Система вывешивания модели для испытаний в опытовом бассейне

Полезная модель относится к оборудованию для проведения гидродинамических исследований моделей различных летательных аппаратов, амфибийных транспортных средств и судов в опытовом бассейне.
Опытовый бассейн, используемый для проведения гидродинамических испытаний, представляет собой протяженный канал (свыше 200 метров), заполненный водой, вдоль которого проложены рельсовые направляющие для передвижения буксировочной тележки, проводящей испытания, специальным образом вывешенной модели. Вывешивание модели - способ установки модели ЛА или амфибийного транспортного средстве при испытаниях в опытовом бассейне с возможностью разгружения ее веса с обеспечением полного динамического подобия при проведении гидродинамических испытаний.
Известна система (устройство) вывешивания динамически подобной модели для гидродинамических испытаний с применением буксировочной тележки, принятая за прототип («Руководство для конструкторов», Том 1. Аэродинамика, гидромеханика, прочность. Издание: Бюро новой техники НКАП, 1943). Устройство имеет основные элементы конструкции, присущие системам разгрузки: головку с роликами, подвижную штангу, нижний конец которой оснащен шарниром с элементами крепления к испытываемой модели и расположен в неподвижной вертикальной трубе, установленной на буксировочной тележке. При этом подвижная штанга имеет возможность вертикального перемещения вверх или вниз. К противоположному от шарнира концу подвижной штанги крепится трос, соединяемый с набором разгрузочных грузов.
Существует ряд недостатков такой системы вывешивания модели. При испытаниях модели перед каждым испытанием (рабочим проездом модели на буксирной тележке) в опытовом бассейне необходимо выполнять подбор точного веса системы разгрузки и затем необходимо устанавливать набор разгрузочных грузов, что требует значительных затрат времени на подготовку к проведению эксперимента. Еще одним недостатком установки для буксировочных испытаний модели с вывешиванием посредством системы грузов является высокая вероятность создания аварийной ситуации из-за зарывания модели в воду при ее буксировочных испытаниях на взволнованной водной поверхности, способной привести к непредвиденным затратам времени на ликвидацию последствий аварийной ситуации.
Для осуществления модернизации системы вывешивания моделей в опытовом бассейне, отвечающей современным требованиям по уменьшению времени подготовки к проведению эксперимента, существует возможность замены системы вывешивания в виде троса разгрузки и набора грузов на систему вывешивания модели, в которой сила вывешивания реализуется за счет использования сжатого воздуха.
Задачей и техническим результатом полезной модели являются повышение производительности проведения экспериментальных исследований и уменьшение времени подготовки моделей к проведению экспериментов в опытовом бассейне.
Технический результат достигается тем, что система вывешивания модели для испытаний в опытовом бассейне содержит установленную вертикально на буксировочной тележке трубу с расположенной внутри нее подвижной штангой, нижний конец штанги имеет крепление для установки модели, верхний конец штанги соединен тросом с блоком разгрузки для регулирования положения подвижной штанги, в качестве блока разгрузки установлен пневматический цилиндр со штоком, штоковой и поршневой полостью, при этом шток пневматического цилиндра соединен с тросом.
Технический результат также достигается тем, что штоковая полость соединена с источником сжатого воздуха через регулируемый дроссель, оснащенный обратным клапаном, и две воздушные магистрали: высокого и рабочего давления, каждая из которых снабжена клапаном, связанными электрически с устройством управления и ресивером, в рабочей магистрали установлен по крайней мере один связанный электрически с устройством управления редукционный клапан, а между дросселем и воздушными магистралями установлены датчик давления с манометром.
Технический результат также достигается тем, что в качестве источника сжатого воздуха использован компрессор.
Технический результат также достигается тем, что редукционный клапан с манометром дополнительно снабжен ручным управлением.
Технический результат также достигается тем, что поршневая полость пневматического цилиндра соединена с атмосферой магистралью с регулируемым дросселем с обратным клапаном.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующей фигурой.
На фиг. 1 схематически представлена предлагаемая система вывешивания модели для испытаний в опытовом бассейне.
Обозначение позиций:
1 - испытуемая модель;
2 - подвижная штанга;
3 - трос;
4 - ось-барабан;
5 - пневматический цилиндр;
6 - редукционный клапан с пропорциональным электромагнитным управлением;
7 - штоковая полость пневматического цилиндра;
8 - поршневая полость пневматического цилиндра;
9 - регулируемый дроссель, оснащенный обратным клапаном;
10 - регулируемый дроссель, оснащенный обратным клапаном;
11 - клапан быстрого выпуска (пневмоглушитель);
12 - датчик давления;
13 - шкаф пневматический;
14 - компрессор;
15 - магистраль высокого давления;
16 - магистраль низкого (рабочего) давления;
17 - ресивер высокого давления;
18 - клапан с электромагнитным управлением;
19 - клапан с электромагнитным управлением;
20 - ресивер низкого (рабочего) давления;
21 - канал управления клапаном 18;
22 - канал управления клапаном 19;
23 - буксировочная тележка опытового бассейна.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит установленную на буксировочной тележке 23 вертикальную трубу, внутри которой размещена подвижная штанга 2, на нижнем конце которой закреплена модель 1. К верхнему концу штанги присоединен трос 3, который проходит через ось-барабан 4 и далее присоединен к блоку разгрузки через шток пневматического цилиндра 5. Пневматический цилиндр 5 двухсторонний, у него имеются поршневая полость 8 и штоковая полость 7, разделенные поршнем, к одной стороне которого прикреплен горизонтально расположенный шток. Поршневая полость 8 соединена магистралью с атмосферной средой, избыточного давления воздуха в ней нет. В магистрали поршневой полости пневматического цилиндра также установлен регулируемый дроссель с обратным клапаном 10 и пневмоглушителем 11. К штоковой полости 7 подведена магистраль сжатого воздуха, имеющая избыточное давление по отношению к атмосфере, которое можно регулировать. Для этого штоковая магистраль разделена еще на две воздушные магистрали: магистраль высокого 15 и магистраль рабочего давления 16. Каждая из них снабжена клапаном, связанными электрически с устройством управления и ресиверами (соответственно 17 и 20). В рабочей магистрали 16 установлен по крайней мере один связанный электрически с манометром и устройством управления редукционный клапан 6. Редукционный клапан 6 дополнительно снабжен ручным управлением.
