Оптический прибор для определения смещения относительно друг друга отверстий смежных поверхностей
OPTICAL DEVICE FOR DETERMINING THE DISPLACEMENT RELATIVE TO EACH OTHER OF HOLES OF ADJACENT SURFACES

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и предназначено для использования при проведении исследований в трансзвуковых аэродинамических трубах (АДТ) имеющих перфорацию рабочей части.
Исследования в аэродинамических трубах в области трансзвуковых скоростей, характеризуются особенностями взаимодействия потока и испытуемой модели в рабочей части трубы, имеют конечной целью получение аэродинамических характеристик, учитывающих влияние факторов, приводящих к искажению течения воздушного потока около модели в рабочей части по сравнению с обтеканием свободным потоком. К наиболее существенным из таких факторов относятся влияние стенок рабочей части АДТ. Наиболее наглядно эти факторы можно рассмотреть на примере аэродинамической трубы ФГУП «ЦАГИ» Т-128. При обтекании модели летательного аппарата потоком воздуха в рабочей части 1, модель 2 (Фиг. 1) оттесняет поток во внешние стороны к стенкам рабочей части АДТ, возмущения потока, создаваемые этой моделью, отражаются от стенок рабочей части, что препятствуют моделированию свободного обтекания. В аэродинамической трубе ФГУП «ЦАГИ» Т-128 для исключения влияния этих факторов, стенки рабочей части 1 (Фиг. 1) оснащены регулируемой перфорацией в виде круглых отверстий 5 (Фиг. 2а), что в отличие от большинства других аэродинамических установок, дает возможность управлять течением воздушного потока с целью минимизации влияния стенок рабочей части (РЧ) на обтекание модели. Стенки рабочей части 1 собраны из набора перфорированных секций-панелей, каждая из которых представляет собой две перфорированных пластины - внутренние 3 и внешние 4, примыкающие к рабочей части, с системой круглых парных отверстий 5 и 6. Внешние панели 4 способны перемещаться относительно внутренних 3 в продольном направлении (Фиг. 2а, Фиг. 3а, Фиг. 4а), изменяя площадь перекрытия отверстий в панелях и тем самым изменять величину расхода потока через отверстия (Фиг. 2б, Фиг. 3б, Фиг. 4б).
Так как исследуемые модели имеют различные формы и размеры, то и картины взаимодействия потока и моделей различны. Поверхность стенок рабочей части АДТ разделена на большое количество секций-панелей регулируемой перфорации, что позволяет установить необходимую степень проницаемости в различных зонах поверхности рабочей части и обеспечить равномерный поток в зоне расположения модели и минимальное влияние стенок рабочей части на обтекание моделей ЛА. Величина перекрытия отверстий перфорации у различных секций-панелей может изменяться для обеспечения заданной проницаемости стенок в различных местах рабочей части АДТ. Эту величину, выраженную в процентах раскрытия, необходимо контролировать перед началом эксперимента и при градуировке панелей перфорации. Решение этой задачи усложняется из-за большого количества отверстий и в некоторых случаях труднодоступности мест их расположения (на внутренних поверхностях рабочей части - на полу, на стенках, на потолке высотой 2.75 метра).
Известно устройство для измерения зазоров между элементами рабочих частей механизмов, расположенными вне зоны визуального наблюдения, представляющее собой клиновой щуп (патент РФ №117177 от 27.01.2012 г.), содержащим основание, наклонную грань со счетной шкалой и боковые грани, пригодное для решения данной задач. Однако устройство также имеет ряд недостатков: затрудненность чтения шкалы при проведении замеров, неточность позиционирования клина в измеряемом отверстии, необходимость использовать внешние источники освещения при снятии показаний и невозможность применения на высоте 2,75 м. без дополнительных средств. Все эти недостатки существенно увеличивают длительность работ по подготовке и проведению эксперимента в АДТ и точность измеряемых величин перекрытий отверстий перфорации секций-панелей.
