УСТАНОВКА ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Установка относится к исследовательскому оборудованию, предназначенному для проведения аэродинамических испытаний объектов, в частности, скребковых очистителей светопропускающих поверхностей, располагаемых на обдуваемой потоком воздуха поверхности транспортных средств.
Из материалов к патенту US 1939047, МПК G 09 B 9/48 (публ. 12.12.1933 г.) известна установка для проведения демонстрационных аэродинамических тестов, включающая в себя объект испытаний, рычажно - тросовый механизм управления, карданный подвес, аэродинамическую трубу, содержащую выходное сопло и регулятор скорости потока воздуха, неподвижно соединенный с аэродинамической трубой расположенный перед выходным соплом аэродинамической трубы стол, содержащий рычаги управления, каркас, неподвижно расположенную на каркасе базу, выполненную в виде плиты поверочная поверхность которой горизонтальна и параллельна направлению воздушного потока, расположенное в базе сквозное отверстие, расположенные под базой шарнирно связанные с каркасом установленные с возможностью качания в вертикальной плоскости верхний и нижний балансиры, содержащие противовесные и параллелограммные плечи, установленные на противовесных плечах балансиров противовесы, установленную с возможностью вертикального перемещения проходящую через отверстие базы вертикальную штангу нижнее плече которой соединено с образованием параллелограммного механизма с параллелограммными плечами верхнего и нижнего балансиров, а торец верхнего плеча, посредством карданного подвеса, соединен с объектом испытаний. При этом, рычажно-тросовый механизм управления выполнен частично расположенным в объекте испытаний, длины противовесных плеч верхнего и нижнего балансиров, массы противовесов и координаты их расположения на противовесных плечах верхнего и нижнего балансиров выбраны с возможностью частичной или полной компенсации вращающего момента верхнего и нижнего балансирных рычагов, обусловленного разностью масс и длин противовесных и параллелограммных плеч верхнего и нижнего балансиров, массой вертикальной штанги, массой карданного подвеса и объекта испытаний, частью массы рычажно-тросового механизма управления, передаваемой на параллелограммные плечи балансиров, объект испытаний представлен уменьшенной копией летательного аппарата, включающей в себя аэродинамическую силовую часть, образованную крыльями, стабилизатором и килем, и органы аэродинамического управления, образованные, по меньшей мере, рулем
направлений, рулем высоты и элеронами, объект испытаний расположен в пределах геометрического цилиндрического контура образующая которого параллельна направлению генерируемого аэродинамической трубой воздушного потока, а направляющая вписана в геометрический контур выходного сопла аэродинамической трубы, рычаги управления соединены посредством рычажно-тросового механизма управления с органами аэродинамического управления объекта испытаний, и регулятором скорости потока воздуха аэродинамической трубы.
Среди недостатков указанной установки можно выделить значительный момент инерции противовесов, балансирных рычагов и, вертикальной штанги, возможность лишь субъективной оценки зависимости пространственного поведения объекта испытаний от расположения и характеристик аэродинамической силовой части, от положения и характеристик органов аэродинамического управления, от изменения скорости воздушного потока и, в незначительных пределах, от направления воздушного потока, а также невозможность тестирования объектов, устанавливаемых с возможностью перемещения по обдуваемой потоком воздуха поверхности транспортных средств.