На магистралях, подходящих к штоковой и поршневой полостям пневматического цилиндра 5, установлены регулируемые дроссели 9 и 10, оснащенные обратными клапанами, с помощью которых настраивается максимально возможная скорость выдвижения штока пневматического цилиндра 5. В поршневой магистрали за дросселем 10 установлен клапан быстрого выпуска с пневмоглушителем 11 для бесшумного выпуска воздуха из поршневой полости 8. При выдвижении штока пневматического цилиндра 5 клапан быстрого выпуска с пневмоглушителем 11 выполняет функции фильтрации воздуха, поступающего в поршневую полость 8 пневматического цилиндра.
В штоковой магистрали непосредственно за регулируемым дросселем с обратным клапаном 9 и до раздвоения штоковой магистрали на магистрали высокого и рабочего давления установлен датчик давления с манометром 12, которые связаны электрически системой управления и с клапанами 18 и 19, установленными соответственно в магистралях высокого и рабочего давления.
Штоковые магистрали высокого и рабочего давления, клапаны 18, 19, ресиверы 17, 20, редукционный клапан 6 смонтированы с целью удобства и компактности в пневматическом шкафу 13. Воздух под давлением в систему поступает от источника сжатого воздуха, например, компрессора 14.
Магистраль 15 предусмотрена для подачи воздуха с высоким давлением в штоковую полость 7 пневматического цилиндра 5 и служит для поднятия модели на обратном ходе буксировочной тележки или при возникновении экстренного случая (полное или частичное погружение модели в воду). Определение «зарывания» модели в воду определяется по забросу давления на датчике 12. В магистрали 15 находятся ресивер 17, способствующий бесперебойной работе пневматической системы, и клапан с электрическим управлением 18.
Магистраль 16 предусмотрена для работы системы вывешивания в штатном режиме. С ее помощью сжатый воздух подается с заданным давлением также в штоковую полость 7 пневматического цилиндра 5. Уровень давления сжатого воздуха определяет разгрузку установленной модели и задается оператором посредством подачи электронного сигнала на редукционный клапан 6 с манометром. В магистрали 16 для бесперебойной работы пневматической системы предусмотрены ресивер 20 и клапан с электрическим управлением 19, включающий или отключающий эту магистраль от пневматического цилиндра 5. Пневматический цилиндр 5 вместе с вышеописанным набором основных элементов пневматической системы, собранных в пневматическом шкафу 13, образуют блок разгрузки.
Полезная модель работает следующим образом. При начале работы пневматической системы в начальный момент времени включается компрессор 14. Он нагнетает давление в ресиверы 17 и 20 до тех пор, пока давление воздуха не достигнет номинального значения, при этом система вывешивания готова к работе.
Для вывешивания модели оператором подается сигнал на открытие клапана 18, модель 1 вывешивается над водой. На редукционный клапан 6 подается напряжение, кратное массе испытываемой модели 1.
Манометр на редукционном клапане 6 показывает давление, соответствующее массе модели
где m - масса модели;
g - ускорение свободного падения;
D - диаметр поршня;
d - диаметр штока.
В это время на редукционный клапан 6 подается пропорциональный сигнал для поддержания определенного уровня давления в штоковой полости пневматического цилиндра 5.
Проведение испытаний модели заключается в передвижении по водной поверхности или вывешивании на воде с определенной разгрузкой без движения (продольной скорости).
В случае непредвиденного погружения модели в воду при ее передвижении в опытовом бассейне давление в штоковой полости повысится, датчик давления 12 покажет это превышение давления. Датчик давления 12 подает сигналы по каналам 21 и 22 клапанов 18 и 19 соответственно. Система управления установкой вывешивания срабатывает, одновременно выключая клапан 19 и включая клапан 18, при этом происходит перемещение испытываемой модели 1 вверх над водной поверхностью. Такая последовательность срабатывания системы вывешивания позволяет обеспечить быстроту проведения экспериментальных исследований и предотвратить возможные затраты времени на ликвидацию последствий поломки модели 1 при ее непредвиденном погружении в воду.
После того как буксировочная тележка вместе с моделью 1 достигнет дальнего борта опытового бассейна, подается сигнал на одновременное выключение клапана 19 и включение клапана 18. При этом манометр датчика давления 12 показывает повышенный уровень давления. Модель 1 поднимается над водой и готова к транспортировке в начальную точку опытового бассейна.
Описанная совокупность признаков представленной системы вывешивания с помощью пневматического цилиндра и группы клапанов с электромагнитным управлением обеспечивает необходимое быстродействие проведения испытаний.
Представленный уровень раскрытия устройства достаточен для разработки в специализированных организациях, занимающихся экспериментальными исследованиями по разработке новых летательных аппаратов, амфибийных транспортных средств и судов, а также по их модернизации для улучшения мореходных характеристик, управляемости при движении по воде и увеличению безопасности движения.