КАЛИБРОВОЧНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ Российский патент 2008 года по МПК G01M9/08 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, а именно к испытаниям моделей в аэродинамических трубах с имитацией силы тяги воздушно-реактивных двигателей, определению силовых параметров сопел и совмещенных тягово-аэродинамических характеристик моделей при обдуве внешним, преимущественно сверхзвуковым, потоком и предназначено для определения погрешностей, вносимых системой подвода рабочего тела реактивных струй.

Для реализации упомянутых типов аэродинамических испытаний модель должна устанавливаться на силоизмерительные устройства (весы) аэродинамической трубы и к модели в условиях обдува внешним потоком необходимо подавать рабочее тело реактивных струй, обычно воздух высокого давления. Системы подачи рабочего тела не должны, по возможности, оказывать влияния на показания весов, т.е. вносить неконтролируемые погрешности. Для силовой развязки систем подачи рабочего тела и весов существуют различные методы: применение воздушных подшипников, использование гибких трубопроводов с устройствами силовой компенсации их влияния и т.д. [1-3]. Оценка систематических погрешностей, вносимых системами подачи, обычно производится по испытаниям контрольных (эталонных) сопел в условиях отсутствия потока в рабочей части [2, 5]. Между тем различие окружающих давлений: атмосферного - при испытаниях без внешнего потока, и в камере давления - при работе аэродинамической трубы, а также протечки в воздушных подшипниках, обдувы могут быть источниками заметных погрешностей. Для оценки точности определения силовых характеристик при истечении реактивных струй в условиях обтекания модели внешним (сверхзвуковым) потоком необходимо специальное калибровочное (контрольное) устройство.

Известен класс эталонных моделей, предназначенных для определения их аэродинамических характеристик в различных аэродинамических трубах с целью сопоставления характеристик при аттестации этих труб [4]. Однако эти модели не обладают тягой. Известны также калибровочные сопла [5], однако проверка точности систем измерений с их помощью проводится без внешнего потока.

Задачей изобретения является разработка контрольной калибровочной аэродинамической модели, предназначенной для повышения точности и достоверности аэродинамических испытаний с системами подвода рабочего тела реактивных струй путем определения с ее помощью погрешностей в условиях обдува внешним, преимущественно сверхзвуковым потоком.

Поставленная задача достигается благодаря тому, что калибровочная аэродинамическая модель для определения систематических погрешностей устанавливается на весах сверхзвуковой аэродинамической трубы совместно с системой подвода рабочего тела реактивных струй. Модель выполнена в виде центрального корпуса, связанного с системой подвода рабочего тела реактивных струй, и двух гондол, установленных симметрично на пилонах на некотором расстоянии от центрального корпуса. Гондолы смещены назад вдоль продольной оси в положение, устраняющее влияние на корпус собственно струй, истекающих из сопел гондол, а также интерференционное волновое влияние от начальных участков струй. Гондолы имеют форму, исключающую влияние струй на аэродинамические характеристики модели, для чего хвостовые части гондол выполнены либо цилиндрическими (при использовании сверхзвуковых сопел), либо с безотрывным углом сужения α, равным 5-6° при использовании звуковых сопел, причем в обоих случаях донные площади равны нулю (кромки сопел выполнены острыми). Гондолы снабжены устройствами выравнивания потока рабочего тела струй на срезе сопла.

Способ определения систематических погрешностей, вносимых системой подвода рабочего тела реактивных струй, с помощью калибровочной модели, создающей силу тяги по продольной оси, включает ее установку на весах сверхзвуковой аэродинамической трубы, подвод к модели рабочего тела реактивных струй, измерение аэродинамическими весами ее силовых характеристик и пневмометрическим методом силы тяги сопел. Силовые характеристики калибровочной модели весами определяют путем двукратных измерений: с подводом рабочего тела реактивных струй к гондолам через корпус модели, то есть с тягой, и без нее. Затем определяют разность между этими весовыми измерениями, сравнивают эту разность с величиной тяги, определенной по результатам пневмометрических измерений, и тем самым определяют величину систематической погрешности, вносимой системой подвода рабочего тела реактивной струи по продольной оси. Возникающие силы по нормальной и поперечной осям представляют собой величины систематических погрешностей по этим компонентам. Кроме того, с прекращением подачи рабочего тела в одну из гондол изменяется величина тяги по оси ОХ и появляется возможность измерения момента тяги относительно осей OY и OZ (при повороте модели) весовым и пневмометрическим методами, что повышает точность измерений.

