Электромеханический стенд
ELECTROMECHANICAL BENCH

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов.
Известно устройство для реализации гармонических колебаний модели летательного аппарата вокруг различных осей координат при условии неподвижности ее центра масс относительно потока (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев «Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения», М.: Машиностроение, 1979, с. 349, сс. 32-33), которое содержит устройство крепления верхней части модели к державке, державку, подшипниковое устройство, Г-образную раму, вертикальную штангу, шток, синусный механизм, двигатель, тумбу, размещенные на поворотном круге аэродинамической трубы малых дозвуковых скоростей (патент на изобретение №2441214 «Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных», авторы Колин И.В., Марков В.Г., Лацоев К.Ф., Святодух В.К., Трифонова Т.И.). Для задания вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги имеется горизонтальная штанга, которая соединена с Г-образной рамой и механизмом угловых колебаний модели. Для обеспечения вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги имеется рычаг, соединенный с вертикальной штангой и державкой. Реализация гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену происходит с помощью качалки, контактирующей с Г-образной рамой, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке.
Приведенное устройство-аналог для создания гармонических колебаний модели с одной степенью свободы относительно различных осей координат является весьма трудоемким при проведении динамических экспериментальных исследований боковых нестационарных аэродинамических характеристик из-за наличия большого количества механических узлов и деталей.
За прототип принят электромеханический стенд для проведения динамических испытаний модели летательного аппарата в аэродинамической трубе (патент на полезную модель №179254 «Электромеханический стенд», авторы Марков В.Г., Свергун С.В., Трифонова Т.И., Шуховцов Д.В.), включающий платформу с нижним основанием, на котором размещены электроприводы, блок управления электроприводами, верхнее подвижное основание платформы, раму, один конец которой закреплен на верхнем основании платформы, а другой конец соединен с горизонтальным валом вместе с внутримодельным узлом и динамометром. Г-образная рама выполнена с верхним и нижним подшипниковыми узлами, Устройство крепления Г-образной рамы к электрической платформе включает фланец, болты, стакан, верхнюю платформу, болты, хомут, кронштейн. Электрическая платформа имеет шесть степеней свободы. Нижнее основание платформы размещается на поворотном круге аэродинамической трубы. Фотография устройства-прототипа приведена в приложении. Перед началом работы электрическая платформа стенда устанавливается в нейтральное положение, при котором модель размещается в ядре потока трубы. Управление положением модели производится в соответствии с принимаемыми сетевыми пакетами на управляющем компьютере, в которых задаются шесть координат положения платформы. Размещение на электромеханическом стенде модели в вертикальной плоскости с помощью «Г-образной» рамы позволяет реализовать гармонические колебания модели по тангажу в расширенном диапазоне углов атаки (α≤ ±120°) за счет их задания поворотным кругом аэродинамической трубы.
При определении нестационарных характеристик модели летательного аппарата в продольном канале при неподвижном центре масс электрическая платформа стенда совершает вынужденные угловые колебания с одной степенью свободы вне потока трубы. При определении нестационарных характеристик модели летательного аппарата в боковом канале (по крену и рысканию) для обеспечения условия неподвижности условного центра масс модели необходимо задание сложного многостепенного движения электрической платформы стенда. В этом случае частоты и амплитуды отклонения подвижной платформы ограничиваются динамическими возможностями стенда и оказываются меньше потребных в эксперименте. Также отклонение подвижной платформы по амплитуде колебаний приводит к возмущению потока в рабочей части трубы и погрешностям в измерениях аэродинамических характеристик. Таким образом, реализуемый в эксперименте рабочий диапазон колебаний стенда ограничивался следующими значениями: амплитуда до 5 град, частота 0.5 Гц. Данные факторы являются основными недостатками устройства-прототипа.
Техническим результатом является повышение точности измерения боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик при колебаниях модели по рысканию или крену в расширенном диапазоне амплитуд колебаний (±10 град) и частотах до 1.5 Гц.
Технический результат достигается тем, что в электромеханическом стенде, включающем платформу с нижним основанием, на котором размещены электроприводы, блок управления электроприводами, верхнее подвижное основание платформы, раму, один конец которой закреплен на верхнем основании платформы, а другой конец соединен с горизонтальным валом вместе с внутримодельным узлом и динамометром, на горизонтальном валу установлено устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию. Устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию выполнено в виде установленного посредством кронштейна на раме электропривода и качалки электропривода, соединенной с качалкой горизонтального вала.