Из отраслевого стандарта ОСТ37.001.443-86 «Автомобили легковые. Системы очистки ветрового стекла от загрязнений и влаги. Технические требования и методы испытаний.», а также Директивы №78/318 ЕЭС «Совета от 21.12.1977 г. о сближении законодательств Государств - членов относительно устройств стеклоочистителей и стеклоомывателей транспортных средств с собственным двигателем» известна установка для аэродинамических испытаний скребковых очистителей ветрового стекла, включающая в себя полномасштабную аэродинамическую трубу с регулируемой скоростью воздушного потока, неподвижно установленный в трубе автомобиль, содержащий каркас, неподвижно закрепленную на каркасе базу, поверочная поверхность которой образована наветренной поверхностью предварительно обезжиренного, промытого и просушенного ветрового стекла, покрытого с заданной плотностью имитирующей грязь лабораторной смесью регламентируемого химического и фракционного состава, расположенный с наветренной стороны консольно закрепленный на каркасе объект испытаний, по меньшей мере, часть которого подвижно установлена над поверочной поверхностью базы, расположенный с наветренной стороны закрепленный на каркасе омыватель поверочной поверхности базы с регламентируемыми веером орошения и расходом омывающей жидкости, а также задатчик времени работы омывателя и объекта испытаний. Объект испытаний представлен скрытым наружной поверхностью каркаса приводом, снабженным выступающим за пределы, наружной поверхности каркаса валом привода, шарнирным рычагом, содержащим пружину, шарнир
и связанные посредством пружины и шарнира, консольное, расположенное над поверочной поверхностью базы, и корневое, неподвижно соединенное с валом привода, плечи, а также щеткой, включающей в себя расположенный с возможностью ометания части (скольжения по части) поверочной поверхности базы скребок и кинематически связанную с консольным плечом рычага и со скребком, преимущественно, ферменную арматурную часть, расположенную с возможностью поджатия скребка к поверочной поверхности базы. При этом, поверочная поверхность базы содержит, по меньшей мере, одну сенсорную, расположенную в сметаемой объектом испытаний зоне, и периферийную части, объект испытаний включает в себя аэродинамическую силовую часть, образованную поверхностями рычага и скребка, стержнями форменной арматурной части, при наличии таковых, органы аэродинамического управления, при наличии таковых, выполненные в виде щелевых конструкций или образованные, расположенными на рычаге и/или арматурной части и/или скребке антикрыльями, или интерцепторами, а также механическую силовую часть, образованную пружиной рычага и приводом.
Среди недостатков выше указанной установки можно выделить большой расход энергии, необходимой для проведения испытаний, что обусловлено применением для испытаний аэродинамической трубы больших размеров, продиктованных габаритами автомобиля, на котором предполагается использовать тестируемый объект испытаний, большие затраты времени на предварительную подготовку испытаний, а также косвенную, по степени очистки ветрового стекла, оценку аэродинамических и механических характеристик очистителя. Совокупность указанных недостатков практически исключает подбор оптимального соотношения механических, обусловленных жесткостью пружины, подпружинивающей скребок к ветровому стеклу (поверочной поверхности базы), и аэродинамических, обусловленных геометрическими харатеристиками шарнирного рычага, скребка и арматурной части, а также антикрыльями или интерцепторами (при их наличии) характеристик очистителя и, как следствие, делает невозможным построение стеклоочистителя с минимально возможными стоимостью и энергопотреблением • и требуемым ресурсом, при условии выполнения требований по качеству очистки очищаемой поверхности.
Из рекламных материалов ф. «Valeo» известна установка для аэродинамических испытаний скребковых очистителей ветрового стекла, включающая в себя многоканальный измеритель перепада давления, соединительные трубопроводы, аэродинамическую трубу с регулируемой скоростью воздушного потока, размещенные в аэродинамической трубе объект испытаний, подвижный пилон и стационарно установленный стол, включающий в себя каркас и неподвижно закрепленную на каркасе
базу, содержащую выполненные заедино периферийную и сенсорную части, поверочные поверхности которых лежат на одной, преимущественно, горизонтальной геометрической плоскости, расположенной параллельно направлению воздушного потока. Сенсорная часть базы выполнена в виде известной из материалов к патенту US 5929339 (приор. 25.02.98) сенсорной плиты, габаритные размеры которой согласованы с габаритными размерами объекта испытаний и амплитудой его перемещения, снабженной сетью разнесенных с заданным шагом, вдоль и поперек направления воздушного потока, сквозных каналов, первые устья каждого из которых расположены на поверочной поверхности сенсорной части базы, продольные геометрические оси каждого из которых расположены перпендикулярно поверочной поверхности сенсорной части базы, а каждое из вторых устьев соединено, посредством соединительных трубопроводов, с одним из каналов многоканального измерителя перепада давления. Пилон выполнен в виде обладающего малым аэродинамическим сопротивлением подпружиненного с регулируемым усилием в направлении сенсорной части базы подвижно установленного стержня продольная геометрическая ось которого расположена перпендикулярно к поверочной поверхности сенсорной части базы, а хорда аэродинамического профиля расположена параллельно направлению воздушного потока. Пилон установлен с возможностью нормального, относительно поверочной поверхности сенсорной части базы, а также встречного и согласного с регламентируемой скоростью, относительно направления воздушного потока, перемещений над поверочной поверхностью сенсорной части базы.
