АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБТЕКАНИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AERODYNAMIC STAND FOR INVESTIGATION OF THE FEATURES OF FLOW AROUND A MULTI-ENGINE POWER PLANT DURING AIRCRAFT MOTION

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и может быть использовано для исследования условий вихреобразования, и попадания посторонних предметов в воздухозаборники многодвигательной силовой установки летательного аппарата.
Более близким по технической сущности к заявленному изобретению является аэродинамический стенд для исследования особенностей обтекания многодвигательной силовой установки (RU 2755874 C1, G01M 9/00, 22.09.2021).
Аэродинамический стенд содержит каркас, состоящий из вертикальной и горизонтальной рам, соединенных между собой во взаимно перпендикулярных плоскостях, первую мотогондолу с воздухозаборником, снабженным элементом прососа воздуха через него, установленную на вертикальную раму, неподвижный экран, установленный под мотогондолой на горизонтальной раме, емкость с флуоресцентным веществом, расположенную под входной частью воздухозаборника, накопительное устройство, установленное в выходной части мотогондолы, и механизм создания внешнего воздушного потока с возможностью управления его направлением, скоростью и степенью неравномерности и средство фото-/видеофиксации. Дополнительно стенд содержит вторую мотогондолу с воздухозаборником, при этом каждая мотогондола снабжена механизмами поперечного и вертикального возвратно-поступательного движения, а воздухозаборники установлены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с фиксацией заданного угла и в продольной оси относительно друг друга.
Недостатком известного устройства является низкая функциональность, обусловленная тем, что на образования приземных вихрей под воздухозаборниками оказывает влияние движение летательного аппарата по аэродрому, и низкая технологичность устройства, которая заключается в увеличении времени размещения посторонних предметов при подготовке к исследованию и проведении серии исследований.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение функциональности стенда при проведении исследований обтекания многодвигательной силовой установки при различных режимах работы двигателей и различных внешних условиях, и технологичности при проведении исследований.
Технический результат достигается тем, что в известный аэродинамический стенд, содержащий каркас, состоящий из вертикальной и горизонтальной рам, соединенных между собой во взаимно перпендикулярных плоскостях, модели первой и второй мотогондол с воздухозаборниками, снабженными элементом прососа воздуха через них, установленными на вертикальную раму, накопительное устройство, установленное в выходной части мотогондол, каждая из которых снабжена механизмами поперечного и вертикального возвратно-поступательного движения с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с фиксацией заданного угла и в продольной оси относительно друг друга, механизм создания внешнего воздушного потока с возможностью управления его направлением, скоростью и степенью неравномерности и средство фото-/ видеофиксации, что дополнительно под моделями первой и второй мотогондол на горизонтальную раму установлен блок имитации движения поверхности аэродрома, снабженный блоком выкладки посторонних предметов.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно под моделями первой и второй мотогондол на горизонтальную раму установлен блок имитации движения поверхности аэродрома, снабженный блоком выкладки посторонних предметов.
Введение блока имитации движения поверхности аэродрома обеспечивает исследование процесса вихреобразования и особенностей обтекания силовой установки при движении летательного аппарата по летному полю во время руления, разбега на взлете и пробега на посадке с учетом изменения толщины пограничного слоя и его влияния на формирование системы вихрей, образующихся на входе перед воздухозаборниками. Размещение посторонних предметов осуществляется с помощью блока выкладки посторонних предметов с целью задания требуемого расстояния между посторонними предметами, а также распределения такого параметра, как относительная частота появления соответствующего типа постороннего предмета по ширине рулежной дрожки или взлетно-посадочной полосы. При проведении испытания, когда необходимо имитировать движение летательного аппарата, время подготовки сокращается за счет непрерывной подачи посторонних предметов на блок имитации движения поверхности аэродрома.
Структурная схема аэродинамического стенда в трех проекциях приведена на фиг. 1, где обозначено:
а - вид спереди; б - вид сбоку; в - вид сверху; 1 - блок имитации движения поверхности аэродрома; 2 - мотогондола с воздухозаборником; 3 - устройство прососа воздуха через воздухозаборник; 4 - горизонтальная рама; 5 - вертикальная рама; 6 - механизм поперечного возвратно-поступательного движения; 7 - механизм вертикального возвратно-поступательного движения; 8 - блок выкладки посторонних предметов; 9 - механизм создания внешнего воздушного потока.