Перечисленные признаки обеспечивают достоверность и точность измерений.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники, и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На чертеже представлена калибровочная аэродинамическая модель с системой подвода рабочего тела реактивной струи.

Калибровочная аэродинамическая модель 1 с системой подвода 2 рабочего тела реактивной струи установлена на весах 3 сверхзвуковой аэродинамической трубы 4. Модель выполнена в виде центрального корпуса 5 с каналом 6 подвода рабочего тела реактивных струй от системы подвода рабочего тела реактивной струи 2 к двум гондолам 7, установленным симметрично на пилонах 8 на некотором расстоянии от центрального корпуса 5. Гондолы 7 смещены в заднее положение относительно продольной оси центрального корпуса 5 так, чтобы исключить интерференционное влияние на корпус от струй, истекающих из звуковых сопел 9 гондол 7. Показана модель, оснащенная звуковыми соплами. Гондолы имеют обтекаемую форму с углом сужения хвостовой части α, равным 5-6°, и донной площадью, равной нулю, и снабжены любым из известных устройств выравнивания потока.

Способ определения систематических погрешностей, вносимых системой подвода рабочего тела реактивных струй, реализуется следующим образом.

Сила тяги модели 1, оснащенной системой подвода 2 рабочего тела реактивной струи, установленной на весах 3 аэродинамической трубы 4 и находящейся во внешнем потоке, определяется двумя независимыми способами: пневмометрическим и весовым. Тяга, определяемая пневмометрическим способом, принимается за "эталон", с ней сравнивают тягу, определенную весовым способом. Таким образом, выявляются систематические погрешности весовых измерений по продольной оси модели. Сила тяги создается в гондолах 7, вынесенных на некоторые расстояния (плечи) относительно моментной оси весов. При прекращении подачи рабочего тела реактивной струи в одну из них (заглушивании), появляется возможность наряду с тягой по продольной оси ОХ измерять моменты тяги относительно осей OY и OZ (при повороте модели). Тем самым повышается достоверность измерений. Подвод рабочего тела реактивных струй в гондолы осуществляется по каналам, перпендикулярным продольной оси модели и таким образом исключается осевая составляющая импульса входящего потока.

Сила тяги сопел 9 гондол 7 по результатам пневмометрических измерений определяется по импульсам истекающих струй, которые должны определяться с большой точностью. Это обеспечивается высокой равномерностью потока на срезах сопел 9, что достигается известными устройствами: применением кольцевого венца с мелкими отверстиями, обратным подводом воздуха в предсопловой объем, профилированием канала по кривой Витошинского на входе в звуковое сопло. Полные давления в гондолах 7 для расчета импульса могут измеряться гребенками с приемниками полного давления на срезах сопл. Для звуковых сопл нужно учитывать влияние гребенок на эффективную площадь среза сопл. Гребенки имеют силовую развязку от весов и могут быть установлены на обтекатель державки. Учитывается влияние толщины вытеснения пограничного слоя и неравномерности скорости в горле сопла на эффективную площадь сопла [5].

Сила тяги модели по весовым измерениям определяется в результате двух испытаний (или двух серий многократных испытаний): без истечения реактивных струй из сопл 9 и с истечением, и вычисления разности аэродинамических коэффициентов, полученных в этих испытаниях. При этом внешнее обтекание модели при отсутствии и наличии реактивных струй должно быть идентичным. Для этого угол сужения к донным срезам сопл выполнен безотрывным (5-6°). Исключается площадь донного среза сопл, для этого кромки сопл выполнены острыми, и режим истечения реактивных струй выбран близким к расчетному, т.е. статическое давление на срезах сопл близко к давлению во внешнем потоке. Взвешиваемая часть - корпус 5 модели 1 - не должен находиться в зоне интерференционного влияния от истекающих струй из сопел 9, для чего срезы сопел 9 гондол 7 смещены назад относительно корпуса 5. В весовом испытании без истечения струи измеряется донное давление на срезах сопел 9 (приемниками полного давления) и сила донного сопротивления (и момент этой силы) исключаются из аэродинамических характеристик. В результате вычитания результатов двух весовых испытаний аннулируются внешнее сопротивление модели и систематические методические погрешности (например, обдув державки модели), и в итоге получается внутренняя тяга сопла. Возникающие силы по нормальной и поперечной осям представляют собой систематические погрешности, вносимые системой подачи рабочего тела реактивных струй при наличии в ней давления.

Весовое испытание с истечением струи совмещается с пневмометрическими измерениями.