На фигурах изображено:
Фиг. 1 - Электромеханический стенд для изучения в аэродинамической трубе нестационарных аэродинамических характеристик летательного аппарата при гармонических колебаниях по рысканию с устройством для создания гармонических колебаний горизонтального вала (вид А).
Фиг. 2 - Электромеханический стенд для изучения в аэродинамической трубе нестационарных аэродинамических характеристик летательного аппарата при гармонических колебаниях по крену.
Фиг. 3 - Фотография устройства для создания гармонических колебаний державки с моделью летательного аппарата.
Фиг. 4 - Фотография фрагмента сложного положения платформы стенда, обеспечивающей угловые колебания модели летательного аппарата по рысканию с амплитудой 4 град при неподвижном центре масс.
Электромеханический стенд включает платформу с нижним основанием 1, на котором размещены электроприводы 2, блок управления электроприводами 3, верхнее подвижное основание платформы 4, нижний подшипниковый узел рамы 5, узел крепления 6 рамы к верхнему основанию платформы 4, кронштейн 7, раму 8, верхний подшипниковый узел рамы 9, горизонтальный вал 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром, модель 11 (фиг. 1). Один конец рамы 8 закреплен с на верхнем основании платформы 4, а другой конец соединен с горизонтальным валом 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром. На горизонтальном валу 10 установлено устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию (вид А на фиг. 1) с электроприводом с блоком управления, размещенное вдоль оси горизонтального вала. Устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию включает электропривод 12, стыковочную пластину 13, болты 14 для соединения стыковочной пластины 13, качалку электропривода 15, подшипник 16, хомут кронштейна 17, болт 18, качалку горизонтального вала 19, кронштейн 20 для соединения качалки горизонтального вала с рамой 8 (фиг. 1). По существу устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию выполнено в виде установленного посредством кронштейна 20 на раме электропривода 12 и качалки электропривода 15, соединенной с качалкой горизонтального вала 19.
Электромеханический стенд с устройством создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию располагается в рабочей части аэродинамической трубы. На фиг. 1 изображены: 21 - сопло трубы, 22 - ядро воздушного потока трубы, 23 - диффузор рабочей части трубы (фиг. 1).
Одностепенные гармонические колебания модели летательного аппарата по крену (фиг. 2) обеспечиваются размещением модели 11 в плоскости горизонта креплением ее хвостовой части на одном конце горизонтального вала 10 электромеханического стенда с помощью того же устройства для создания гармонических колебаний горизонтального вала, приведенного на фиг. 1, вид А.
Электромеханический стенд с шестью степенями свободы для исследования боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик методом вынужденных колебаний модели летательного аппарата по рысканию работает следующим образом (фиг. 1). Модель 11 жестко закрепляют на горизонтальном валу 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром, соединенным с одним концом рамы 8, которая другим концом неподвижно закрепляется на верхнем основании платформы 4 через узел крепления 6. Перед началом работы электрическая платформа (она включает нижнее основание 1, электроприводы 2, блок управления электроприводами 3, верхнее основание 4) устанавливается в нейтральное положение, при котором модель 11 размещается в ядре потока трубы 22. Затем включается устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию с помощью установленного на раме электропривода 12 и качалки электропривода 15, соединенной с качалкой горизонтального вала 19. Диапазон углов рыскания и крена с помощью устройства для создания гармонических колебаний державки электромеханического стенда расширяется до пределов β≤ ±45°. Фрагмент устройства для создания гармонических колебаний по рысканию горизонтального вала с моделью летательного аппарата на электромеханическом стенде показан на фотографии, приведенной на фиг. 3.
Применение в электромеханическом стенде данного устройства решает две проблемы.
Во-первых, позволяет расширить экспериментальный амплитудно-частотный диапазон колебаний стенда: по амплитуде до 10 град и по частоте до 1.5 Гц, что увеличивает диапазон исследований и точность определения боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик.
Во-вторых, исключает возмущение платформой воздушного потока в рабочей части аэродинамической трубы при сложном положении платформы в случае колебаний модели летательного аппарата по рысканию с амплитудой 4 град при неподвижном центре масс (фиг. 4).
Преимуществом электромеханического стенда для исследования боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик является повышение точности измерения характеристик за счет повышения функциональных возможностей устройства, заключающееся в реализации гармонических законов движения модели по крену и рысканию в расширенном диапазоне углов скольжения и крена, что важно для исследования задач динамики полета летательного аппарата.
Изготовлен опытный образец электромеханического стенда, на котором были проведены испытания модели летательного аппарата в аэродинамической трубе, получены положительные результаты, подтвердившие вышеуказанный технический результат.