В настоящее время большое распространение для различного рода измерений, в частности, для линейных и угловых измерений на плоскости, измерения размеров дефектов на поверхности различных изделий, получили измерительные оптические лупы. Известна лупа измерительная с подсветкой Veber MG7173C, 10х, 25 мм. применяемая в метрологических службах, типографиях, медицине, рентгенологии, приборостроении и других областях (https://your-optic.ru/lupi/lupa-izmeritelnaja-s-podsvetkoj-veber-mg7173c--10х--25-mm на 16.09.2020 г.). Точность измерения такой лупой смещения относительно друг друга отверстий смежных поверхностей составляет 0,1 мм. Конструкция лупы, как наиболее близкая к предлагаемому изобретению, принята за прототип.
Устройство лупы включает корпус, состоящий из передней и задней частей, оптическую систему линз, измерительное устройство в виде универсальной шкалы и подсветку с помощью микросветодиодов. К недостаткам устройства относится малая производительность при работе, невозможность применения на высоте верхней поверхности (на «потолке» АДТ) без использования дополнительного оборудования (стремянки, лестницы) при подготовке к проведению эксперимента, невозможность получения и обработки данных измерений в цифровом формате
Задачей и техническим результатом является создание устройства, позволяющего оперативно производить более точное измерение смещения отверстий в смежных пластинах панелей перфорации с фиксацией измеренных значений в памяти прибора-компьютера для последующей информационной обработки.
Задача и технический результат достигаются тем, что оптический прибор для определения смещения относительно друг друга отверстий смежных поверхностей, содержащий корпус, состоящий из передней и тыльной сторон, оптическую систему, подсветку, измерительную шкалу, дополнительно содержит установленную в тыльной части корпуса видеокамеру, передняя часть корпуса выполнена цилиндрической с внешним диаметром, равным диаметру отверстия на ближней к прибору поверхности, а оптическая система содержит набор линз для формирования четкого изображения измеряемых отверстий на видеокамере.
Технический результат также достигается тем, что измерительная шкала выполнена в виде вставки в переднюю часть корпуса.
Технический результат также достигается тем, что подсветка встроена в видеокамеру.
Технический результат также достигается тем, что оптический прибор дополнительно содержит внешний компьютер, соединенный с видеокамерой.
Устройство оптического прибора поясняется Фиг. 5 и Фиг. 6. На Фиг. 5 схематически показана компоновка оптического прибора. На Фиг. 6 изображен вид на измерительную шкалу со стороны видеокамеры.
Устроен предлагаемый прибор следующим образом (см. Фиг. 5). Корпус оптического прибора состоит из передней 8 и тыльной частей 10, оптической системы 9. В тыльной части корпуса установлена видеокамера 11 имеющая встроенную подсветку и оснащенная соединительным кабелем 12 с внешним компьютером (не показан), передняя часть корпуса 8 имеет цилиндрическую форму с диаметром равным диаметру отверстия на ближней к прибору поверхности 3. На конце передней части корпуса 8 выполнена вставка 7 оснащенная измерительной шкалой (Фиг. 6). Между видеокамерой 11 и передней частью корпуса 8 размещена оптическая система 9 содержащая набор линз для формирования четкого изображения на видеокамере измеряемых отверстий на фоне измерительной шкалы, нанесенной на вставке 7, выполненной в передней части корпуса 8.
Работает предлагаемый прибор следующим образом.
Передняя часть оптического прибора помещается в измеряемое отверстие панели перфорации со стороны рабочей части АДТ. Свет от встроенного в видеокамеру светодиодного источника и оптическая система формируют четкое совместное изображение на видеокамере измерительной шкалы и величины смещения относительно друг от друга отверстий перфорации. Оператор производит замер, после чего картинка сохраняется в памяти внешнего компьютера.
После замера оператор перемещает прибор в другое отверстие и производит следующее измерение.
Совокупность признаков предлагаемого изобретения обеспечивает решение поставленной задачи и достижение технического результата: быстро и комфортно производить измерения на всех панелях рабочей части без привлечения дополнительных средств, значительно снизить время на выполнение градуировки и подготовку к проведению эксперимента.
Был изготовлен опытный образец предложенного устройства, который успешно используется при подготовке к проведению экспериментов в АДТ ЦАГИ Т-128. Время подготовке панелей перфорации РЧ к испытаниям сократилось с 2-3 часом до 30 мин. что существенно сократило общее время подготовки эксперимента в АДТ Т-128. Точность определения степени раскрытия перфорации составляет величину ~0.25%, что удовлетворяет требованиям методики проведения аэродинамических испытаний.