Разность силовых характеристик (тяги и моментов тяги), определенных по результатам пневмометрических и весовых измерений, а также возникающие нормальные и поперечные силы представляют собой систематические погрешности, вносимые системой подвода рабочего тела реактивных струй.

Источники информации

1 Обзор ЦАГИ. Отд-ние науч.-техн. информ. Жуковский, 1972. №395: Моделирование ВРД при исследованиях летательных аппаратов в аэродинамических трубах / Жданов В.Т., Курилкина П.И.

2 Обзор ЦАГИ. Отд-ние науч.-техн. информ. Жуковский, 1978. №534: Проблемы компоновки реактивных сопл на современных сверхзвуковых самолетах. Часть II. Вопросы методики исследований реактивных сопл в аэродинамических трубах и в полете / Лаврухин Г.Н., Полищук Г.И.

3 Обзор ЦАГИ. Отд-ние науч.-техн. информ. Жуковский, 1983. №622: Методика аэродинамического эксперимента при трансзвуковых скоростях. Часть II. Техника и методика испытаний моделей с имитацией струй реактивных двигателей / Клеев В.Н., Нейланд В.М., Семенова O.K., Кожевникова Г.Л.

4 Обзор результатов испытаний эталонных моделей AGARD. // Техн. перевод №10853 БНИ ЦАГИ. 1966. ДСП.

5 Н.А.Дубов. Методика обработки и результаты калибровочных испытаний весового устройства для исследований реактивных сопл // Труды ЦАГИ. Выпуск 1579. М.: 1974. - прототип

Изобретения относятся к экспериментальной аэродинамике и могут быть использованы при проведении испытаний моделей в аэродинамических трубах. Модель устанавливают на весах сверхзвуковой аэродинамической трубы, оснащают системой подвода рабочего тела реактивной струи. Модель выполнена в виде центрального корпуса и двух гондол, установленных симметрично на пилонах на некотором расстоянии от него и смещенных относительно корпуса по продольной оси в положение, исключающее интерференционное влияние на корпус от струй, истекающих из сопел гондол. При этом подвод рабочего тела реактивных струй к гондолам осуществляется через центральный корпус. Способ заключается в измерении силовых характеристик модели весовым методом последовательно с подводом рабочего тела реактивных струй к гондолам, то есть с тягой и без нее. При этом модель устанавливают на весы в аэродинамической трубе, подводят к ней рабочее тело реактивных струй и производят измерения силовых характеристик при обдуве модели внешним потоком. Далее определяют разность между этими весовыми измерениями, а затем эту разность сравнивают с величиной тяги, определенной по результатам пневмометрических измерений. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности аэродинамических испытаний. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Калибровочная аэродинамическая модель для определения систематических погрешностей системы подвода рабочего тела реактивных струй, установленная на весах сверхзвуковой аэродинамической трубы и оснащенная системой подвода рабочего тела реактивных струй, отличающаяся тем, что модель выполнена в виде центрального корпуса и двух гондол, установленных симметрично на пилонах на некотором расстоянии от него, имеющих подвод рабочего тела реактивных струй через центральный корпус и смещенных относительно корпуса по продольной оси в положение, исключающее интерференционное влияние на корпус от струй, истекающих из сопел гондол, при этом гондолы имеют обтекаемую форму, донные площади равны нулю и снабжены устройствами выравнивания потока рабочего тела.2. Способ определения систематических погрешностей, вносимых системой подвода рабочего тела реактивных струй с помощью калибровочной аэродинамической модели, создающей силу тяги по продольной оси, включающий ее установку на весах сверхзвуковой аэродинамической трубы, подвод к модели рабочего тела реактивных струй, измерение ее силовых характеристик при обдуве внешним потоком, весовым и пневмометрическим методами составляющей силы тяги по продольной оси, отличающийся тем, что силовые характеристики калибровочной модели измеряют весовым методом дважды: с подводом рабочего тела реактивных струй к гондолам, то есть с тягой и без нее, определяют разность между этими весовыми измерениями, а затем эту разность сравнивают с величиной тяги, определенной по результатам пневмометрических измерений, и тем самым определяют величины погрешностей, вносимых системой подвода рабочего тела реактивных струй по продольной оси, при этом возникающие силы по нормальной и поперечной осям представляют собой величины погрешностей, затем прекращают подачу рабочего тела в одну из гондол, изменяя тем самым тягу по продольной оси, и измеряют весовым и пневмометрическим методами момент тяги относительно нормальной и поперечной осей с поворотом модели вокруг продольной оси.