Аэродинамическая труба
Владельцы патента RU 2526515:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к аэродинамическим установкам (трубам), и может быть использовано для испытаний моделей лопастей воздушных винтов. Устройство содержит входной тракт с задвижкой и дросселем для ввода сжатого воздуха, форкамеру, пульсатор, сопло, рабочую часть, устройство изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений, выхлопной тракт, рабочую камеру. В форкамере установлены два дросселя, один из которых выполняет роль пульсатора, а другой предназначен для регулирования стационарной составляющей расхода воздуха. Оба дросселя изготовлены в виде двух расположенных соосно перфорированных цилиндров, причем внешние цилиндры неподвижны, внутренний цилиндр пульсатора выполнен с возможностью совершать вращательные и возвратно-поступательные перемещения, а внутренний цилиндр дросселя регулирования стационарной составляющей расхода воздуха выполнен с возможностью совершать только возвратно-поступательные перемещения вдоль оси. Стенки рабочей части аэродинамической трубы выполнены перфорированными. Устройство изменения углового положения модели выполнено в виде отсека рабочей части аэродинамической трубы, на боковых стенках отсека которого расположены тензовесы и устройство изменения углового положения, содержащее механизм синхронизации углового положения модели с пульсациями скорости потока в рабочей части. Технический результат заключается в повышении качества моделирования натурного обтекания профиля сечения лопасти воздушного винта. 3 ил.
Изобретение относится к области авиации, в частности к аэродинамическим установкам (трубам), и может быть использовано для испытания профилей лопастей винтов вертолетов в условиях, моделирующих условия натурного обтекания лопастей винтов вертолетов при их вращательно-поступательном перемещении в атмосфере.
Известна аэродинамическая труба Т-105 ЦАГИ (см. Руководство для конструкторов по проектированию самолетов. T.1, кн.4, вып.10, Издательский отдел ЦАГИ, 1984 г.), содержащая открытую вертикальную рабочую часть, обратный канал, вентилятор с электроприводом, хонейкомб и сопло.
Недостатком этой трубы является то, что в ней можно испытывать только винт вертолета в целом, но невозможно изучать характеристики профилей сечения лопасти винта вертолета. Кроме того, в трубе невозможно моделировать натурное обтекание винта вертолета при его вращательно-поступательном перемещении.
Известна аэродинамическая труба СВС-2 ЦАГИ (E.L. Bedrzhitsky, V.P. Roukavets. Historical Review of the Creation and Improvement of Aerodynamic Test Facilities at TsAGI. AGARD-CP - 585. Moscow, Russia, 30 September, 1996), содержащая входной тракт с задвижкой и дросселем для ввода сжатого воздуха, форкамеру, сопло, рабочую камеру и тракт выхлопа с шахтой шумоглушения. В трубе возможно проведение испытаний профилей лопастей и отсеков лопастей винта вертолета.
Недостатком этой трубы является отсутствие пульсирующей составляющей скорости потока воздуха в рабочей части. Поэтому в ней невозможно моделирование условий натурного обтекания сечения лопасти винта вертолета при его вращательно-поступательном перемещении в атмосфере.
Наиболее близким из известных технических решений, принятым за прототип заявляемому устройству, является аэродинамическая труба с пульсирующим потоком (см. М.Р. Ryabokon, A.G. Malyk. Subsonik Wind Tunnel with Flow Speed Pulsation. AGARD-CP - 585), содержащая форкамеру, сопло, рабочую часть, механизм изменения углового положения модели, выхлопной тракт и эжектор, создающий течение в трубе, а также пульсатор в виде вращающегося вала, очерченного по контуру эллипса, расположенный в выхлопном тракте. При вращении вала изменяется проходная площадь трубы, что и является источником пульсаций потока в рабочей части трубы.
Недостатком прототипа является наличие пульсаций давления в рабочей части. При этом могут иметь место резкие падения и возрастания давления, которых нет при натурном обтекании лопасти. Это существенно нарушает моделирование в трубе натурного обтекания профиля сечения лопасти винта.
Задачей и техническим результатом данного изобретения является разработка конструкции аэродинамической трубы, обеспечивающей существенное повышение качества моделирования натурного обтекания профиля сечения лопасти винта вертолета при его вращательно-поступательном перемещении в атмосфере.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в аэродинамической трубе, содержащей входной тракт с задвижкой и дросселем для ввода сжатого воздуха, форкамеру, пульсатор, сопло, рабочую часть, устройство изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений, выхлопной тракт, рабочую камеру, в форкамере установлены два дросселя; один из которых выполняет роль пульсатора, изготовленного в виде двух расположенных соосно перфорированных цилиндров, причем внешний цилиндр выполнен неподвижным, а внутренний цилиндр выполнен с возможностью совершения вращательных и возвратно-поступательных перемещений, второй дроссель установлен для регулирования стационарной составляющей расхода воздуха и изготовлен также в виде двух расположенных соосно перфорированных цилиндров, причем внешний цилиндр выполнен неподвижным, а внутренний цилиндр выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений вдоль оси, кроме того, рабочая часть трубы выполнена перфорированной.
Технический результат достигается также тем, что устройство изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений выполнено в виде отсека рабочей части аэродинамической трубы, на боковых стенках которого расположены тензовесы и устройство изменения углового положения, содержащее механизм синхронизации углового положения модели с пульсациями скорости потока в рабочей части.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена схема аэродинамической трубы, на фиг.2 показана схема крепления модели профиля сечения лопасти винта на устройстве изменения углового положения модели и проведения весовых измерений, а на фиг.3 приведена схема дросселя для создания пульсаций потока.