Назначение блока имитации движения поверхности аэродрома 1 и блока выкладки посторонних предметов 8 ясно из названия. Блок имитации движения поверхности аэродрома 1 может быть выполнен в виде ленточного транспортера ЛТ-3 «Лайт» [URL: https://denkar.ru/catalog/lentochnyj-transporter-lt-3-lajt/дата обращения 29.09.2021]. Блок выкладки посторонних предметов 8 может быть выполнен в виде неподвижного полого цилиндра [URL: https://market.severstal.com/ru/ru/o/e/4078/дата обращения 29.09.2021] с противоположно расположенными сквозными отверстиями на нижней и верхней стороне, который закреплен перпендикулярно направлению перемещения ленточного транспортера, при этом внутри цилиндра размещается вращающийся вал [URL: https://darxton.ru/catalog_item/val-polirovannyy-napravlyayushchiy-40-mm-iz-podshipnikovoy-stali/дата обращения 29.09.2021] с несквозными отверстиями, расположенными в одних и тех же вертикальных плоскостях, параллельных плоскости XOY, что и отверстия в цилиндре. При этом вал соединен с роликом [URL: https://mir-podshipnikov.info/76-opornye-i-khodovye-roliki/дата обращения 29.09.2021], опирающимся на поверхность ленточного транспортера. Над неподвижным полым цилиндром закрепляется емкость с флуоресцентным веществом.
Аэродинамический стенд работает следующим образом.
Объект исследования (мотогондолы с воздухозаборниками выбранного размера и формы) закрепляется на направляющих механизма продольного возвратно-поступательного движения. Далее следует этап выбора начальных условий: оператор приводит в действие механизм вертикального возвратно-поступательного движения устанавливает необходимое расстояние по оси OY между экраном и каждым воздухозаборником. Далее оператор приводит в действие механизм поперечного возвратно-поступательного движения и устанавливает расстояние между воздухозаборниками по оси OZ. На заключительном шаге этапа выбора начальных условий оператор устанавливает индивидуальное расстояние по оси ОХ между входными сечениями воздухозаборников и угол наклона воздухозаборников в вертикальной плоскости относительно оси OZ. Следующим этапом является заполнение емкости блока выкладки посторонних предметов флуоресцентным веществом и выбор закона распределения относительной частоты появления соответствующего типа постороннего предмета по ширине рулежной дрожки или взлетно-посадочной полосы с помощью открытия/закрытия отверстий в нижней части цилиндра.
Далее следует проведение исследований.
Оператор с помощью устройства прососа воздуха через воздухозаборник, являющегося индивидуальным для каждой мотогондолы, устанавливает необходимый расход воздуха через модель силовой установки летательного аппарата, тем самым имитируя требуемый режим ее работы. Оператор приводит в действие блок имитации движения поверхности аэродрома. При этом движение поверхности через ролик, который опирается на нее, вызывает вращение вала в блоке выкладки посторонних предметов. При совпадении отверстий в цилиндре и отверстий на валу флуоресцентное вещество из емкости заполняет полости, образованные несквозными отверстиями. При дальнейшем вращении вала в момент совпадения данных несквозных отверстий с нижними отверстиями цилиндра флуоресцентное вещество размещается на движущуюся поверхность блока имитации движения аэродрома. При заданных начальных условиях расположения мотогондол и достижении критического отношения скорости воздушного потока на входе в воздухозаборник к скорости воздушного потока вне воздухозаборника образуется приземный вихрь, являющийся причиной попадания посторонних предметов в силовую установку. Динамическая визуализация процесса образования приземного вихря осуществляется за счет подхвата флуоресцентного вещества, которое попадает в область вихреобразования при перемещении ленты блока имитации движения поверхности аэродрома. Процесс образования приземного вихря, взаимодействия вихревых структур между воздухозаборниками, подхвата флуоресцентных частиц, выступающих в качестве посторонних предметов, фиксируется видеозаписывающей системой для дальнейшего анализа процесса вихреобразования.
После завершения исследований происходит взвешивание вещества, попавшего в накопительное устройство каждой мотогондолы.