СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ОПЫТОВОМ БАССЕЙНЕ В ПРЯМОМ ДВИЖЕНИИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОПЕРЕНИЯ ЭКРАНОПЛАНА
METHOD TO DETERMINE AERODYNAMIC CHARACTERISTICS OF HORIZONTAL FINS OF GROUND EFFECT VEHICLE IN DIRECT MOTION IN EXPERIMENTAL TANK

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования экранопланов (Э). Подробное описание всех построенных опытных, серийных и учебных экранопланов, а также самоходных моделей описано в книге "Экранопланы: транспортные суда 21 века" / Под редакцией д.т.н., профессора А.И Маскалика. СПб, Судостроение, 2005.
Некоторые виды экранопланов, особенно экранопланы с раздельными силовыми установками, имеют маршевые силовые установки, расположенные на горизонтальном оперении (ГО). Например, СМ-6 на стр.47, "Орленок" на рис.54(вкладыш), упомянутой книги.
Особенностью экранопланов таких компоновок является то, что расположенные на горизонтальном оперении маршевые двигатели (турбовинтовые, турбовинтовентиляторные и т.д.) отработанными газами или воздушными потоками за винтами обдувают не только плоскости самого горизонтального оперения, но и расположенные в его конструкции рули высоты, а в некоторых случаях и руль направления. При этом на самом горизонтальном оперении возникают дополнительные аэродинамические силы, а на рулях высоты - дополнительные управляющие моменты, необходимые для выполнения расчетов управляемости на всех эксплуатационных режимах движения экраноплана.
Для экранопланов, движущихся вблизи экрана на границе двух сред вода-воздух, теоретического решения оценки влияния обдувки на образование дополнительных аэродинамических сил на горизонтальном оперении не имеется. А в книге А.И. Маскалика описания даже приблизительной формулы для учета влияния работы маршевой силовой установки на аэродинамические характеристики ГО и руля высоты не приводится.
Экспериментальные методы определения этих характеристик в аэродинамических трубах в обращенном движении для самолетов, основные эксплуатационные режимы которых выполняются на больших высотах, неприемлемы для экранопланов, движущихся вблизи экрана (воды, суши и т.п.). Кроме того, испытания в аэродинамической трубе требуют значительных материальных затрат и высокого качества изготовления аэродинамической модели.
Для решения этой задачи предлагается разработанный экспериментальный метод определения в оптовом бассейне в прямом движении на буксировочной тележке влияния обдувки на аэродинамические характеристики горизонтального оперения и рулей высоты.
3
Проектируется и изготавливается модель ГО с частью ВО (вертикального оперения) и моделируемой СУ (силовой установкой), при этом геометрия модели, силовой установки, диаметра выходного сопла или винта согласно законов подобия выполняется в масштабе м, а тяга силовой установки - в масштабе м.
Силовая установка представляет собой осевые вентиляторы с приводом от электродвигателей, изменением напряжения на клеммах которых моделируется тяга.
ср
ср
ср
ср
Модель ГО с силовой установкой закрепляется на пилоне впереди буксировочной тележки опытового бассейна вне зоны влияния обтекания тележки. Далее устанавливается однокомпонентный динамометр, к которому крепится модель ГО с возможностью изменения его углов атаки и углов отклонения рулей высоты. Модель в целом устанавливается на высоте Н=2В от воды, где В - средняя хорда ГО. Для исключения влияния водного экрана на аэродинамические характеристики модели она устанавливается на высоте Н>4В от воды, где В - средняя аэродинамическая хорда ГО. Схема модели ГО и ее установка на буксировочной тележке опытового бассейна изображена на фиг.1, где обозначено:
1. Тележка опытового бассейна.
2. Пилон.
3. Динамометр.
4. Горизонтальное оперение.
5. Имитатор турбовинтовентиляторного двигателя.
6. Рули высоты.
На фиг.2 приведена фотография модели ГО в сборе с имитаторами турбовинтовентиляторных двигателей.
На фиг.3 приведена фотография крепления имитатора турбовинтового двигателя модели ГО на буксировочной тележке. На фотографии хорошо виден динамометрический элемент.
Определение аэродинамических характеристик производится следующим путем.
После монтажа модели ГО с двигателями на буксировочной тележке опытового бассейна составляется программа испытаний, в которой учитываются все переменные элементы, влияющие на аэродинамические характеристики, а именно:
- угол установки ГО;
- угол отклонения рулей высоты;
- режим работы силовой установки модели;
- скорость буксировки.
На каждом реальном сочетании переменных элементов производится буксировка тележки с заданной скоростью и регистрируется с помощью динамометра вертикальная подъемная сила на ГО.
Определение аэродинамических характеристик изолированного ГО в заданном диапазоне переменных величин при его обдувке струями маршевых двигателей в опытовом бассейне в прямом движении осуществляется в следующей технологической последовательности:
- определятся подъемная сила на ГО в диапазоне заданных переменных параметров без обдувки двигателями маршевой силовой установки;
- рассчитывается продольный момент;
- определяется подъемная сила на ГО в диапазоне заданных переменных параметров с обдувкой двигателями маршевой силовой установки;
- рассчитывается продольный момент;
- определятся приращение продольного момента за счет обдувки изолированного ГО струями маршевых двигателей;
- рассчитывается пикирующий момент от тяги маршевой силовой установки;
- с учетом скоса потока от основного крыла, полученного по результатам испытаний зеркальных моделей в аэродинамической трубе, определяется продольный внешний момент.
Результаты испытаний модели горизонтального оперения с силовой установкой, полученные в опытовом бассейне в прямом движении с помощью контрольно-измерительной аппаратуры, разработанной и изготовленной для гидродинамических исследований, позволяют выполнять аэродинамические расчеты экраноплана в целом.