Устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы
DEVICE FOR CHANGING POSITION OF MODEL IN WORKING PART OF AERODYNAMIC PIPE

Предложение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы.
Известны устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы, содержащие узел крепления державки для установки модели, который посредством пилона соединен с кареткой, взаимодействующей с приводом и направляющими в виде сегмента окружности, обеспечивающими перемещение каретки и поворот державки модели в требуемом диапазоне углов в продольной вертикальной плоскости - плоскости углов атаки модели α, причем указанные направляющие снабжены дополнительными приводами и направляющими для обеспечения продольного (по направлению потока - ось х) и вертикального (ось у) перемещений пилона и державки модели и их поворота вокруг вертикальной оси - в плоскости углов скольжения β (см., например, В.А. Козловский, В.И. Лагутин и др. Модернизация трансзвуковой аэродинамической трубы переменной плотности У-21. Космонавтика и ракетостроение, ЦНИИмаш, 2016, вып.5(90), с. 124-137).
Недостатками устройств такого типа являются их громоздкость, значительная масса и недостаточное быстродействие. Кроме того, задание углов β путем поворота пилона вокруг вертикальной оси приводит к нежелательному дополнительному загромождению потока в рабочей части аэродинамической трубы.
Известно устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы (см. патент РФ №2629696, 2016 г., МПК G01M 9/04), выбранное в качестве прототипа и содержащее узел крепления державки с моделью, выполненный с возможностью поворота державки вокруг ее продольной оси, две пары шарниров, размещенных симметрично относительно вертикальной  плоскости на узле крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, причем шарниры, расположенные на его хвостовой части, смещены по вертикали относительно продольной оси на расстояние, соответствующее максимальному повороту узла крепления в вертикальной плоскости, и стойки обтекаемой формы, взаимодействующие с одной стороны с указанными шарнирами, а с другой стороны - с каретками, снабженными автономными приводами, и продольными направляющими, закрепленными в рабочей части.
Устройство обладает сравнительно небольшой массой, обеспечивает изменение положений модели по осям х, у и углам атаки α и крена ϕ (вокруг оси x).
В силу своих конструктивных особенностей и наличия большого числа шарниров и люфтов в них устройство обладает недостаточной жесткостью и точностью позиционирования модели, при этом его управление, требующее одновременного функционирования трех приводов, достаточно сложно и ненадежно.
Задачами, на решение которых направлено данное предложение, являются повышение жесткости устройства, точности позиционирования модели в рабочей части аэродинамической трубы и упрощение управления.
Технический результат, который достигается данным предложением, заключается в повышении жесткости механизма за счет уменьшения числа шарнирных и подвижных соединений и упрощения управления.
Этот результат достигается тем, что в устройстве для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы, содержащем узел крепления державки с моделью, выполненный с возможностью поворота державки вокруг ее продольной оси, две пары шарниров, размещенных симметрично относительно вертикальной плоскости на узле крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, причем шарниры, расположенные на его хвостовой части, смещены по вертикали относительно продольной оси на расстояние, соответствующее максимальному повороту узла крепления в вертикальной плоскости, и стойки обтекаемой формы, взаимодействующие с одной стороны с указанными шарнирами, а с другой стороны - с каретками, снабженными автономными приводами, и продольными направляющими, закрепленными в рабочей части, указанные стойки передних шарниров на узле крепления державки соединены с кареткой жестко, а стойка шарниров хвостовой части узла крепления соединена с этой же кареткой с помощью шарнира и снабжена механизмом изменения ее длины с дополнительным автономным приводом, при этом указанная каретка с соединенными с ней стойками посредством введенной дополнительно вертикальной направляющей установлена на каретке, размещенной на указанных продольных направляющих.
Техническая сущность предложения заключается в разделении обеспечения функций вертикального и продольного перемещений державки с моделью и ее угловых перемещений (что упрощает управление) и повышении жесткости устройства за счет создания более жесткой опорной структуры для основного несущего шарнира устройства.
а
Фигуры 1 и 2 поясняют существо предложения. На фиг. 1 показан общий вид устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы при различных положениях модели: вне потока (), в потоке аэродинамической трубы при угле атаки α=0 (б) и в потоке аэродинамической трубы при угле атаки α=max (в). На фиг. 2 представлен продольный разрез узла крепления модели.
