СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ И МОМЕНТОВ МОДЕЛИ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ
STAND FOR DERIVATIVE ROTATION AERODYNAMIC FORCE AND MOMENT DETERMINATION FOR MODEL IN WIND TUNNEL

Изобретение относится к области авиации, в частности к экспериментальному оборудованию для определения комплексов вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели по рысканию в аэродинамической трубе вблизи экрана моделей таких транспортных средств, как аппараты на воздушной подушке, самолеты с шасси на воздушной подушке, экранопланы и другие летательные аппараты.
Известен стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (заявка Японии JP 09072822(A), МПК G01M 9/00, дата публикации 18.003.1997 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. Недостатком данного технического решения является проведение испытаний без экрана, что ограничивает возможности стенда для проведения экспериментов по определению демпфирующих характеристик модели, в частности, вблизи экрана.
Известен также 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 происходят относительно подвеса державки, а не условного центра масс модели.
Известно экспериментальное оборудование (стенд) для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе (см. патент РФ №2344397, МПК G01M 9/00, дата публикации 20.01.2009 г., «Способ определения демпфирующих свойств моделей самолетов с винтовыми движителями»), содержащий модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых перемещений относительно стойки, содержащей механизм угловых перемещений модели относительно стойки, и экран с прорезью для прохождения стойки. Недостатком данного изобретения является выполнение механизма изменения углового положения содержащим дополнительную стойку, перемещающуюся кривошипным механизмом. Наличие дополнительной стойки увеличивает искажение потока в процессе эксперимента, что может привести к снижению точности испытаний модели. Недостатком изобретения также является отсутствие механизма разгрузки энергопривода вынужденных вертикальных и угловых колебаний, что приводит к повышенным нагрузкам на механизм угловых перемещений 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 перетекания воздуха через прорезь для дополнительной стойки.
Это техническое решение как наиболее близкий аналог изобретения принято за прототип.
Задача и технический результат состоят в повышении точности измерений, снижении стоимости эксперимента за счет возможности его автоматизации при помощи персонального компьютера и расширения возможностей стенда по получению вращательных производных сил и моментов по углу рыскания 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 по рысканию в аэродинамической трубе, как и в наиболее близком аналоге, содержит модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке с возможностью угловых перемещений относительно стойки посредством механизма угловых перемещений модели, отличается от прототипа тем, что механизм угловых перемещений содержит энергопривод, посредством рычажного механизма кинематически связанный со стойкой и с механизмом разгрузки энергопривода, рычажный механизм содержит шарнирно установленное на стойке коромысло, одно плечо коромысла шарнирно соединено с энергоприводом, другое плечо коромысла посредством двухзвенного механизма соединено со стойкой, а также посредством промежуточной тяги - с механизмом разгрузки энергопривода, при этом поводок двухзвенного механизма соединен с плечом коромысла, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде шатуна, образованного центральной частью и примыкающими к его концам рычагами, один из которых соединен с поводком двухзвенного механизма, другой соединен посредством промежуточной связи с кронштейном, выполненным с возможностью вращения относительно стойки, при этом центральная часть и рычаги шатуна расположены в плоскостях, пересекающихся на горизонтальной оси вращения шарнирного соединения кронштейна с шатуном, а промежуточная связь соединена с рычагом шатуна и с соединенным на стойке кронштейном посредством сферических шарниров.
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов по углу рыскания модели в аэродинамической трубе характеризуется тем, что стойка выполнена составной, содержащей шток и опору, выполненную с возможностью вращения относительно своей оси, модель установлена на опоре, кронштейн, установленный на стойке с возможностью вращения относительно оси стойки, закреплен на опоре, коромысло двухзвенного механизма шарнирно соединено со штоком, центральная часть шатуна шарнирно соединена с установленным на штоке кронштейном, один из рычагов шатуна соединен с поводком двухзвенного механизма, другой соединен посредством промежуточной связи с кронштейном, закрепленном на опоре.
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе характеризуется тем, что энергопривод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя.
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе характеризуется тем, что механизм разгрузки энергопривода содержит пару упругих элементов, выполненных в виде пружин, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной пружины.
