СТЕНД ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СВЕРХЛЕГКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проведении аэродинамических испытаний сверхлегких летательных аппаратов (СЛА).

За рубежом созданы стенды для аэродинамических испытаний СЛА. Известна тележка [1] буксируемая легковым автомобилем по аэродрому. Испытательная тележка оснащена стрелой, на которой закреплен дельтаплан в точке подвески пилота. В точке крепления дельтаплана имеется динамометр, который позволяет снимать значения составляющей аэродинамической силы в направлении движения и перпендикулярной составляющей. Рулевая трубка трапеции дельтаплана закреплена на стойке в двух точках, которые также оснащена динамометрами. Для простоты использованы динамометры с тензометрами омического сопротивления. При движении тележки моделируется полет, записывается величины сил, действующих на планер при определенном угле установки киля.

Отмечается, что буксирующий автомобиль создает искажение воздушного потока, действующего на дельтаплан, а также оказывает влияние экранный эффект и колебания всей системы, т.е. условия испытаний не вполне соответствуют реальным. Нагрузки в элементах конструкции исследуемого объекта при испытаниях не регистрируются.

В США создана система аэродинамических испытаний на базе тяжелого мощного автомобиля [2] Система состоит из мачты для крепления объекта испытаний, шестикомпонентных тензовесов в миниЭВМ. Мачта установлена на кузове автомобиля. Шестикомпонентные тензовесы закреплены на мачте и имеют универсальную зажимную систему с механизмом перестановки угла атаки. Дельтаплан выставляется на весах посредством универсальной зажимной системы, фиксирующей килевую трубку дельтаплана и две боковые трубки рулевой трапеции. При установке мачта опускается вниз, а затем поднимается и фиксируется в рабочем положении. Испытания проводятся по ровной дороге, преимущественно в безветренную погоду. Показания тензовесов, в конструкцию которых входят датчики усилий, передаются на миниЭВМ. Информация выводится на дисплей по ходу испытаний и сразу же обрабатывается.

Такой стенд удобен, но дорог и не окупает себя, т.к. диапазон использования стенда ограничен лишь аэродинамическими испытаниями, кроме того, также отмечается влияние заторможенного автомобилем потока воздуха на испытуемый объект, т.е. условия испытания не соответствуют реальным.

При разработке заявляемого стенда была поставлена задача: исключить влияние заторможенного автомобилем потока воздуха на исследуемый объект, т. е. приблизить условия испытания к реальным, а также расширить функциональные возможности стенда, обеспечивая возможность наряду с получением аэродинамических характеристик исследовать и нагрузки, действующие в элементах конструкции.

Для этого в известном стенде для аэродинамических испытаний СЛА, содержащем мачту с системами крепления объекта испытаний и задания угла атаки, установленными на транспортном средстве, датчики усилий и регистратор сигналов, дополнительно установлен аэродинамический экран в виде откидной площадки, шарнирно закрепленной впереди над транспортным средством посредством стоек и раскосов и связанной блочно-тросовой системой с лебедкой. При этом мачта с системами крепления объекта испытаний и задания угла атаки находятся над экраном и жестко закреплены на нем. На силовых элементах летательного аппарата установлены тензодатчики, связанные с регистрирующей аппаратурой.

Установка аэродинамического экрана над автомобилем создает существенно лучшие условия обтекания потоком невозмущенного воздуха испытуемого объекта, а размещение тензодатчиков на испытуемом объекте позволяет проводить регистрацию нагрузок, действующих в элементах конструкции, в совокупности с аэродинамическими нагрузками, что позволяет приблизить условия испытания к реальным и расширить функциональные возможности стенда, т.е. более полно проводить исследования летной годности СЛА.

На фиг. 1 изображен общий вид стенда, где:
1 откидная площадка;
2 силовая ферма;
3 стойка откидной площадки;
4 раскос;
5 мачта;
6 система задания угла атаки;
7 лебедка;
8 сектор;
9 измерительная стойка.

