УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ И НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
DEVICE FOR EXPERIMENTAL DETERMINATION OF ROTATIONAL AND TRANSIENT DERIVATIVE SETS

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов.
Известны устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных, содержащие испытуемую модель летательного аппарата, двигатель, кривошип, шатун, державку, оборудованную измерителем сил и моментов, действующих на модель, датчиком положения модели. Изменение частоты колебаний ω регулируется скоростью вращения вала двигателя, а значение амплитуды угловых колебаний модели - радиусом кривошипа. Во время колебаний модели в потоке аэродинамической трубы производятся записи сигналов измерителя сил и моментов, датчика положения модели, а также отметки времени (см. С.М.Белоцерковский, Б.К.Скрипач, В.Г.Табачников. Крыло в нестационарном потоке газа. Стр.194. Изд-во: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. М., 1971 г.).
За прототип устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных , , , , ,  принято устройство, которое содержит испытуемую модель летательного аппарата, оборудованную измерителем аэродинамических сил и моментов, закрепленного в хвостовой части модели на державке, соединенной с Г-образной рамой, движение которой обеспечивается механизмом угловых гармонических колебаний модели, включающем двигатель и преобразователь вращения вала в угловые колебания модели (см. Н.П.Ильяшенко, И.В.Колин, В.Г.Марков, В.Л.Суханов, Т.И.Трифонова, Д.В.Шуховцов. Влияние турбулентности потока аэродинамической трубы на характеристики гистерезиса в статических аэродинамических силах и моментах. Ученые записки ЦАГИ. Стр.38. Издательский отдел Центрального Аэрогидродинамического Института имени проф. Н.Е.Жуковского. М., 2008 г.).
Недостатки у аналога и прототипа устройства заключаются в том, что, влияние державки на модель сказывается двояко. Во-первых, влияние державки, размещенной в хвостовой части модели, заключается в том, что она возмущает поток вблизи точки, где державка соединяется с моделью (см. Р.Пэнкхерст, Д.Холдер. Техника эксперимента в аэродинамических трубах. Стр.258. Изд-во «Иностранной литературы». М., 1955 г.), и тем самым уменьшается точность измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели. Во-вторых, державка, размещенная в хвостовой части модели, не позволяет проводить испытания штопорной модели летательного аппарата без доработки хвостовой части модели.
Техническим результатом является повышение точности измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели за счет расширения функциональных возможностей устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата с применением устройства верхнего крепления штопорной модели к устройству для реализации ее вынужденных гармонических колебаний.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных, состоящем из державки для крепления модели летательного аппарата, измерителя аэродинамических сил и моментов, Г-образной рамы, двигателя, устройства преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги и механизма угловых колебаний модели, содержащего синусный механизм, осуществлено крепление верхней части модели к державке с помощью пластины, закрепленной на внутрифюзеляжной платформе модели, на пластине установлен нижний кронштейн, к которому прикреплен один конец измерителя аэродинамических сил и моментов, а его другой конец закреплен в верхнем кронштейне, на котором расположен переходник, размещенный внутри державки для крепления модели, при этом ось измерителя должна совпадать с продольной осью модели, а центр масс модели должен совпадать с осью колебаний модели и моментной точкой измерителя, которая является началом осей координат измерителя.
В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по рысканию устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит рычаг, соединенный с вертикальной штангой и державкой.
В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по крену устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит качалку, контактирующую с Г-образной рамой, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке.
В устройстве для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных при колебании модели по тангажу устройство преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит горизонтальную штангу, которая соединена с Г-образной рамой и механизмом угловых колебаний модели.
На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию.
На фиг.2 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену.
На фиг.3 представлена конструктивная схема устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу.
На фиг.4 показано устройство крепления верхней части модели к державке, входящее в устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели.
Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата 1 по рысканию, крену, тангажу состоит из устройства крепления верхней части модели к державке, державки 3, подшипникового устройства 4, Г-образной рамы 5, вертикальной штанги 6, штока 7, синусного механизма 8, двигателя 9, тумбы 10, поворотного круга аэродинамической трубы малых дозвуковых скоростей 11. Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит рычаг 12, соединенный с вертикальной штангой 6 и державкой 3 (фиг.1). Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит качалку 13, контактирующую с Г-образной рамой 5, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке (фиг.2). Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги содержит горизонтальную штангу 14, которая соединена с Г-образной рамой 5 и механизмом угловых колебаний модели (фиг.3).
Изготовленное в ЦАГИ устройство крепления верхней части модели 1 к державке 3 включает внутрифюзеляжную платформу 15, пластину 16, закрепленную к внутрифюзеляжной платформе винтами 17, нижний кронштейн 18, установленный на пластине винтами 19, измерителя аэродинамических сил и моментов 20, гайки 21 для закрепления одного конца измерителя к кронштейну 18, другой конец измерителя с помощью гайки 22 крепится к верхнему кронштейну 23, соединенному с переходником 24 винтами 25, который устанавливается внутри державки винтами 26 таким образом, чтобы ось измерителя совпадала с осью модели, а моментная точка измерителя, которая является началом осей координат измерителя, совпадала с центром масс модели и осью колебаний модели, внутри переходника проходит кабель 27 (фиг.4).
0
α
0
β
0
γ
αβ,γ
0
0
0
x0
y0
z0
x
y
z
0
αβ,γ
Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата работает следующим образом. Модель жестко закрепляют на устройстве верхнего крепления модели, установленном на переднем конце державки, соединенной с Г-образной рамой. Включают двигатель. С помощью кривошипно-шатунного механизма вращение вала двигателя преобразуется в угловые гармонические колебания модели по закону α(t)=α+А·cos(ωt+90°) - при колебании по тангажу, β(t)=β+А·cos(ωt+90°) - при колебании по рысканию, γ(t)=γ+А·cos(ωt+90°) - при колебании по крену с частотой ω и амплитудой А. Во время колебаний измеряют и регистрируют временные зависимости продольной силы Х(t), нормальной силы Y(t), поперечной силы Z(t) и моментов крена M(t), рыскания M(t), тангажа M(t), действующие на модель без потока аэродинамической трубы, затем включают поток и при скорости V потока снова измеряют временные зависимости сил Х(t), Y(t), Z(t) и моментов M(t), M(t), M(t). Исключают инерционные нагрузки, действующие на модель, вычисляют аэродинамические силы и моменты, вычисляют статические и нестационарные производные. Изменяют установочный угол тангажа ϑ на заданную величину и снова проводят измерения и вычисляют указанные производные. При необходимости испытания повторяют при других заданных значениях частот ω и амплитуд А колебаний модели.
Преимуществом устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных с применением устройства крепления верхней части модели к державке является повышение точности измерения комплексов вращательных и нестационарных производных при гармонических колебаниях модели за счет расширения функциональных возможностей устройства для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных методом вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата, обеспечивающего также возможность проведения испытаний штопорной модели летательного аппарата, для которой не предусмотрено крепление на хвостовую державку.