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе характеризуется тем, что экран, имеющий прорезь для прохождения стойки, выполнен с возможностью перемещения по высоте.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена кинематическая схема привода стенда при перемещении модели по углу рыскания.
На фиг.2 показан пример выполнения стойки стенда при виде сбоку.
На фиг.3 показан пример выполнения стойки стенда при виде спереди.
На фиг.4 показан вид А на фиг.3.
На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.4.
На фиг.6 показан стенд, оснащенный экраном, при виде спереди.
На фиг.7 показан стенд, оснащенный экраном, при виде сбоку.
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели по рысканию в аэродинамической трубе устроен следующим образом.
Как показано на кинематической схеме на фиг.1, стенд содержит модель 1, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на стойке 2 с возможностью угловых перемещений по углу рыскания относительно стойки 2, механизм угловых перемещений модели 1, содержащий энергопривод 3, посредством рычажного механизма кинематически связанный со стойкой 2 и с механизмом 4 разгрузки энергопривода 3. Стойка 2 установлена в шарнирных опорах 5, обеспечивающих ее угловые перемещения. Средство измерения сил и моментов выполнено в виде тензовесов 6, установленных на модели 1. Энергопривод 3 выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя с выдвижной тягой 7 (фиг.1, 2, 5).
Механизм угловых перемещений содержит энергопривод 3, посредством рычажного механизма кинематически связанный со стойкой 2 и с механизмом 4 разгрузки энергопривода 3, рычажный механизм содержит коромысло 8, установленное на стойке посредством шарнирного соединения 9, одно плечо коромысла 8, например плечо 10, шарнирно соединено с энергоприводом 3, другое плечо 11 коромысла 8 посредством двухзвенного механизма соединено со стойкой 2, а также посредством промежуточной тяги 12 - с механизмом 4 разгрузки энергопривода 3. Поводок 13 двухзвенного механизма соединен с плечом 11 коромысла 8, а второе звено двухзвенного механизма выполнено в виде шатуна 14, образованного центральной частью 15 и примыкающими к его концам рычагами 16 и 17, один из которых, например, рычаг 16, соединен с поводком 13 двухзвенного механизма, другой рычаг 17 соединен посредством промежуточной связи 18 с кронштейном 19, установленным на стойке 2 с возможностью вращения относительно оси стойки 2. Центральная часть 15 шатуна 14 выполнена с возможностью вращения относительно оси 20, расположенной на кронштейне 21 и перпендикулярной стойке 2, при этом центральная часть 15 и рычаги 16, 17 шатуна 14 расположены в плоскостях, пересекающихся на горизонтальной оси 20 вращения шарнирного соединения кронштейна 21 с шатуном 14. Промежуточная связь 18 соединена с рычагом 17 шатуна 14 и с закрепленным на стойке 2 кронштейном 19 посредством сферических шарниров 22 и 23 (фиг.1, 2, 3).|
В предпочтительном варианте выполнения стойка 2 выполнена составленной из штока 24 и опоры 25, которая соединена со штоком 24 с возможностью вращения относительно своей оси, модель 1 установлена на опоре 25, кронштейн 19 закреплен на опоре 25, коромысло 8 двухзвенного механизма шарнирно соединено со штоком 24, центральная часть 15 шатуна 14 шарнирно соединена с установленным на штоке 24 кронштейном 21, рычаг 16 шатуна 14 соединен с поводком 13 двухзвенного механизма, а рычаг 17 шатуна 14 соединен посредством промежуточной связи 18 с кронштейном 19, закрепленным на опоре 25(фиг.4, 5).
Энергопривод 3 выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя. Механизм 4 разгрузки энергопривода 3 содержит пару упругих элементов, выполненных, например, в виде пружин 26, оснащенных средствами регулирования упругости (на фиг. не показан), по меньшей мере, одной из пружин 26 (фиг.1).
Стенд может оснащаться экраном 27, имеющим прорезь 29 для прохождения стойки 2 и выполненным с возможностью перемещения по высоте (фиг.6, 7), например, по направляющим 28 посредством винтового привода (на фиг. не показано).
Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе 30 (фиг.6, 7) работает следующим образом.
