ИМИТАТОР ПТИЦЫ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА УДАРНУЮ ПРОЧНОСТЬ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ С ПТИЦЕЙ
BIRD IMITATOR, METHOD OF ITS MANUFACTURING AND METHOD FOR TESTING OF AIRCRAFT STRUCTURES ELEMENTS FOR IMPACT STRENGTH IN CASE OF COLLISION WITH BIRD

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного взаимодействия птицы с элементами конструкции самолета.
Увеличение скорости и размеров самолетов, расширение сети маршрутов и интенсивности авиационных грузовых и пассажирских перевозок приводят к возрастанию количества столкновений летательных аппаратов с птицами. Поэтому к конструкциям самолетов предъявляются требования, чтобы машина могла безопасно завершить полет после столкновения в воздухе с птицей массой 1,81 кг.
Для оценки соответствия элементов конструкции самолета предъявляемым требованиям фирмы, занимающиеся изготовлением авиационной техники, проводят испытания, в ходе которых на испытательных установках используются тушки птиц или их имитаторы для ударных испытаний отдельных элементов конструкции самолета.
Известен имитатор птицы для испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), представляющий собой метательный снаряд, масса и средняя плотность которого соответствуют аналогичным характеристикам реальной птицы (Уилбек, Рэнд. Разработка модели птицы для ударных испытаний авиационных двигателей. Энергетические машины, 1981, т.103, №4, стр.126-133).
Известный имитатор, представляющий собой метательный снаряд, имеет выполненную из полиэтилена оболочку, заполоненную наполнителем. Наполнитель состоит из смеси воды, желатина и микросфер из фенолформальдегидной смолы, причем микросферы добавляются для доведения массы и средней плотности снаряда в соответствие с аналогичными характеристиками реальной птицы.
Недостатком данного имитатора является необходимость хранения имитатора при низкой температуре, т.к. при хранении при комнатной температуре он утрачивает свои характеристики в течение нескольких часов. Кроме того, применение имитатора приводит к загрязнению помещения для проведения испытания на птицестойкость. Это приводит к тому, что после каждого испытания возникают проблемы с очисткой помещения, т.к. загрязненные брызгами желатина поверхности сложно очищать, после стрельбы желатин начинает разлагаться и гнить.
Известен способ изготовления имитатора птицы для испытания конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), в соответствии с которым имитатор изготавливают в виде метательного снаряда (Уилбек, Рэнд. Разработка модели птицы для ударных испытаний авиационных двигателей. Энергетические машины, 1981, т.103, №4, стр.126-133).
В соответствии с известным способом имитатор изготавливают путем заполнения полиэтиленовой оболочки смесью желатина, воды и микросфер из фенолформальдегидной смолы. Микросферы при заполнении оболочки и застывании смеси располагаются произвольно не по оси снаряда, что приводит к асимметричному расположению отдельных объемов с различной плотностью.
Изготовленный по этому способу имитатор имеет недостатки, описанные выше.
Известен также способ испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), в соответствии с которым на испытуемый элемент осуществляют ударное воздействие имитатором птицы в форме метательного снаряда (Уилбек, Рэнд. Разработка модели птицы для ударных испытаний авиационных двигателей. Энергетические машины, 1981, т.103, №4, стр.126-133).
По этому способу испытания осуществляют имитатором, представляющим собой метательный снаряд, имеющим выполненную из полиэтилена оболочку, заполненную смесью из воды, желатина и микросфер из фенолформальдегидной смолы.
Указанный способ имеет приведенные выше недостатки.
В основу изобретения поставлена задача создания имитатора птицы для испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), моделирующего геометрические, механические и физические характеристики реальной птицы, обладающего длительным сроком хранения при комнатной температуре, способа его изготовления, соответствующего санитарно-гигиеническим и эстетическим нормам, а также способа испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), за счет чего достигаются достоверность воспроизведения ударного воздействия птицы на элемент конструкции при столкновении в диапазоне скоростей 100-250 м/с, а также удобство эксплуатации и хранения имитаторов, а также утилизации их остатков после испытаний.
Поставленная задача решается тем, что в имитаторе птицы для испытания элементов конструкций летательных аппаратов ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), представляющем собой метательный снаряд, масса и средняя плотность которого соответствуют аналогичным характеристикам реальной птицы, согласно изобретению упомянутый метательный снаряд содержит модель скелета и внутренних полостей птицы, выполненную из полых пластмассовых шариков и модель мышечных тканей, выполненную из силоксанового каучука (силикона).
В соответствии с изобретением метательный снаряд может быть выполнен в форме цилиндра, торцы которого сопряжены с полусферами, шара, эллипсоида или в форме цилиндра.
Поставленная задача решается также тем, что в способе изготовления имитатора птицы для испытания конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость), в соответствии с которым имитатор изготавливают в виде метательного снаряда, согласно изобретению в метательном снаряде сначала изготавливают модель скелета и внутренних полостей птицы, после чего изготавливают модель мышечных тканей путем покрытия модели скелета силоксановым каучуком с последующей полимеризацией.
Указанную модель скелета помещают в форму, внутренняя поверхность которой соответствует выбранной форме метательного снаряда, фиксируют в ней, после чего форму заливают силоксановым каучуком.
