УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО МОМЕНТА

Полезная модель относится к области аэромеханических измерений, в частности к измерению составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модель в аэродинамической трубе.
Область применения - экспериментальная аэродинамика.
Известно «Устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента» (Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П.Свищев. - М.: Науч. изд-во «Большая рос. энцикл.»: Центр, аэрогидродинам. институт им. Н.Е.Жуковского, 1994. - С.82-84. Библиогр.: с 82-84.), представляющее собой механические аэродинамические весы, состоящие из жесткой рамы, расположенной за границами рабочей части аэродинамической трубы и связанных между собой рычажных систем, удерживающих ее в положении равновесия.
Признаком, совпадающим с существенным признаком заявляемой полезной модели является назначение устройства.
Основным недостатком известного решения является низкая точность измерений, особенно продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления.
Известно устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента (Патент РФ №2287795, МПК G01M 9/06, опубликован 20.11.2006), близкое по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели и принятое за прототип. Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели являются: назначение устройства, наличие многокомпонентных тензометрических весов, установленных на опорах и соединенных с испытываемой моделью, динамометрического элемента для определения поперечных составляющих аэродинамической силы и аэродинамического момента и динамометрического элемента для измерения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления.
Недостатками указанного устройства являются: необходимость выполнения полых моделей с установкой внутри них опор тензометрических весов, что приводит к большим материальным затратам при испытании значительного количества различных моделей, а также невозможности определения аэродинамических характеристик различных испытываемых моделей с учетом их интерференции при различных параметрах их взаимного расположения.
Задачей полезной модели является получение возможности определения аэродинамических характеристик различных испытываемых моделей с учетом их интерференции при различных параметрах их взаимного расположения.
Технический результат заключается в получении возможности определения аэродинамических характеристик различных исследуемых моделей с учетом их интерференции при различных параметрах их взаимного расположения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и аэродинамического момента, содержащем многокомпонентные тензометрические весы, установленные на опорах и соединенные с испытываемой моделью, динамометрический элемент для определения поперечных составляющих аэродинамической силы и аэродинамического момента и динамометрический элемент для измерения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления, многокомпонентные тензометрические весы закреплены на опорах, расположенных вне испытываемой модели и выполненных в виде жестких элементов, динамометрический элемент для определения поперечных составляющих аэродинамической силы и аэродинамического момента выполнен в виде поддерживающего приспособления, состоящего из передней и задней горизонтально расположенных балок, передней, средней и задней стоек, и штанги, причем передняя и задняя балки соединены между собой с возможностью продольного перемещения и закреплены посредством шарнирных звеньев к чувствительным элементам многокомпонентных тензометрических весов, один из которых также имеет возможность продольного перемещения по опоре, при этом передняя стойка верхней частью соединена с передней балкой с возможностью вертикального перемещения, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; средняя стойка верхней частью соединена с передней частью задней балки с возможностью вертикального перемещения, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; задняя стойка верхней частью неподвижно соединена с задней частью задней балки, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; штанга верхней частью подвижно соединена с передней стойкой, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; динамометрический элемент для определения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления выполнен в виде гибкого элемента (каната), соединяющего испытываемую модель с чувствительным элементом многокомпонентных тензометрических весов.
Наличие задней и средней стоек, закрепленных к задней балке и штанги с передней стойкой, закрепленной к передней балке, позволяет испытывать различные модели, не связанные между собой, для определения аэродинамических характеристик с учетом их интерференции. Соединения стоек с моделью, передней стойки со штангой, штанги с моделью, передней и средней стоек соответственно с передней и задней балками и балок между собой выполнены подвижными с возможностью фиксации в заданном положении, и позволяют в процессе крепления испытываемой модели к поддерживающему приспособлению установить необходимые параметры расположения испытываемой модели (взаимного расположения нескольких испытываемых моделей), после чего фиксируются для проведения испытаний. Выполнение динамометрического элемента для определения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления в виде гибкого элемента (каната), соединяющего испытываемую модель с жестко закрепленным на передней опоре чувствительным элементом не ограничивает вертикальные перемещения испытываемой модели и поддерживающего приспособления и позволяет испытываемой модели и поддерживающему приспособлению перемещаться в продольном направлении в процессе испытаний до натягивания динамометрического элемента для определения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления, что в совокупности с шарнирными звеньями имитирует процесс буксировки испытываемой модели и позволяет исключить интерференцию измерительных каналов и обеспечить высокую точность измерений.