Перед испытаниями в аэродинамическую трубу 30 устанавливается экран 27, в прорезь 29 экрана 27 устанавливается стойка 2, выполненная составной - шток 24 и опора 25, на которой устанавливается модель 1, оснащенная тензовесами 6 (фиг.1, 6, 7). Посредством предварительного натяжения пружин 26 механизма 4 разгрузки энергопривода (фиг.1, 2, 3), направляющих 28 с винтовым приводом экран 27 устанавливается относительно модели 1 на заданном программой испытания расстоянии.
Положение опоры 25 фиксируется на заданном расстоянии от экрана 27 и соединяется с моделью 1 или установленными на модели 1 тензовесами 6. На опоре 25 устанавливается кронштейн 19, расположенный в горизонтальной плоскости, и посредством промежуточной связи 18 соединяется с рычагом 17, закрепленным на центральной части 15 шатуна 14 (шатун 14 является вторым звеном двухзвенного механизма). Рычаг 16 шатуна 14 соединяется с поводком 13 двухзвенного механизма. Поскольку рычаги 16 и 17 шатуна 14 расположены под углом (в предпочтительном варианте выполнения - перпендикулярно) к центральной части 15 шатуна 14, то при повороте шатуна 14 относительно горизонтальной оси 20 перемещение в вертикальной плоскости под действием поводка 13 преобразуется в перемещение в горизонтальной плоскости промежуточной связи 18 (фиг.3).
Поводок 13 двухзвенного механизма шарнирно соединяется с плечом 11 коромысла 8, установленного на штоке 24 при помощи шарнирного соединения 9, другое плечо 10 коромысла 8 соединяется с тягой 7 переменной длины энергопривода 3. Кроме того, плечо 11 коромысла 8 посредством промежуточной тяги 12 соединяется с механизмом 4 разгрузки энергопривода 3.
При проведении испытания по перемещению модели 1 по углу рыскания энергопривод 3 перемещает тягу 7 переменной длины, тяга 7 воздействует на плечо 10 и поворачивает коромысло 8 относительно шарнирного соединения 9. При этом поводок 13, соединенный с плечом 11 коромысла 8, воздействует на рычаг 16 шатуна 14 и поворачивает центральную часть 15 шатуна 14 вокруг горизонтальной оси 20, закрепленной на кронштейне 21, установленном на штоке 24. В результате рычаг 17 шатуна 15 перемещает соединенную с ним посредством сферического шарнира 23 промежуточную связь 18, которая воздействует на кронштейн 19, закрепленный на опоре 25, и опора 25 вместе с моделью 1 поворачивается относительно штока 24, изменяя угол рыскания модели 1 с установленными на ней тензовесами 6. В результате при изменении направления движения выдвижной тяги 7 энергопривода 3 модель 1 совершает колебания по углу рыскания относительно шарнирного крепления на стойке 2 или штоке 24. Показания тензовесов 5 передаются на магнитный накопитель, например, в персональный компьютер (на фиг. не показано), в котором результаты эксперимента обрабатываются по заданной программе.
Соединение плеча 11 рычага 8 с промежуточной тягой 12 обеспечивает перемещение пружин 26 механизма 4 разгрузки энергопривода 3. При фиксировании положения выдвижной тяги 7 энергопривода 3 путем придания колебаний пружинам 26 механизма 4 разгрузки энергопривода 3 модель 1 совершает свободные затухающие колебания по углу рыкания.
