Устройство для измерения нагрузок планирующего парашюта в аэродинамической трубе
DEVICE FOR MEASURING THE LOADS OF A GLIDING PARASHUTE IN A WIND TUNNEL

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для измерения аэродинамических нагрузок, действующих на купол планирующего парашюта (ГШ) в потоке аэродинамической трубы (АДТ) при различных углах атаки и скольжения.
Известно, принятое в качестве аналога устройство для измерения боковых аэродинамических характеристик планирующего парашюта в АДТ (патент РФ RU 2072947 С1, авторы Шилов А.А., Носков Г.П. др.). Устройство содержит две наклонные опорные балки, к верхней части которых прикреплены две продольные балки, на концах которых размещаются верхние тензовесы, поддерживающие траверсы. К траверсам стропами-завязками крепится нижний край концевых нервюр купола ПП, стропы которого закреплены на нижней части наклонных опорных балок. Устройство имеет недостатки. Используемые верхние тензовесы - многокомпонентные, измеряющие, как минимум, три силы (подъемную, боковую и силу сопротивления), величина которых зависит от площади ПП, его аэродинамических характеристик и скорости потока. Весы подбираются или изготавливаются индивидуально для испытываемого парашюта и требуют регулярной (раз в год) поверки на специальном стенде. Это увеличивает стоимость и время подготовки эксперимента. Возможность перенастройки многокомпонентных верхних весов на другие нагрузки отсутствует. В случае несоответствия нагрузок необходимо разрабатывать и изготавливать новые весы, а при испытаниях новых образцов ПП нагрузки заранее неизвестны.
Известно, принятое в качестве прототипа устройство для измерения аэродинамических характеристик планирующего парашюта в аэродинамической трубе (патент РФ №2655713 от 06.07.2017 г., Носков Г.П., Свириденко А.Н., Сойнов А.И.). Устройство содержит основание с закрепленными на нем шарнирно двумя телескопическими наклонными опорными балками с прикрепленными к ним шарнирно продольными балками с верхними тензовесами, к которым крепятся траверсы с механизмами фиксации концевых строп планирующего парашюта с приводами фиксации. Устройство имеет недостатки. Используемые верхние тензовесы должны быть многокомпонентными, так как искомые нагрузки действуют по продольной, боковой и вертикальной осям, они сложны в изготовлении (используется электроэррозионная обработка металла) и в эксплуатации - требуют регулярной (раз в год) поверки на градуировочном стенде, лишены универсальности, так как предназначены для проведения эксперимента с парашютами одной площади в фиксированных диапазонах скоростей потока и углов атаки. Использование многокомпонентных верхних тензовесов увеличивает стоимость и время подготовки к эксперименту за счет конструирования, изготовления, выявления взаимного влияния компонентов на специальном стенде. Погрешность измерений некоторых компонентов нагрузки может быть значительной вследствие неоптимального выбора диапазонов измерения. Измеряемые нагрузки могут быть малы, либо находиться вблизи предельно допустимых значений. При предельных деформациях измерительных элементов весы становятся непригодными ни к эксплуатации, ни к ремонту. Замена многокомпонентных тензовесов требует времени и материальных затрат, так как парк идентичных тензовесов или крайне ограничен, или отсутствует.
Настоящее изобретение направлено на снижение стоимости подготовки эксперимента, уменьшение времени подготовки, упрощение конструкции весов и их обслуживания между экспериментами, на повышение точности измерений за счет возможности подбора нужного диапазона измерений.
Задачей и техническим результатом устройства является:
- повышение точности измерений нагрузок за счет возможности подбора диапазонов измерений.
Кроме того, задачей, решаемой устройством, является упрощение конструкции и обслуживания весов, а также уменьшение стоимости и времени подготовки эксперимента;
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения нагрузок планирующего парашюта в аэродинамической трубе, содержащее основание с двумя телескопическими наклонными опорными балками, соединенными шарнирно с основанием и с продольными балками, закрепленные на продольных балках верхние тензовесы, к которым крепятся траверсы с механизмами фиксации строп планирующего парашюта, так что каждая продольная балка, выполненная в виде П-образной рамки, жестко соединенной на концах с двумя Г-образными кронштейнами, связана с траверсой посредством верхних однокомпонентных тензовесов растяжения-сжатия, закрепленных на концах траверсы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, причем продольные оси двух верхних тензовесов, измеряющих продольную силу, соосны траверсе, оси двух других, измеряющих боковую силу, перпендикулярны траверсе и расположены в плоскости продольной балки, а оси еще двух верхних тензовесов, измеряющих вертикальную силу и соединенных с Г-образными кронштейнами, перпендикулярны плоскости продольной балки, причем верхние тензовесы прикреплены к продольным балкам и траверсам трехстепенными шарнирами.
Технический результат достигается и тем, что траверсы снабжены противовесами.
Технический результат достигается и тем, что центр тяжести каждой траверсы с механизмом фиксации строп и противовесом совмещен с продольной осью траверсы.
Перечень фигур:
Фиг. 1. Схема предлагаемого устройства (вид по потоку АДТ).
Фиг. 2. Схема предлагаемого устройства (вид сверху).
