АЭРОУПРУГАЯ МОДЕЛЬ
AERO-ELASTIC MODEL

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах (АДТ), где требуется проведение исследований явлений аэроупругости.
Известны динамически подобные модели для исследования явлений аэроупругости (Лыщинский В.В. Моделирование флаттера в аэродинамических трубах. М.: Физматлит, 2009 г.), в том числе выполненные с применением композитных материалов (Система автоматизированного проектирования, изготовления и инженерного анализа аэроупругих моделей летательных аппаратов и строительных сооружений. Ю.А. Азаров, Е.В., Брускова и др. Труды ЦАГИ, 2014 г., Выпуск 2748, с. 298-317).
Недостатком этих моделей является отсутствие естественной защиты от разрушения при потере устойчивости конструкции в потоке и превышении уровня допустимых деформаций, что повышает стоимость и длительность эксперимента, так как приходится очень осторожно, шаг за шагом приближаться к границе потери устойчивости. В отдельных случаях происходят разрушения дорогостоящих моделей, что ведет к существенным экономическим потерям, проведению трудоемких работ по очистке АДТ и ее простоям.
Для защиты таких моделей были предложены пружинные защелки, останавливающие колебания какой-либо точки конструкции крыла, элерона или руля при достижении опасных амплитуд, и дистанционно управляемые стопоры с электрическими, гидравлическими или пневматическими приводами.
Кроме того, был предложен метод специального ослабления заранее выбранных элементов моделей (В.В. Лыщинский. Моделирование флаттера в аэродинамических трубах. М.: Физматлит, 2009 г. ). При флаттере такой конструкции первым разрушался выбранный элемент, после чего флаттер модели прекращался. Однако эти способы защиты имеют ограниченное быстродействие и не во всех случаях гарантируют безопасность испытаний.
Другим недостатком таких моделей является сложность обеспечения высокой точности измерений ее деформаций, особенно крутильных. Тензодатчики, размещенные в концевых сечениях крыла, недостаточно чувствительны к малым деформациям, а акселерометры измеряют ускорения, переход от которых к перемещениям сопряжен со значительными погрешностями ввиду наличия шумов измерений. Непосредственные измерения упругих перемещений модели затруднены и недостаточно точны ввиду наличия колебаний модели на опорном устройстве, как жесткого целого, со значительными амплитудами в условиях проведения испытаний в АДТ. Кроме того, при задаваемых программой испытаний изменениях углов атаки, скольжения и крена меняется положение модели в рабочей части АДТ, что требует перенастройки системы измерений перемещений.
Известна модель крыла самолета для исследования явлений аэроупругости, взятая за прототип (Бисплингхофф Р.Л., Эшли X., Халфмэн Р.Л. Аэроупругость, Пер. с англ. М., ил, 1958 г. ), в которой имеется внутренняя полость, сообщающаяся с узлами крепления модели (фиг. 1).
Недостатками этой модели являются отсутствие естественной защиты от разрушения при потере устойчивости конструкции в потоке и превышении уровня допустимых деформаций, сложность обеспечения высокой точности измерений ее деформаций.
Задачей данного изобретения являются повышение защищенности модели при проведении испытаний без ухудшения ее свойств и повышение информативности испытаний.
Технический результат заключается в повышении безопасности проведения испытаний и повышении их информативности.
Технический результат достигается тем, что в аэроупругой модели в ее внутренней полости с лимитированным зазором размещен с возможностью закрепления на опорном устройстве жесткий высокопрочный сердечник, содержащий на своей поверхности демпферы, кроме того, на модели и (или) на сердечнике находятся датчики перемещений и датчики системы защиты АДТ.
На фиг. 1 изображена модель крыла самолета для исследования аэроупругих явлений (прототип).
На фиг. 2 изображено поперечное сечение предлагаемой модели крыла с сердечником.
На фиг. 3 изображена модель, закрепленная на стенке (опоре).
Рассмотрим предлагаемое устройство на примере модели крыла.
Внутри аэроупругой модели 1 (фиг. 2) с лимитированным зазором установлен жесткий высокопрочный сердечник 2, закрепленный на опорном устройстве (например, стенке (фиг. 3), хвостовой державке, ленточной подвеске и др.) или в узловых точках исследуемых форм колебаний модели. Положение узловых точек исследуемых форм колебаний модели определяют расчетными методами или по результатам резонансных испытаний. Величина зазора выбирается в зависимости от конструкции модели и условий эксперимента. В местах возможного соприкосновения на модели 1 и на сердечнике 2 находятся датчики 3 системы защиты АДТ (контактные или бесконтактные). На поверхности сердечника 2 размещены демпферы 4 (например, накладки из демпфирующего материала) в местах возможного контакта модели и сердечника. Также на сердечнике 2 размещены датчики перемещений 5 для измерения упругих перемещений модели.
Основной характеристикой способности модели к противодействию превышению амплитуд колебаний, вызывающих ее разрушения, является способность к ограничению этих амплитуд, возникающая при контакте внутренней поверхности модели с жестким и высокопрочным сердечником через демпфер.
Работа устройства происходит в следующем порядке.
В процессе проведения эксперимента в АДТ при превышении допустимых аэродинамических нагрузок, ведущих к потере аэроупругой устойчивости, модель 1 через демпфер 4 соприкасается с сердечником 2, передавая на него излишнюю нагрузку, что предохраняет ее от излишне высоких деформаций и разрушения.
При соприкосновении модели 1 и сердечника 2 при помощи датчиков 3 подается сигнал о превышении допустимого уровня амплитуд колебаний в систему защиты АДТ для прекращения испытаний, обеспечивая таким образом дополнительную защиту модели от разрушения.
Малый зазор между сердечником и внутренней поверхностью модели и отсутствие влияния колебаний державки или ленточной подвески на результаты измерений относительных перемещений позволяют проводить с высокой точностью измерения упругих перемещений модели (амплитуд, форм и частот колебаний модели), повышая точность и информативность эксперимента. Ввиду наличия малых упругих перемещений в пределах малого зазора в качестве датчиков перемещений 5 могут использоваться датчики индуктивного или емкостного типа, которые не влияют на упруго-массовые характеристики модели и ее демпфирующие свойства, обеспечивая высокую чувствительность и точность измерений.
Датчики перемещений 5 могут выступать в качестве датчиков системы защиты, однако это требует согласования измерительной системы с системой защиты АДТ.