Таким образом, выполнение стенда для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели по углу рыскания в аэродинамической трубе, содержащим модель, оснащенную средствами измерения сил и моментов, установленную на одной стойке с возможностью угловых перемещений относительно стойки посредством механизма узловых перемещений, и экран с прорезью для прохождения стойки, выполнение механизма угловых перемещений, содержащим энергопривод, посредством рычажного механизма кинематически связанный со стойкой и с механизмом разгрузки энергопривода, рычажного механизма, содержащего коромысло, шарнирно установленное на стойке, одно плечо которого шарнирно соединено с энергоприводом, а другое плечо посредством двухзвенного механизма соединено со стойкой и посредством промежуточной тяги - с механизмом разгрузки энергопривода, а также выполнение поводка двухзвенного механизма, соединенным с плечом коромысла, а второго звена двухзвенного механизма - в виде шатуна, образованного центральной частью и примыкающими к его концам рычагами, один из которых соединен с поводком двухзвенного механизма, другой соединен посредством промежуточной связи с кронштейном, закрепленным на стойке, а центральной частью шатуна шарнирно соединенной с установленным на стойке кронштейном, выполненным с возможностью вращения относительно стойки, и расположение центральной части и рычагов шатуна в плоскостях, пересекающихся на горизонтальной оси вращения шарнирного соединения кронштейна с шатуном, а промежуточной связью соединенный с рычагом шатуна и с закрепленным на штоке кронштейном посредством сферических шарниров, позволяет выполнять колебания модели по углу рыскания и повысить точность измерений.
Выполнение стойки составной, содержащей опору и шток, установка модели на опоре, выполненной с возможность вращения относительно своей оси, кронштейн, установленный на стойке с возможностью вращения относительно оси стойки, закрепление поворотного кронштейна на опоре, шарнирное соединение коромысла двухзвенного механизма со штоком, а центральной части шатуна - с установленным на штоке кронштейном, обеспечивает колебательные движения модели относительно опоры по углу рыскания и повышает точность измерений.
Выполнение энергопривода в виде линейного электромагнитного двигателя обеспечивает выполнение угловых перемещений по рысканию с заданными параметрами и позволяет снизить стоимость эксперимента при использовании персонального компьютера.
Выполнение механизма разгрузки энергопривода, содержащим пару упругих элементов, выполненных в виде пружин, оснащенных средствами регулирования упругости, по меньшей мере, одной пружины, обеспечивает придание затухающих угловых колебаний модели при фиксированном положении энергопривода, что расширяет возможности стенда при получении вращательных производных сил и моментов модели.
Оснащение стенда экраном с прорезью для прохождения стойки, выполненным с возможностью перемещения по высоте, обеспечивает получение вращательных производных сил и моментов вблизи экрана по углу рыскания, что расширяет возможности стенда при получении вращательных производных сил и моментов модели, особенно при использовании моделей аппаратов на воздушной подушке, самолетов с шасси на воздушной подушке, экранопланов и других летательных аппаратов и транспортных средств.
Таким образом, представленная совокупность признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, а именно расширяет возможности стенда при получении вращательных производные сил и моментов модели по углу рыскания в аэродинамической трубе, позволяет повысить точность измерений и снизить стоимость эксперимента при использовании персонального компьютера.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ К ОПИСАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 - модель;
2 - стойка;
3 - энергопривод механизма угловых перемещений модели 1;
4 - механизм разгрузки энергопривода 3;
5 - шарнирные опоры стойки 2;
6 - тензовесы, установленные на модели 1;
7 - выдвижная тяга энергопривода 3;
8 - коромысло рычажного механизма;
9 - шарнирное соединение коромысла 8 со стойкой 2;
10 - плечо коромысла 8, соединенное с энергоприводом 3;
11 - плечо коромысла 8, соединенное с механизмом 4 разгрузки энергопривода 3;
12 - промежуточная тяга механизма 4 разгрузки энергопривода 3;
13 - поводок двухзвенного механизма;
14 - шатун двухзвенного механизма;
15- центральная часть шатуна 14;
16 - рычаг шатуна 14, соединенный с поводком 13 двухзвенного механизма;
17 - рычаг шатуна 14;
18 - промежуточная связь, соединенная с рычагом 17 шатуна 14;
19 - кронштейн, закрепленный на опоре 25;
20 - ось вращения центральной части 15 шатуна 14;
21 - кронштейн, соединенный с центральной частью 15 шатуна 14, закрепленной на штоке 24;
22 - сферический шарнир, соединяющий рычаг 17 шатуна 14 с промежуточной связью 18;
23 - сферический шарнир, соединяющий промежуточную связь 18 с кронштейном 19;
24 - шток;
25 - опора;
26 - пружина механизма 4 разгрузки энергопривода 3;
27 - экран;
28 - направляющие для перемещения экрана 27;
29 прорезь в экране 27;
30 - аэродинамическая труба.