Объект испытаний представлен закрепленной на пилоне щеткой очистителя ветрового стекла, содержащей ориентированные поперек направления воздушного потока арматурную часть, закрепленную на пилоне, и кинематически связанный с арматурной частью подпружиненный с регламентируемым усилием, посредством пилона и арматурной части, к поверочной поверхности сенсорной части базы скребок, расположенный с возможностью скольжения по поверочной поверхности сенсорной части базы и отрыва от ее поверхности. При этом, объект испытаний включает в себя аэродинамическую силовую -часть образованную поверхностями скребка и стержнями ферменной арматурной части, при наличии таковых, органы аэродинамического управления, при наличии таковых, выполненные в виде щелевых конструкций или образованные расположенными на арматурной части и/или скребке антикрыльями, или интерцепторами, а также механическую силовую часть образованную подпружиненным к поверочной поверхности сенсорной части базы пилоном.
Среди недостатков указанной установки можно выделить невозможность учета влияния пилона на картину обтекания объекта испытаний, возможность лишь косвенной, по величине скорости генерируемого аэродинамической трубой потока воздуха и величине задаваемого, посредством пилона, усилия предварительного поджатия скребка к поверочной поверхности сенсорной части базы, при которых происходит отрыв скребка или его части от поверочной поверхности сенсорной части базы, оценки аэродинамических и механических характеристик очистителя, а также невозможность оценки работы объекта испытаний на криволинейной, имитирующей реальную, поверхности транспортного средства, например, предполагаемую для очистки поверхность ветрового стекла. Совокупность указанных недостатков практически исключает оптимальный подбор механических и аэродинамических характеристик очистителя.
В качестве прототипа полезной модели приняты известные из статьи О.Громовой «От научной идеи к новым проектам», опубликованной на стр. 7 газеты «Волжский автостроитель» №55 (6283), вышедшей в среду, 24 марта 2004 г., а также из раздела 2 «Отдел аэродинамических испытаний» (см. стр. 14...23) рекламного буклета «АО "АВТОБАЗ" Дирекция по техническому развитию. Научно технический центр. Управление специальных испытаний», подготовленного Мынковым А.В., Михеевым С.Б., Еськовым Р.А., отпечатанного в типографии ДИС АО "АВТОБАЗ" спроектированные ф. «DSMA INTERNATIONAL INC.» (Канада) полномасштабная и модельная с регулируеммыми скоростями воздушного потока установки для аэродинамических испытаний, соответственно, объектов или их уменьшенных копий, каждая из которых снабжена аэродинамической трубой замкнутого (геттингентского) типа, сменным объектом испытаний, аэродинамическими 6-компонентными тензометрическими весами ф. «CARL SCHENK AG» (Германия) с прямым измерением нагрузок, одним обратным каналом и рабочей частью, включающей в себя выполненные в виде щелевых панелей стены и потолок, а также перфорированный каналами системы отсоса пограничного слоя пол, содержащий кинематически разделенные неподвижно расположенную стационарную часть и установленную с возможностью поворота и фиксации в горизонтальной плоскости поворотную часть. Поворотная часть пола образована поворотным столом аэродинамических весов, включающим в себя горизонтально расположенную опорную плиту с окнами и четыре, по числу окон, установленных с возможностью перемещения и фиксации в горизонтальной плоскости, каждый в пределах своего окна, вертикальных интерфейсных стержня верхние концы которых выполнены в виде контактных площадок. Обращенные вовнутрь рабочей части трубы поверхности стационарной части пола,
опорной плиты и контактных площадок интерфейсных стержней поворотного стола аэродинамических весов расположены на единой горизонтальной параллельной направлению воздушного потока геометрической плоскости. Объект испытаний может быть представлен размещенным внутри рабочей части аэродинамической трубы зафиксированным на контактных площадках интерфейсных стержней аэродинамических весов любым натуральным объектом, к примеру, автомобилем, или его уменьшенной копией. При этом, для оценки общих аэродинамических характеристик объекта испытаний его обдуваемая потоком воздуха поверхность использована в качестве поверочной, для оценки аэродинамических характеристик навесного, размещаемого на наружной поверхности натурального объекта, оборудования, например, при оценке очистителей и смывателей ветровых стекол транспортных средств на соответствие требованиям директивы №78/318 ЕЭС, внешняя поверхность последнего или внешняя поверхность его уменьшенной копии использована в качестве базы, навесное оборудование или его уменьшенная копия приняты в качестве объекта испытаний, а контактирующая с объектом испытаний и/или расположенная в непосредственной близости с объектом испытаний обдуваемая потоком воздуха поверхность базы использована в качестве поверочной.