Аэродинамическая труба (АДТ) содержит входной тракт 1, задвижку 2, дроссель 3 для ввода сжатого воздуха, форкамеру 4, сопло 9, рабочую часть 10 с перфорированными стенками, устройство 11 изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений, содержащее механизм синхронизации с пульсациями скорости потока в рабочей части, модель профиля сечения лопасти винта 12 и выхлопной тракт 13. В форкамере расположен пульсатор в виде дросселя 5 для создания пульсаций расхода воздуха и дроссель 6 для регулирования стационарной составляющей расхода воздуха. Электроприводы 7 и 8 дросселей связаны с системой управления АДТ. Каждый из дросселей 5 и 6 состоит из внешнего неподвижного перфорированного цилиндра 18, внутреннего подвижного перфорированного цилиндра 19 и сетки 20 для выравнивания воздуха (фиг.3). Оборудование АДТ располагается в рабочей камере 21, изолированной от атмосферы.
Устройство 11 (фиг.1, 2) изменения углового положения модели и проведения весовых измерений выполнено в виде отсека 14 рабочей части АДТ, на боковых стенках которого расположены тензовесы 15 и устройство 16 изменения углового положения модели, содержащее механизм 17 синхронизации с пульсациями скорости потока в рабочей части. Модель 12, расположенная между противоположными боковыми стенками АДТ и укрепленная на устройстве 11 для изменения углового положения модели и проведения весовых измерений, представляет собой крыло бесконечного размаха с постоянным профилем, совпадающим с аэродинамическим профилем сечения исследуемой лопасти винта вертолета.
Дроссель 5 пульсирующего расхода воздуха создает пульсирующую составляющую расхода воздуха через рабочую часть 10, а дроссель 6 стационарного расхода воздуха создает постоянную составляющую расхода воздуха через рабочую часть 10. Оба дросселя имеют одинаковую конструкцию. В дросселе 5 пульсирующего расхода воздуха вращательное перемещение внутреннего подвижного цилиндра 19 регулирует частоту пульсаций расхода воздуха, а возвратно-поступательное перемещение цилиндра вдоль оси регулирует амплитуду пульсаций расхода воздуха. В дросселе 6 стационарного расхода воздуха подвижный цилиндр 19 может совершать только возвратно-поступательные перемещения, тем самым регулируя постоянную составляющую расхода воздуха.
Аэродинамическая труба работает следующим образом.
Запуск производится путем подачи сжатого воздуха открытием входных задвижки 2 и дросселя 3. С помощью приводов 7, 8 дросселей 5, 6 форкамеры 4 аэродинамическая труба выводится на заданный режим работы по совокупности заданных параметров:
- частоты пульсаций скорости потока,
- амплитуды пульсаций скорости потока в рабочей части,
- постоянной составляющей скорости потока в рабочей части.
Далее эти параметры с помощью системы автоматического управления поддерживаются на заданном уровне. Параллельно с этим привод устройства 11, обеспечивающего изменения углового положения модели 12 профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений, при помощи механизма синхронизации 17 устанавливает и поддерживает пульсации угла атаки модели таким образом, чтобы они были синхронизированы с пульсациями скорости потока в рабочей части АДТ.
Положительный эффект данного изобретения заключается в том, что, несмотря на пульсации расхода давление в рабочей части остается практически постоянным. Это достигнуто за счет того, что:
- пульсации расхода создаются за счет пульсаций давления в форкамере,
- стенки рабочей части перфорированы и поэтому устраняют перепад давления между рабочей частью и рабочей камерой
- в рабочей камере давление сохраняется постоянным благодаря ее большому объему. Условие постоянства давления в рабочей части хорошо согласуется с условиями натурного обтекания объекта.
Качество моделирования натурных условий обтекания профиля сечения лопасти винта вертолета еще более улучшается благодаря наличию пульсаций угла атаки модели, синхронизированных с пульсациями скорости потока в рабочей части АДТ. Таким образом, обеспечивается достижение технического результата.
Аэродинамическая труба, содержащая входной тракт с задвижкой и дросселем для ввода сжатого воздуха, форкамеру, пульсатор, сопло, рабочую часть, устройство изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений, выхлопной тракт, рабочую камеру, отличающаяся тем, что в форкамере установлены два дросселя, один из которых выполняет роль пульсатора, а другой предназначен для регулирования стационарной составляющей расхода воздуха, оба дросселя изготовлены в виде двух расположенных соосно перфорированных цилиндров, причем внешние цилиндры неподвижны, внутренний цилиндр пульсатора выполнен с возможностью совершать вращательные и возвратно-поступательные перемещения, а внутренний цилиндр дросселя регулирования стационарной составляющей расхода воздуха выполнен с возможностью совершать только возвратно-поступательные перемещения вдоль оси, кроме того, стенки рабочей части трубы выполнены перфорированными, а устройство изменения углового положения модели профиля сечения лопасти винта и проведения весовых измерений выполнено в виде отсека рабочей части аэродинамической трубы, на боковых стенках которого расположены тензовесы и устройство изменения углового положения модели, содержащее механизм синхронизации углового положения модели с пульсациями скорости потока в рабочей части.