Устройство состоит из двух телескопических наклонных опорных балок 1, закрепленных на основании 2 с помощью шарниров угла атаки и скольжения с электроприводами (не показаны). К верхней части каждой наклонной опорной балки 1 с помощью шарнира 3 прикреплена продольная балка 4 П-образной формы с двумя Г-образными кронштейнами 5, жестко соединенными с продольной балкой 4 на ее концах. С каждой продольной балкой 4 соединена траверса 6 с помощью однокомпонентных верхних тензовесов 7, 8, 9 растяжения-сжатия на каждом конце траверсы 6. Верхние тензовесы 7, 8, 9 расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, так что двое верхних тензовесов 7 на концах траверсы 6, измеряющих продольную силу, соосны траверсе 6, двое тензовесов 8, измеряющих боковую силу, перпендикулярны оси траверсы 6 и расположены в плоскости продольной балки 4, двое верхних тензовесов 9, измеряющих вертикальную силу, перпендикулярны плоскости продольной балки 4 и соединены с концами Г-образных кронштейнов 5. Оси верхних тензовесов 8, 9, перпендикулярные траверсе 6, лежат в одной плоскости, при этом обработка данных упрощается, но возможен случай, когда они находятся в разных плоскостях. Все верхние тензовесы 7, 8, 9 соединены с траверсами 6, с продольными балками 4 и Г-образными кронштейнами 5 с помощью шаровых - трехстепенных шарниров 10. Так как крепление верхних тензовесов 7, 8, 9 к продольным балкам 4 и траверсам 6 шарнирное, тензовесы нагружаются вдоль своих осей, а благодаря размещению их вдоль трех взаимно перпендикулярных осей координат они измеряют продольную, боковую и вертикальные силы, действующие на ПП 13. Траверсы 6 жестко соединены с механизмами фиксации 11 строп 12 парашюта 13 в его концевых нервюрах и снабжены противовесами 14. Центр тяжести каждой траверсы 6 с механизмом фиксации 11 строп 12 и противовесом 14 совмещен с продольной осью траверсы 6. Благодаря этому верхние тензовесы 8 и 9 не нагружаются изгибающими моментами, а верхние тензовесы 7 - моментом кручения. Все верхние тензовесы 7, 8, 9 связаны кабельной сетью, размещенной внутри телескопических наклонных опорных балок 1, с информационно-измерительной системой (ИИС) в кабине управления АДТ (не показаны). Подъемная сила (вертикальная) ПП измеряется верхними тензовесами 9 и нижними тензовесами 15, установленными между коушами строп 12 и платформой 16, которая перемещается при изменении углов атаки или скольжения совместно с наклонными опорными балками 1 и ПП 13.
Устройство функционирует следующим образом. Перед началом эксперимента подбирают вес противовесов 14, обеспечивая нейтральную центровку траверс 6. Далее в отсутствии потока АДТ замеряют составляющие нагрузки верхних тензовесов 7, 8, 9 и нижних тензовесов 15 от сил веса связанных с весами элементов, проходя все необходимые углы атаки с помощью привода углов атаки. После наполнения парашюта 13 в пробном пуске регулируют длину телескопических наклонных опорных балок 1 и положение шарнира 3, фиксируют стропы 12 механизмами фиксации 11 и измеряют аэродинамические и весовые нагрузки верхними тензовесами 7, 8, 9 во всем диапазоне углов атаки при промежуточной скорости потока, меньшей максимальной. Замеренные нагрузки пересчитывают на максимальную скорость (пропорционально скоростному напору) и, если они соответствуют выбранным диапазонам измерений верхних тензовесов 7, 8, 9, начинают эксперимент. В случае несоответствия нагрузок производят замену верхних тензовесов 7, 8, 9 на другие. После подбора рабочего варианта весов 7, 8, 9 реализуют программу испытаний, изменяя углы атаки. Далее меняют скорость потока, угол скольжения, положение строп управления ПП.
С помощью видеосъемки определяют геометрию устройства, необходимую для расшифровки данных эксперимента. При обработке данных вычитают весовые нагрузки из замеренных нагрузок с потоком, суммируют одноименные аэродинамические нагрузки верхних тензовесов 9 и нижних тензовесов 15, вычисляют проекции сил на плоскость симметрии ПП и на перпендикулярную ей плоскость, делят на скоростной напор и площадь ПП, получают коэффициенты сил - подъемной, силы сопротивления, боковой.
Таким образом, предложенная конструкция позволяет провести необходимые измерения: подъемной силы (вертикальной), силы сопротивления и боковой силы, используя в качестве верхних тензовесов 7, 8, 9 однокомпонентные тензовесы. Однокомпонентные тензовесы выпускаются рядом специализированных отечественных предприятий на разные нагрузки, их стоимость на два порядка меньше, чем конструирование, изготовление и получение рабочих формул многокомпонентных тензовесов на градуировочном стенде.
Устройство позволяет упростить конструкцию и обслуживание верхних тензовесов 7, 8, 9, уменьшить стоимость и время подготовки эксперимента, повысить точность измерений нагрузок за счет подбора нужного диапазона измерений каждых тензовесов.
Список позиций
1 - наклонная опорная балка
2 - основание
3 - шарнир
4 - продольная балка
5 - Г-образный кронштейн
6 - траверса
7 - верхние тензовесы, измеряющие продольную силу
8 - верхние тензовесы, измеряющие боковую силу
9 - верхние тензовесы, измеряющие вертикальную силу
10 - трехстепенной шарнир верхних тензовесов
11 - механизм фиксации строп
12 - стропы
13 - планирующий парашют
14 - противовес
15 - нижние тензовесы
16 - платформа.