Среди недостатков указанных установок можно выделить низкую точность доводочных работ по оптимизации аэродинамических характеристик размещаемых на поверхности транспортных средств незначительных по габаритам, относительно поверочной поверхности объекта испытаний, элементов, например, скребковых очистителей ветрового стекла, что, для указанной категории, практически исключает подбор оптимального соотношения механических, обусловленных жесткостью пружины, подпружинивающей скребок к ветровому стеклу (части поверочной поверхности базы), и аэродинамических, обусловленных геометрическими харатеристиками шарнирного рычага, скребка и арматурной части, а также антикрыльями или интерцепторами (при их наличии) характеристик очистителя и, как следствие, делает невозможным построение стеклоочистителя с минимально возможными стоимостью и энергопотреблением и требуемым ресурсом, при условии выполнения требований по качеству очистки очищаемой поверхности.
Задачей полезной модели было создание установки, существенно облегчающей работы по разработке скребковых очистителей светопропускающих поверхностей транспортных средств, обладающих, при заданной кривизне очищаемой поверхности, наивыгоднейшим соотношением механических, обусловленных упругими элементами очистителя, и аэродинамических, обусловленных геометрическими характеристиками
очистителя и скоростью обдувающего очиститель воздушного потока, минимизированных, при условии сохранения достаточности, сил, а также наивыгоднейшим соотношением прижимающей очиститель к очищаемой поверхности составляющей аэродинамических сил и сил аэродинамического сопротивления и, как следствие, минимально возможными энергопотреблением, массой и стоимостью при требуемой долговечности.
Задача решается в установке, содержащей объект испытаний, горизонтально расположенную аэродинамическую трубу с регулируемой скоростью воздушного потока, аэродинамические тензометрические весы с прямым измерением нагрузок, рабочую часть, включающую в себя пол, содержащий кинематически разделенные горизонтально расположенные неподвижно закрепленную стационарную часть и установленную с возможностью поворота и фиксации в горизонтальной плоскости поворотную часть, образованную поворотным столом аэродинамических весов, включающим в себя горизонтально расположенную опорную плиту с, по меньшей мере, одним окном и установленным в окне вертикальным интерфейсным стержнем верхний конец которого выполнен в виде горизонтальной контактной площадки.
