СПОСОБ СОЗДАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ВОЛНОВОГО ПОТОКА В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МАШУЩЕГО КРЫЛА
METHOD OF CREATING NONSTEADY WAVY STREAM IN AERODYNAMIC TUNNEL FOR INVESTIGATING FLAPPING WING OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к авиационной технике, конкретно - к технике экспериментов в аэродинамических трубах при исследованиях нестационарной аэродинамики движения крыла в неспокойном воздухе, в частности для исследования работы машущего крыла.
Уровень техники
Известны устройства и способы экспериментальных исследований машущего крыла в аэродинамических трубах путем приведения продувочных моделей крыла в маховое движение в установившемся стационарном плоско-параллельном потоке трубы [1, с.987-992; 2].
Аналогом, наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, является способ, указанный в работе [1]. Помещенная в трубу исследуемая модель машущего крыла при помощи специального механического привода совершает двойное движение:
1) возвратно-поступательное маховое движение перпендикулярно потоку трубы;
2) связанное с маховым движением регулируемое возвратно-вращательное движение крыла по углу атаки (…the wing geometric angle of attack… (цитата)).
Установка позволяет замерять мгновенные значения пяти аэродинамических характеристик:
- нормальную подъемную силу;
- нормальный момент;
- силу тяги;
- момент тяги;
- шаговый момент (…pitching moment (цитата)).
Однако несмотря на положительный эффект, приведенный в источнике [1], сложность, масса, инерционность и неуравновешенность установки, малый диапазон регулирования углов атаки (0…6 градусов) ограничивают поле экспериментов.
Второй аналог [2] также обеспечивает сложное маховое движение крыла, однако, для него, как видно из приведенного в источнике рисунка, не предусмотрено движение крутки, необходимое в случае изображенного способа махания для обеспечения оптимальных углов атаки местных сечений по размаху, что снижает эффективность работы машущего крыла.
Данные о реализации указанного изобретения отсутствуют.
Раскрытие изобретения
Для обеспечения широкого диапазона экспериментальных исследований нестационарной аэродинамики машущего крыла предлагается способ создания нестационарного волнового потока в аэродинамической трубе, состоящий в том, что на входе в рабочую часть трубы перед исследуемой моделью крыла, связанной с аэродинамическими весами и приводом возвратно-вращательного колебательного движения крыла вокруг своей продольной оси, располагается решетка профилей, также приводимых отдельным приводом в возвратно-вращательное колебательное движение (см. чертеж). При работе главного вентилятора аэродинамической трубы колебание профилей решетки приводит к отклонению потока от оси рабочей части трубы, формируя волновое течение, обтекающее модель, что по принципу обращения движения адекватно машущему движению крыла в плоско-параллельном стационарном потоке.
Приводы модели и решетки, например следящие электроприводы, регулируемые блоками питания и управления по амплитудам, частотам и сдвигу фаз между собой, обеспечивают широкий диапазон режимов нестационарного обтекания машущего крыла - от гармонического или пилообразного волнового течения до вихревых дорожек Кармана-Голубева или движения в неспокойном воздухе, с возможностью изменения угла атаки α исследуемого крыла по отношению к набегающему волновому потоку от 0 до 360 градусов (α - угол между хордой профиля крыла и вектором текущей мгновенной скорости волнового потока).
Это позволяет проводить исследования аэродинамических характеристик машущего крыла в области нестационарной аэродинамики как при прямом, так и при обратном обтекании.
Краткое описание чертежа
На чертеже изображено: 1 - рабочая часть трубы; 2 - продувочная модель крыла; 3 - привод колебательно-вращательного движения модели; 4 - аэродинамические весы; 5 - решетка профилей; 6 - привод профилей решетки; 7 - блок питания и управления приводами.
Осуществление изобретения
Для осуществления изобретения необходимо оборудование обычной аэродинамической трубы с открытой или закрытой рабочей частью устройствами:
- аэродинамическими весами, предпочтительно тензометрического типа, со связанными с ними продувочной моделью крыла и приводом возвратно-колебательного движения крыла вокруг оси размаха;
- решеткой параллельных профилей с приводом их колебания вокруг своих продольных осей;
- блоками питания и управления приводами колебаний крыла и профилей решетки;
- устройствами съема и обработки информации с аэродинамических весов.
Возвратно-вращательные колебательные движения крыла и профилей решетки вокруг своих главных осей наименьших моментов инерции позволяет до минимума снизить динамическую неуравновешенность подвижных частей устройства и потребляемую мощность приводов.
В качестве приводов и блоков питания и управления движениями крыла и профилей решетки возможно использовать шаговые двигатели, вращающиеся трансформаторы или магнитоэлектрические движители с управлением частотой, амплитудой колебаний и сдвигом фаз между собой.
Устройства съема и обработки информации - предпочтительно компьютерные.
Предлагаемый способ предусматривает обеспечение ряда режимов работы аэродинамической трубы без ее переоборудования как в области обычной стационарной аэродинамики, так и в области нестационарной аэродинамики, меняя только программное обеспечение:
1) режим работы обычной аэродинамической трубы - при нейтральном положении профилей решетки вдоль оси трубы - для получения обычных аэродинамических характеристик подъемной силы, сопротивления и момента в скоростной системе координат (поляра Лилиенталя I рода);
2) режим работы аэродинамической трубы при отклоненном от оси трубы положении профилей решетки - для получения аэродинамических характеристик подъемной: силы, силы тяги и момента в связанной системе координат (поляра Лилиенталя II рода);
3) режим работы обычной аэродинамической трубы при колебательном или вращательном движении продувочной модели - для получения аэродинамических характеристик при переменном движении объекта в плоско-параллельном набегающем потоке;
4) режим работы аэродинамической трубы при колебательном движении профилей решетки - для получения аэродинамических характеристик неподвижного объекта в волновом набегающем потоке;
5) режим работы аэродинамической трубы при совместном движении профилей решетки и продувочной модели - для исследований в области нестационарной аэродинамики подвижного объекта, например машущего крыла, в волновом потоке.
Источники информации
.
1. A. George Bennett, Roger C. Obye, Paul M.Jeglum. ORNITHOPTER AERODYNAMIC EXPERIMENTS (АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ОРНИТОПТЁРОМ). - SWIMMING AND FLYING NATURE, Volum 2, Edited by Theodore Y.-T. Wu, Charles J. Brokaw and Christopher Brenner, California Institute of Technology - 1975, Plenum Press, New York and London. - (p.985-1000), англ.
2. Рамер Г. (Rähmer, Hans). СИСТЕМА ПРИВОДА С ПОВЕРХНОСТЯМИ, СОВЕРШАЮЩИМИ МАХОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. МКИ 4 B 64 C 33/02. Заявка № OS 3 608 991 (Z4, T9). УДК 629.7. Публикация № 39 от 24.09.87г.