АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБТЕКАНИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ
AERODYNAMIC STAND FOR STUDYING THE FLOW CHARACTERISTICS OF A MULTI-ENGINE POWER PLANT

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 установка для аэродинамических испытаний моделей воздухозаборника двигателя летательного (патент RU 2349888 С2, G01M 9/00, 28.03.2009).
Установка содержит модель мотогондолы с воздухозаборником, систему, обеспечивающую просос воздуха через воздухозаборник, неподвижный экран, имитирующий взлетно-посадочную полосу, емкость, расположенную под входной частью воздухозаборника, с веществом, на которое воздействует вихревой поток, возникающий под воздухозаборником, накопительное устройство, установленное в выходной части модели, и вентиляторной установкой, имитирующей для модели внешний регулируемый воздушный поток различной направленности, скорости и степени неравномерности. В емкость помещены твердые частицы с выбранными из условия подобия формой и размерами, покрытые флуоресцентной краской, вокруг емкости уложен слой таких же твердых частиц без покрытия, образующих вместе с твердыми частицами в емкости общую поверхность, имитирующую поверхность взлетно-посадочной полосы. Дополнительно установка снабжена источником света, обеспечивающим возникновение эффекта флуоресценции, и средствами фото- и/или видеофиксации траектории светящихся частиц.
В качестве твердых частиц предпочтительно использовать промытый речной песок, просеянный на калибрующих ситах. Фиксацию траектории светящихся частиц при эксперименте осуществляют посредством видеозаписывающей системы. При этом по завершении эксперимента определяют массу вещества, попавшего в накопительное устройство, установленное в выходной части мотогондолы.
Недостатком известного устройства является низкая технологичность, которая заключается в увеличении времени задания начальных условий при подготовке к исследованию и проведении серии исследований, и низкая функциональность устройства, обусловленная тем, что два воздухозаборника оказывают взаимное влияние на приземные вихри, образующиеся под ними.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение технологичности при проведении исследований, функциональности стенда при проведении исследований обтекания многодвигательной силовой установки при различных режимах работы двигателей и различных внешних условиях.
Технический результат достигается тем, что в известную установку для определения интенсивности вихря (вихрей) под воздухозаборником, содержащую 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, согласно изобретения, дополнительно введена вторая мотогондола с воздухозаборником, при этом каждая мотогондола снабжена механизмами поперечного и вертикального возвратно-поступательного движения, воздухозаборники установлены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с фиксацией заданного угла и в продольной оси относительно друг друга.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введена вторая мотогондола с воздухозаборником, при этом каждая мотогондола снабжена механизмами поперечного и вертикального возвратно-поступательного движения, воздухозаборники установлены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с фиксацией заданного угла и в продольной оси относительно друг друга.
Введение второй мотогондолы с воздухозаборником обеспечивает проведение исследований процесса вихреобразования и особенностей обтекания силовой установки, имеющей в своем составе два и более двигателя. Перемещение мотогондол многодвигательной силовой установки осуществляется с помощью механизма возвратно-поступательного движения. Перемещение относительно оси OY осуществляется с помощью механизма вертикального возвратно-поступательного движения с целью изменения расстояния между экраном и входом в воздухозаборник, оказывающего влияние на вихрь. Перемещение кронштейнов крепления воздухозаборников относительно оси OZ осуществляется с помощью механизма поперечного возвратно-поступательного движения с целью изменения расстояния между воздухозаборниками, оказывающего влияние на вихрь. Выбор заданного угла воздухозаборников в вертикальной плоскости осуществляется путем их вращения относительно оси OZ с дальнейшей фиксацией. Также их положение по оси ОХ осуществляется с помощью перемещения воздухозаборников в продольном направлении относительно друг друга. При проведении серии исследований, когда необходимо изменять положение воздухозаборников, время подготовки к исследованию сокращается за счет перемещения воздухозаборника относительно одной из плоскостей, при этом другие настройки в корректировке не нуждаются.
Структурная схема аэродинамического стенда в двух проекциях приведена на фигуре, где обозначено:
а - вид спереди; б - вид сбоку; в - вид сверху; 1 - неподвижный экран; 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 - емкость с флуоресцентным веществом; 9 - механизм создания внешнего воздушного потока.
Назначение механизма поперечного возвратно-поступательного движения 6 и механизма вертикального возвратно-поступательного движения 7 ясно из названия. Механизмы возвратно-поступательного движения могут быть выполнены в виде модулей линейного перемещения на рельсовых направляющих СТМ 2/СТМУ 2 [URL: http://zaozmi.ru/catalog/linear_module/ctm.html дата обращения 08.09.2020] с шаговыми электродвигателями [URL: https://3d-diy.ru/wiki/cnc/stepper-motor/ дата обращения 08.09.2020]. Угловое перемещение воздухозаборников может быть реализовано путем их соединения в виде шарнирного наконечника ISB TSM6C [URL: https://www.vseinstrumenti.ru/rashodnie-materialy/instrument/podshipniki/sharnirnye-nakonechniki/isb/tsml12-680601165/ дата обращения 15.09.2020]. Перемещение воздухозаборников в продольной оси может быть реализовано за счет их передвижения по рельсовым направляющим полного выдвижения Fit L-500 45 03.150.500 ZN [URL: https://www.vseinstrumenti.ru/krepezh/furnitura/mebelnaya-furnitura/mebelnyj/napravlyayuschie/fit/1-500-45-polnogo-vydvizheniya-03-150-500-zn/ дата обращения 15.09.2020].
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.
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. 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. 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.