Задача решается тем, что установка снабжена размещенным в пределах рабочей части аэродинамической трубы дополнительным столом, содержащим неподвижно закрепленный на опорной плите поворотного стола аэродинамических весов выполненный в виде вертикально установленного полого пилона каркас контур ортогональной проекции которого охватывает, по меньшей мере, одно окно опорной плиты с установленным в окне вертикальным интерфейсным стержнем, установленную на удаленном от поверхности опорной плиты конце каркаса выступающую за габариты каркаса базу, включающую в себя кинематически разделенные неподвижно закрепленную на каркасе периферийную часть и неподвижно закрепленную на расположенной в пределах каркаса контактной площадке, по меньшей мере, одного интерфейсного стержня сенсорную часть, периферийная часть базы расположена с возможностью, по меньшей мере, частичного охвата сенсорной части базы, расположенные с возможностью обдува потоком воздуха поверхности базы выполнены с образованием расположенного, преимущественно, в горизонтальной плоскости снабженного острой внешней кромкой аэродинамического профиля противолежащая, относительно пола, поверхность которого принята в качестве поверочной, при этом, контур любого из сечений поверочной поверхности базы геометрической плоскостью, содержащей геометрическую ось вращения опорной плиты поворотного стола аэродинамических весов описывается гладкой кривой или прямой, объект испытаний установлен на поверочной поверхности
дополнительного стола, при этом, по меньшей мере, часть объекта испытаний зафиксирована на сенсорной части базы, габаритные размеры поверочной поверхности которой равны или несколько больше габаритных размеров контура ортогональной проекции зафиксированной на сенсорной части базы части объекта испытаний. Полезная модель поясняется следующими чертежами:
- на Фиг.1 изображен продольный разрез рабочей части заявляемой установки.
- на Фиг.2 изображен поперечный разрез рабочей части заявляемой установки. Полезная модель реализуется в установке, содержащей горизонтально расположенную модельную аэродинамическую трубу 1 (показана частично и условно) с одним обратным каналом (не показан) и регулируемой скоростью воздушного потока, аэродинамические тензометрические весы 2 (показаны условно) с прямым измерением нагрузок, рабочую часть 3, включающую в себя перфорированный каналами системы отсоса пограничного слоя пол, содержащий кинематически разделенные горизонтально расположенные неподвижно закрепленную стационарную часть 4 и установленную с возможностью поворота и фиксации в горизонтальной плоскости поворотную часть, дополнительный стол, расположенный внутри рабочей части 3, и размещенный на дополнительном столе объект испытаний. Поворотная часть образована поворотным столом аэродинамических весов 2, включающим в себя горизонтально расположенную опорную плиту 5 с четырьмя выполненными в плите окнами и расположенными, в каждом из окон по- одному, четырьмя вертикальными интерфейсными стержнями 6 верхние концы каждого из которых выполнены в виде горизонтальной расположенной на одном уровне с поверхностью пола контактной площадки. Дополнительный стол образован неподвижно закрепленным на опорной плите 5 поворотного стола аэродинамических весов 2 выполненным в виде вертикально установленного полого пилона цилиндрическим каркасом 7 контур ортогональной проекции которого охватывает два окна опорной плиты с расположенными в окнах вертикальными интерфейсными стержнями, установленной на удаленном от поверхности опорной плиты 5 конце каркаса 7 выступающей за габариты каркаса базой, включающей в себя кинематически разделенные неподвижно закрепленную на каркасе 7 периферийную часть 8 и неподвижно закрепленную на контактных площадках интерфейсных стержней б сенсорную часть 9. Периферийная часть 8 базы охватывает по замкнутому контуру сенсорную часть 9 базы. Расположенные с возможностью обдува потоком воздуха поверхности базы выполнены с образованием аэродинамического профиля, снабженного острой внешней кромкой. Произведенные в аэродинамической трубе ОАО «АВТОБАЗ» предварительные (для целей испытаний скребковых очистителей ветрового стекла)
