного электромагнитного двигателя обеспечивает возвратно-поступательные перемещения выдвижной тяги 7 переменной длины, связанной с рычажным механизмом, что позволяет проводить испытания с вынужденными колебаниями, а использование энергопривода такого типа при использовании персонального компьютера позволяет снизить стоимость эксперимента.
Выполнение механизма 5 разгрузки энергопривода 4 содержащим пару упругих элементов, выполненных, например, в виде пружин 20, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной пружины 20, обеспечивает проведение испытаний при затухающих колебаниях модели 1.
Оснащение стенда для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели 1 в аэродинамической трубе 24 экраном 21 с прорезью 23 для прохождения стойки 3 со штоком 2 обеспечивает определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе вблизи экрана 21 при вынужденных и затухающих колебаниях модели 1 по высоте и углам тангажа и крена.
Таким образом, представленная совокупность признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, а именно расширяет возможности стенда при получении вращательных производных сил и моментов модели, позволяет повысить точность измерений и снизить стоимость эксперимента при использовании персонального компьютера.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ К ОПИСАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ:
1 - модель;
2 - шток;
3 - стойка;
4 - энергопривод;
5 - механизм разгрузки энергопривода 4;
6 - тензовесы;
7 - выдвижная тяга энергопривода 4;
8 - коромысло;
9 - шарнирная опора, соединяющая стойку 3 и коромысло 8;
10 - плечо коромысла 8, шарнирно соединенное с выдвижной тягой 7 энергопривода 4;
11- плечо коромысла 8;
12 - промежуточная тяга механизма 5 разгрузки энергопривода 4;
13 - поводок двухзвенного механизма, соединенный с плечом 11 коромысла 8;
14 - кронштейн, соединенный со штоком 2;
15 - паз в стойке 3, через который проходит кронштейн 14;
16 - ползун;
17 - кронштейн, соединенный с ползуном 16;
18 - кронштейн, соединенный с ползуном 16;
19 - тяга, соединяющая кронштейн 18 с моделью 1;
20 - пружина механизма 5 разгрузки энергопривода 4;
21 - экран;
22 - направляющие экрана 20 с винтовым приводом;
23 - прорезь в экране 22 для прохождения стойки 3;
24 - аэродинамическая труба.
1. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе, содержащий модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых и вертикальных перемещений относительно стойки, механизм перемещения модели относительно стойки, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит энергопривод механизма перемещения модели и механизм разгрузки энергопривода, механизм перемещения модели выполнен в виде рычажного механизма, состоящего из шарнирно установленного на стойке коромысла, одно плечо которого шарнирно соединено с энергоприводом, другое плечо коромысла посредством промежуточной тяги соединено с механизмом разгрузки энергопривода, и посредством двухзвенного механизма кинематически связано со штоком, установленным на стойке с возможностью перемещения и фиксации положения относительно стойки, при этом первое звено двухзвенного механизма выполнено в виде поводка, соединенного с плечом коромысла, а второе звено двухзвенного механизма кинематически связано со штоком.
2. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.1, отличающийся тем, что шток соединен со стойкой с возможностью вертикального перемещения, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде кронштейна, установленного на штоке.
3. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.1, отличающийся тем, что шток механизма перемещений модели закреплен на стойке и шарнирно соединен с моделью, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде ползуна, установленного на штоке с возможностью вертикального перемещения и оснащенного двумя кронштейнами, один из которых соединен с поводком двухзвенного механизма, а другой посредством тяги - с моделью.
4. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.3, отличающийся тем, что стойка со штоком и тяга расположены в продольной плоскости модели.
5. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.3, отличающийся тем, что стойка со штоком и тяга расположены в поперечной плоскости модели.
6. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.1, отличающийся тем, что энергопривод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя.
7. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.1, отличающийся тем, что механизм разгрузки энергопривода содержит два упругих элемента, выполненных в виде пружин, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной пружины.
8. Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе по п.1 или 2 или 3, отличающийся тем, что он оснащен экраном, выполненным с возможностью перемещения по высоте, при этом в экране выполнена прорезь для прохождения стойки.