Отличием от прототипа является то, что многокомпонентные тензометрические весы закреплены на опорах, расположенных вне модели и выполненных в виде жестких элементов, динамометрический элемент для определения поперечных составляющих аэродинамической силы и аэродинамического момента выполнен в виде поддерживающего приспособления, состоящего из передней и задней горизонтально расположенных балок, передней, средней и задней стоек, и штанги, причем передняя и задняя балки соединены между собой с возможностью продольного перемещения и закреплены посредством шарнирных звеньев к чувствительным элементам многокомпонентных тензометрических весов, один из которых также имеет возможность продольного перемещения по опоре, при этом передняя стойка верхней частью соединена с передней балкой с возможностью вертикального перемещения, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; средняя стойка верхней частью соединена с передней частью задней балки с возможностью вертикального перемещения, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; задняя стойка верхней частью неподвижно соединена с задней частью задней балки, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; штанга верхней частью подвижно соединена с передней стойкой, а нижней частью подвижно соединена с испытываемой моделью; динамометрический элемент для определения продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления выполнен в виде гибкого элемента (каната), соединяющего испытываемую модель с чувствительным элементом многокомпонентных тензометрических весов.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и аэродинамического момента критерию «новизна».
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен вид сбоку.
Устройство состоит из многокомпонентных тензометрических весов, снабженных чувствительными элементами 1 и 2 с расположенными на них тензодатчиками 3, закрепленных неподвижно на неподвижной опоре 4, снабженной пазом для продольного перемещения чувствительного элемента 1, чувствительного элемента 5 с расположенным на нем тензодатчиком 3, закрепленного неподвижно на неподвижной опоре 6, поддерживающего приспособления, включающего переднюю горизонтально расположенную балку 7 с пазом для продольного перемещения, соединенную с задней горизонтально расположенной балкой 8 болтами 9, заднюю стойку 10, нижней частью соединенную с испытываемой моделью 11 болтом 12, а верхней частью соединенную с задней частью задней балки болтами 13, среднюю стойку 14, имеющую в верхней части паз для вертикального перемещения, и нижней частью соединенную болтом 15 с испытываемой моделью, а верхней - с передней частью задней балки болтом 16, переднюю стойку 17, имеющую в верхней части паз для вертикального перемещения и нижней частью соединенную болтом 18 с испытываемой моделью, а верхней - с передней частью передней балки болтами 19, и штангу 20, соединенную нижней частью болтом 21 с испытываемой моделью, а верхней - с передней стойкой болтом 22, соединенного шарнирными звеньями 23, расположенными на осях 24 с чувствительными элементами 1 и 2, и гибкого элемента (каната) 25, соединяющего штангу с жестко закрепленным на опоре 6 чувствительным элементом 5. Опоры 4 и 6, балки 7 и 8, стойки 10, 14 и 17, и штанга 20 выполнены плоскими для повышения точности определения составляющих аэродинамической силы и аэродинамического момента.
Устройство работает следующим образом. При настройке болтовые соединения 9, 12, 15, 16, 18, 19, 21, 22 и 26 ослабляются для установки модели в необходимое положение, после чего затягиваются, причем в случае испытания одной модели закрепление выполняется болтами 15 и 18 к средней и передней стойкам соответственно. В случаях, когда проводятся испытания нескольких моделей, крепление одной производится болтами 12 и 15 к задней и средней стойкам соответственно, а другой - болтами 18 и 21 к передней стойке и штанге соответственно. Тогда перемещением элементов 8, 14, 17 и 20 обеспечивается необходимое взаимное расположение моделей. Перемещением болта 27 в пазу передней штанги 20 обеспечивается горизонтальное положение гибкого элемента (каната) 25 для обеспечения постоянства значений продольной составляющей вектора аэродинамического сопротивления поддерживающего приспособления. При испытании модели происходит поступательное движение поддерживающего приспособления с закрепленной моделью, при этом нагрузки от вертикальных перемещений через шарнирные звенья 23 передаются на чувствительные элементы 1 и 2, где определяются тензодатчиками 3; горизонтальные перемещения приводят к натягиванию гибкого элемента (каната) 25, при этом возникающая на чувствительном элементе 5 нагрузка (продольная составляющая вектора аэродинамического сопротивления) определяется тензодатчиком 3.
Устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и аэродинамического момента оригинальной конструкции, в отличие от прототипа, позволяет определять аэродинамические характеристики различных моделей с учетом их интерференции при различных параметрах их взаимного расположения, а также повысить точность измерений.