продувки достаточно большого количества автомобилей капотной компановки как с плоскими, так и с цилиндрическими ветровыми стеклами показали, что процесс обтекания элементов скребкового очистителя ветрового стекла прогоняемым по аэродинамической трубе воздушным потоком может быть достаточно точно смоделирован на горизонтальной (параллельной направлению воздушного потока аэродинамической трубы) поверхности. Учитывая изложенное, противолежащие, относительно пола, поверхности периферийной 8 и сенсорной 9 частей базы выполнены в виде лежащих на единой горизонтальной геометрической плоскости плоских площадок поверхность которых принята в качестве поверочной. Для целей испытаний скребковых очистителей, работающих на более криволинейных, чем среднестатистические, светопропускающих поверхностях транспортных средств поверочные поверхности периферийной и сенсорной частей базы могут быть выполнены криволинейными (иммитирующими реальную поверхность). При этом, поверочные поверхности периферийной и сенсорной частей базы должны быть расположены с образованием единого расположенного в горизонтальной плоскости или под наклоном профиля контур любого из сечений которого геометрической плоскостью, содержащей геометрическую ось вращения опорной плиты поворотного стола аэродинамических весов 2, описывается гладкой кривой. Объект испытаний представлен неподвижно закрепленным на поверочной поверхности периферийной части 8 базы нормально расположенным к поверочной поверхности базы штифтом 10, имитирующим геометрические характеристики вала (не показан) привода (не показан) стеклоочистителя, шарнирным рычагом 11, содержащим пружину (не показана), шарнир (не показан) и связанные посредством пружины и шарнира, консольное, расположенное над поверочной поверхностью базы, и корневое, неподвижно соединенное со штифтом 10 плечи, а также щеткой 12, включающей в себя неподвижно закрепленный на поверочной поверхности сенсорной части 9 базы скребок (не показан) и кинематически связанную со скребком, преимущественно, ферменную арматурную часть (не показана). Объект испытаний включает в себя аэродинамическую силовую часть, образованную поверхностями рычага 11, скребка и стержнями форменной арматурной части, при наличии таковых, органы аэродинамического управления, при наличии таковых, выполненные в виде щелевых конструкций (не показаны) или образованные, расположенными на рычаге и/или арматурной части и/или скребке антикрыльями (не показаны), или интерцепторами (не показаны), а также механическую силовую часть, образованную пружиной рычага и штифтом 10. При этом, в зависимости от конкретной конструкции объекта испытаний и конкретой программы испытаний, ферменная арматурная часть скребка может быть выполнена как кинематически соединенной с
консольным плечом рычага 11, установленной с возможностью поджатия скребка к поверочной поверхности сенсорной части 9 базы, так и кинематически изолированной от консольного плеча рычага 11. В зависимости от условий решаемой задачи, объект испытаний может быть представлен также неподвижно установленной на поверочной поверхности сенсорной части 9 базы одной щеткой 12.
Установка работает следующим образом: При скорости воздушного потока равной нулю поворотный стол аэродинамических весов 2 устанавливают таким образом, чтобы объект испытаний, расположенный на поверочной поверхности базы занял исходное, оговоренное алгоритмом испытаний, положение. При этом, интерфейсные стержни оказываются нагружеными вертикальной силой, обусловленной массой сенсорной части базы, массой щетки 12 и, для случая когда шарнирный рычаг 11 и щетка 12 кинематически связаны, частью массы консольного плеча рычага 11 и силой, обусловленной длиной консольного плеча рычага и жесткостью пружины, за вычетом сил трения в шарнире корневого плеча рычага. Снимают показания аэродинамических весов 2. Полученные значения сил и моментов принимают за точку отсчета. Задают оговоренную алгоритмом испытаний скорость воздушного потока. Согласно алгоритма испытаний разворачивают поворотный стол аэродинамических весов 2, тем самым, изменяя расположение аэродинамических (силовой части и органов управления) поверхностей объекта испытаний относительно направления воздушного потока, и осуществляют измерение воспринимаемых интерфейсными стержнями 6, посредством сенсорной части 9, сил и моментов, обусловленных аэродинамическими (геометрическими) характеристиками объекта испытаний.
При этом, в случае, когда поверочная поверхность базы выполнена криволинейной, для учета влияния профиля поверочной поверхности базы на результаты тестов осуществляют предварительную, без объекта испытаний, продувку дополнительного стола.
Установка позволяет измерить реальные аэродинамические показатели объекта испытаний, а именно, вертикальные (нормальные к поверочной поверхности базы) и горизонтальные (касательные к поверочной поверхности базы) составляющие подъемной (отрывной) или прижимной силы, а также сил аэродинамического сопротивления. Изменяя геометрическую конфигурацию объекта испытаний или применяя сменные объекты различной конфигурации подбирают оптимальный, для решаемой в процессе доводки очистителя, задачи. При этом, располагая точными значениями аэродинамических показателей рассчитывают (или подбирают) оптимальные показатели для механической силовой части очистителя и его привода.