Поставленная задача решается также тем, что в способе испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей, в соответствии с которым на испытуемый элемент осуществляют ударное воздействие имитатором птицы в форме метательного снаряда, причем масса и средняя плотность метательного снаряда соответствуют аналогичным характеристикам реальной птицы, согласно изобретению ударное воздействие осуществляют имитатором птицы, в котором модель мышечных тканей выполнена из силоксанового каучука (силикона), имеющего плотность и упругие характеристики мышечных тканей птицы, а модель скелета и полостей внутри птицы выполнена из полых пластмассовых шариков.
Имитатор выполнен из силоксанового каучука (силикона), упругие свойства и плотность которого аналогичны тем, которые имеет мышечная ткань птицы, а также полых пластмассовых шариков, моделирующих скелет и полости внутри птицы и позволяющих достичь средней плотности имитатора, соответствующей средней плотности птицы.
Диаметр и пластмассовых полых шариков, а также необходимое их количество рассчитываются для выбранного размера имитаторов.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показано устройство имитатора.
На фиг.2 показана модель скелета имитатора.
На фиг.3-4 показаны результаты сравнительного эксперимента при ударе имитатором и птицей.
На представленном примере выполнения имитатор птицы для испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость) выполнен в форме цилиндра 1, торцы которого сопряжены с полусферами 2, 3.
В соответствии с изобретением метательный снаряд может быть выполнен также в форме шара, эллипсоида или в форме цилиндра.
Вдоль оси имитатора расположен конструктивный элемент 4, являющийся моделью скелета и полостей внутри птицы. Он собран из пластмассовых полых шариков 5. Размещение шариков-наполнителей в имитаторе указано на фиг.1.
Модель 6 мышечных тканей выполнена из силоксанового каучука (силикона), имеющего плотность и упругие характеристики мышечных тканей птицы. Количество и диаметр шариков подбирается так, чтобы средняя плотность имитатора была равна средней плотности птицы.
Геометрические параметры и масса имитатора должны быть близки к параметрам реальной птицы.
Площадь миделева сечения птицы и площадь поперечного сечения цилиндрической части имитатора должны быть одинаковыми.
Объем и длина имитатора определяются из условия равенства массы птицы и массы имитатора.
Способ изготовления имитатора птицы для испытания конструкций летательных аппаратов осуществляется следующим образом.
Сначала изготавливают конструктивный элемент 4, являющийся моделью скелета и полостей внутри птицы. Его собирают из пластмассовых полых шариков 5. Размещение шариков-наполнителей в имитаторе указано на фиг.1. Конструктивный элемент, представляющий собой модель скелета птицы, помещают в форму (условно не показана), внутренняя полость которой соответствует форме имитатора, и закрепляют в ней любым известным способом.
После этого заливают форму силоксановым каучуком, заполняя свободное от шариков внутреннее пространство формы, с последующей полимеризацией. Плотность и упругие характеристики модели мышечных тканей подбирают так, чтобы они соответствовали плотности и упругим характеристикам мышечных тканей птицы.
Испытания элементов конструкций летательных аппаратов на ударную прочность при столкновении с птицей (птицестойкость) осуществляют следующим образом.
Для придания имитатору заданной скорости используется пневматическая пушка. Имитатор птицы в форме метательного снаряда помещают в казенную часть ствола пушки и наводят ствол на испытуемый элемент. После этого осуществляют выстрел имитатором по испытуемому элементу. Ударное воздействие имитатором птицы, в котором модель мышечных тканей выполнена из силоксанового каучука (силикона), имеющего плотность и упругие характеристики мышечных тканей птицы, а модель скелета и полостей внутри птицы выполнена из полых пластмассовых шариков.
Благодаря соответствию средней плотности имитатора, плотности скелетных и мышечных тканей птицы создается импульс, адекватный импульсу ударного давления, возникающего при столкновении заданного вида птицы с элементами конструкции летательных аппаратов.
На фиг.3-4 показаны результаты натурного сравнительного эксперимента при ударе имитатором (пунктирная линия) и птицей (сплошная линия) о плоскую стальную плиту размером 700×700×50 мм. Птица имеет массу 1,850 кг, начальная скорость соударения с плитой 158 м/с. Имитатор имеет массу 1,800 кг, начальная скорость соударения с плитой 165 м/с. Удар наносится в центр плиты. На фиг.2 приведены изменение во времени деформаций посередине тыльной стороны плиты, а на фиг.3 - силовое воздействие.
Фрагменты имитатора, оставшиеся после испытания, не загрязняют помещение и легко утилизируются. В помещении, где проводились испытания, необходимо только подмести обломки имитатора. В отличие от известных способов испытаний при предложенном способе испытаний отсутствует налипание остатков имитатора на внутренних поверхностях помещения - стенах, потолке и полу.
Сравнение экспериментальных данных для птицы и имитатора показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет достоверно воспроизвести условия реального взаимодействия с учетом санитарно-гигиенических требований к проведению экспериментов и обеспечивает неограниченный срок хранения имитатора при комнатной температуре без изменения исходных характеристик.
Важным преимуществом предложенного способа испытаний есть его экологическая чистота.