Стенд выполнен на базе тяжелого автомобиля с кунгом, например, на ГАЗ-66 (см. фиг. 1), позволяющего развивать скорость до 100 км/час. Стенд состоит из откидной площадки 1, шарнирно закрепленной на силовой ферме 2. Откидная площадка 1 представляет собой аэродинамический экран, установленный на стойках 3 с раскосами 4 над кабиной автомобиля. Стойки 3 имеют шарнирное соединение в нижней части с первой рамой силовой фермы 2. Силовая ферма 2 состоит из трех рам, закрепленных на кузове-фургоне (кунге). Две первые рамы связаны между собой, образуя лестницы для подъема на откидную площадку 1. Для уменьшения боковых нагрузок на кунг первая рама стянута лентами. На откидной площадке 1 установлена мачта 5 и система задания угла атаки 6. Площадка 1 сзади соединена тросом с лебедкой автомобиля 7. Система задания угла атаки 6 состоит из двух секторов 8 и закрепленных на них двух измерительных стоек 9. Мачта 5 служит для навески дельтаплана в точке подвески пилота или мототележки одновременно своеобразными тензовесами, позволяющими измерять усилия, действующие на мачту 5 со стороны испытуемого объекта в осевом Y' и перпендикулярном X' направлениях мачты в продольно-вертикальной плоскости. На секторах 8 системы задания угла атаки, имеющих отверстия, расположенные с шагом, например, в 2^o, установлены измерительные стойки9, на которых закреплена рулевая трубка трапеции дельтаплана. Измерительные стойки 9 представляют собой балочки с тензомостами и узлами крепления рулевой трапеции, позволяющими измерять усилия от продольного момента, возникающего при действии аэродинамических сил на дельтаплан. Стойки 9 установлены с возможностью перемещения по осевой балочки к точке подвески дельтаплана на мачте 5 с целью исключения трапеции в этом направлении. Схема измерения аэродинамических характеристик на стенде приведена на фиг. 2, где T₁ ^oCT₅ обозначены точки наклейки тензомостов. Все тензомосты собраны так, чтобы они однозначно реагировали лишь на изгибающий момент в продольно-вертикальной плоскости. Так, например, мост T₁ реагирует лишь только на усилие Y', а T₂ на X' усилие P_a от продольного момента измеряется мостами на балочках T₃ ^oCT₅, причем T₃, T₄ -усилие, действующее на каждую балочку, а T₅ суммарное. Зная угол установки мачты 5 относительно горизонтальной плоскости, можно легко определить силы, действующие в другой системе координат, а именно: подъемную силу Y_a и силу лобового сопротивления X_a при заданном угле атаки крыла объекта испытаний (см. фиг. 2). Эту систему координат, практически, можно считать скоростной, т. к. предлагается испытания проводить на ровном участке поверхности, например, на ВПП аэродрома. На элементы конструкции дельтаплана наклеены тензодатчики, собранные в тензомосты, однозначно реагирующие на какую-либо конкретную нагрузку (усилие, изгибающий момент в заданной плоскости, напряжение и т. д.) (см. А.Н. Серьезнов. Измерения при испытаниях авиационных конструкций на прочность. М. Машиностроение, 1976). В кунге установлена многоканальная магниторегистрирующая аппаратура, связанная со всеми датчиками и позволяющая одновременно вести запись всех параметров со стенда и конструкции дельтаплана.

Стенд работает следующим образом. Для установки дельтаплана на стенд откидная площадка 1 опускается вниз перед автомобилем (см. фиг. 1) с помощью лебедки 7. Дельтаплан закрепляется килевой трубкой на мачту 5 и рулевой трапецией на измерительные стойки 9. Откидная площадка 1 вместе с навешенным дельтапланом поднимается лебедкой 7 и фиксируется на силовой ферме 2 в рабочем положении, при этом она играет роль аэродинамического экрана, призванного изолировать возмущенный автомобилем поток воздуха, и рабочей площадки для контроля узлов стенда и объекта испытаний, а также перестановки угла атаки вручную. Проводятся пробежки с площадками скоростей на ровном участке дороги или ВПП аэродрома, преимущественно в безветренную погоду или чтобы слабый ветер не был боковым. В процессе движения ведется запись всех измеряемых параметров. Затем устанавливается в соответствии с заданием очередной угол атаки и снова проводятся пробежки. По окончании испытаний откидная площадка 1 расфиксируется от силовой фермы 2 и опускается лебедкой 7 для демонтажа дельтаплана. Полученные записи обрабатываются по программам на ЭВМ.

Кроме задачи исследования аэродинамических характеристик дельтаплана в совокупности с прочностными посредством моделирования полета на стенде, откидная площадка 1 может быть использована и при статических испытаниях натурной конструкции. Для этого стойки 3 и раскосы 4 снимаются, а площадка 1 крепится горизонтально на пол стенда для статических испытаний, имитируя полетные углы атаки крыла и одновременно являясь тензовесами. При ступенчатом статическом нагружении производится запись на ту же магниторегистрирующую аппаратуру всех параметров стенда и нагрузок в элементах конструкции объекта испытаний. Таким образом, расширяется область применения стенда.

Предлагаемый стенд приближает условия испытаний дельтаплана к реальным за счет, практически, полной изоляции возмущенного автомобилем потока воздуха аэродинамическим экраном, что существенно увеличивает достоверность оценок аэродинамических характеристик объекта испытаний. Кроме того, одновременная регистрация нагрузок, действующих в элементах конструкции, с аэродинамическими при испытании дельтаплана на стенде для моделирования полета, как и на стенде для статических испытаний, существенно расширяет диапазон применения стенда, при значительной простоте его конструкции, и позволяет наиболее полно проводить исследования летной годности СЛА с точки зрения аэродинамики и прочности, т.е. эти факторы увеличивают самоокупаемость стенда.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проведении испытаний сверхлегких летательных аппаратов /СЛА/. Стенд для аэродинамических испытаний СЛА содержит мачту 5 с системами крепления объекта испытаний и задания угла атаки, установленными на транспортном средстве, датчики усилий и регистратор сигналов. Над транспортным средством шарнирно установлен аэродинамический экран в виде откидной площадки 3. Мачта 5 размещена над экраном. На силовых элементах летательного аппарата установлены тензодатчики, связанные с регистрирующей аппаратурой. 2 ил.

Стенд для аэродинамических испытаний сверхлегких летательных аппаратов, содержащий мачту с системами крепления объекта испытаний и задания угла атаки, установленными на транспортном средстве, датчики усилий и регистратор сигналов, отличающийся тем, что установлен аэродинамический экран в виде откидной площадки, шарнирно закрепленной впереди над транспортным средством посредством стоек и раскосов и связанной блочно-тросовой системой с лебедкой транспортного средства, при этом мачта с системами крепления объекта испытаний и задания угла атаки находится над экраном и жестко закреплена на нем, а на силовых элементах летательного аппарата установлены тензодатчики, связанные с регистрирующей аппаратурой.