Устройство для изменения положения испытываемой модели размещено в рабочей части аэродинамической трубы между соплом 1 и диффузором 2 и содержит узел крепления 3 державки 4, на которой закреплена испытываемая модель 5. Узел крепления 3 с помощью передних 6 и задней 7 стоек и двух передних 8 и двух задних 9 шарниров, установленных симметрично в вертикальной плоскости на узле крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, соединен с кареткой 10, размещенной на вертикально установленной направляющей 11 и взаимодействующей с автономным приводом (типа «винт-гайка») ее вертикального перемещения 12. Шарниры 9 смещены по вертикали относительно продольной оси узла крепления 3 и державки 4 на расстояние, соответствующее их максимальному повороту в вертикальной плоскости. Передние стойки 6 обтекаемой формы жестко связаны с кареткой 10 и при виде устройства по направлению потока образуют вместе с поверхностью каретки треугольную жесткую структуру. Направляющая 11 установлена на каретке 13, взаимодействующей с автономным приводом продольного перемещения 14 и горизонтальными продольными направляющими 15, закрепленными симметрично относительно вертикальной плоскости в рабочей части аэродинамической трубы. Задняя стойка 7 обтекаемой формы соединена с кареткой 10 посредством шарнира 16 и снабжена механизмом изменения ее длины 17, управляемым автономным приводом 18.
Державка 4 для крепления испытываемой модели 5 размещена в узле крепления 3 с помощью подшипников 19 (фиг. 2), обеспечивающих возможность ее поворота вокруг продольной оси и снабжена автономным управляемым приводом 20 осевого поворота державки для задания требуемого угла крена ϕ испытываемой модели 5.
Работа устройства осуществляется с помощью программно-управляемых приводов 12, 14, 18 и 20 следующим образом.
а
Перед началом испытаний в аэродинамической трубе устройство с установленной на нем испытываемой моделью 6 находится в рабочей части 1 аэродинамической трубы в положении) - фиг. 1 при α=0, при этом модель 5 и устройство в рабочей части занимают соответствующее продольное и вертикальное положение, обеспеченное каретками и приводами 13 и 14, 10 и 12 и во время запуска и выхода аэродинамической трубы на расчетный режим модель изолирована от воздействия рабочего потока из сопла 1 и пусковых перегрузок.
Далее производят перемещение модели 5 в поток. Для этого с помощью автономного привода 12 осуществляют вертикальное программно-управляемое перемещение каретки 10 и державки 4 с моделью 5 по направляющей 11 в положение б) - фиг. 1.
Задание модели углов атаки α производят изменением длины стойки 8 с помощью механизма 17 и привода 18. Показанное на фиг. 1 положение в) модели 5 условно соответствует максимальному значению угла атаки α=max. Размещение модели в соответствующих зонах рабочего потока и задание модели 5 и державке 4 требуемых положений по координатам х и у осуществляют соответствующим программно-управляемым смещением кареток 13 и 10 по их горизонтальным 15 или вертикальной 11 направляющим с помощью приводов 14 или 12. При совместной работе приводов 12, 14 и 18 имеется возможность осуществлять поворот модели по углу атаки а относительно заданной точки поля потока (например, центра окна оптического прибора визуализации картины обтекания модели).
α
α
В рассматриваемой конструкции (так же, как и в прототипе) предусмотрена возможность задания значения минимального угла атаки , немного отличающегося от нулевого (~ - 5°), при необходимости полный диапазон отрицательных углов атаки =min модели 5 может быть обеспечен ее поворотом на угол ϕ=180° в положении α=max.
Задание державке 4 и модели 5 требуемых углов крена ϕ осуществляют с помощью привода 20 в любом из положений модели по х, у и углу атаки α.
а
Перед сходом с режима аэродинамической трубы устройство соответствующим программно-управляемым смещением кареток 10 и 13 и изменением длины стойки 7 с помощью механизма 17 возвращают в положение б) - фиг. 1 (при положении модели α=0), а затем переводят в исходное положение ) - фиг. 1 вне потока аэродинамической трубы.
Таким образом, разработанная конструкция устройства обеспечивает требуемые функции при повышенной его жесткости (и, как следствие, повышенной точности позиционирования испытываемой модели) и упрощении управления.