СПОСОБ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ОБЛЕДЕНЕНИЮ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01M9/04 B64D15/20 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, главным образом, в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях.

Известны способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, и устройство для его осуществления (Тенишев Р.Х. и другие. «Противообледенительные системы летательных аппаратов. Основы проектирования и методы расчета», М., Машиностроение, 1967. стр.275).

Техническим недостатком известных способа и устройства является недостаточная степень приближения создаваемых ими наземных условий испытаний к естественным условиям эксплуатации.

Известен способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающий имитацию этих условий путем обдува объекта испытаний организованным и равномерным водовоздушным потоком, образуемым воздушным потоком и системой установленных в аэродинамической трубе распиливающих устройств, например рабочих форсунок, к которым подаются водяная и воздушная рабочие среды, и осуществляющее этот способ устройство для наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающее объект испытаний, источник воздушного потока, систему распиливающих устройств, например рабочих форсунок, установленных в аэродинамической трубе и сообщенных с магистралью подачи водяной и воздушной рабочих сред (Антонов А.Н., Горячев А.В. и др. «Основы расчета, конструирования и испытаний противообледенительных систем авиационных газотурбинных двигателей». Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова, Москва, 2001, стр.100-102).

Техническими недостатками данных способа и устройства являются опасность замерзания в форсунках водяной рабочей среды, что требует их очистки, увеличивает время проведения испытаний, а также недостаточная организованность водовоздушного потока, приводящая к возможности непопадания части потока на объект испытаний и, вследствие этого, снижению точности испытаний.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации, заключающийся в имитации этих условий с помощью обдува объекта испытаний организованным и равномерным водовоздушным потоком, образуемым воздушным потоком и системой установленных на выходе из аэродинамической трубы распиливающих устройств, например рабочих форсунок, к которым подаются водяная и воздушная рабочая среды и из рабочих форсунок выбрасывается водяной проток, за аэродинамической трубой смешивающийся с воздушным потоком, причем организацию водовоздушного потока осуществляют путем изменения ориентации рабочих форсунок в радиальном и угловом направлениях, а контроль их ориентации осуществляют с помощью источников видимых лучей, устанавливаемых на рабочих форсунках, при этом поддержание равномерного состояния водовоздушного потока обеспечивается с помощью эжектирующего воздуха, подводимого к аэродинамической трубе, отсасывающего пограничный слой воздушного потока и отводящего его в атмосферу, и турбулизацией воздушного потока с помощью генератора воздушных вихрей, причем контроль состояния потока обеспечивают индикаторы льдообразования, установленные последовательно вдоль по потоку, при этом настройку режима водовоздушного потока обеспечивают путем организации вне аэродинамической трубы дополнительного потока, образуемого из воздушного потока и вспомогательного водяного потока, подаваемого из вспомогательных форсунок, размещения перед объектом испытаний подвижного экрана и обдува последнего этим дополнительным потоком, причем перед настройкой водяной поток из рабочих форсунок прерывают с помощью переключающего крана так, что рабочие форсунки через дополнительный трубопровод сообщаются с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом, что способствует удалению из форсунок остающейся в них водяной рабочей среды. Осуществляющее данный способ устройство для наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающее объект испытаний, аэродинамическую трубу, источник воздушного потока, систему распыливающих устройств, например рабочих форсунок, из которых выходит водяной поток, вместе с воздушным потоком образующий водовоздушный поток, магистрали подачи водяной и воздушной рабочих сред к рабочим форсункам, механизм ориентации рабочих форсунок, источники видимых лучей, устанавливаемые на рабочих форсунках и контролирующие их ориентацию в радиальном и угловом направлениях, система трубопроводов, установленных на аэродинамической трубе, по которым подводится эжектирующий воздух, отсасывающий пограничный слой воздушного потока и отводящий его в атмосферу, а также генератор воздушных вихрей, установленный на выходе из аэродинамической трубы, турбулизирующий воздушный поток и обеспечивающий подачу настроенного и равномерного водовоздушного потока к объекту испытаний, индикаторы контроля состояния водовоздушного потока, расположенные вдоль по потоку между аэродинамической трубой и объектом испытаний, вспомогательные форсунки, аналогичные рабочим форсункам, установленные на внешней стороне аэродинамической трубы в одном поперечном сечении с рабочими форсунками, подвижный экран, помещенный перед объектом испытаний, переключающий кран, установленный в магистрали подачи водяной рабочей среды к рабочим форсункам и через дополнительный трубопровод сообщающий форсунки с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом (Антонов А.Н., Горячев А.В. и другие «Способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации, и устройство для его осуществления». Патент РФ №2273008, МПК7: B64D 15/20, 2001 г.).

Недостатки прототипа заключаются в опасности замерзания форсунок при настройке режима и испытаниях, что увеличивает время испытаний за счет размораживания форсунок и необходимости в повторении настройки, а также в недостаточной равномерности получаемого водовоздушного потока, что снижает точность полученных данных.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является сокращение сроков испытаний путем исключения замерзания форсунок в процессе испытаний и настройки режима, повышение точности результатов испытаний путем создания реальных условий обледенения в наземных условиях.

Технический результат достигается в заявленном способе наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающем имитацию этих условий с помощью обдува объекта испытаний организованным и равномерным водовоздушным потоком, образуемым воздушным потоком и системой установленных в аэродинамической трубе распыливающих устройств, например рабочих форсунок, к которым подаются водяная и воздушная рабочие среды и из форсунок выбрасывается водяной поток, за аэродинамической трубой смешивающийся с воздушным потоком, причем организацию водовоздушного потока осуществляют путем изменения ориентации рабочих форсунок в радиальном и угловом направлениях, а контроль ориентации рабочих форсунок осуществляется с помощью источников видимых лучей, устанавливаемых на них, при этом поддержание равномерного состояния воздушного потока обеспечивается эжектирующим воздухом, подводимым по системе трубопроводов к аэродинамической трубе, и отсасывающим пограничный слой воздушного потока, и отводящим его в атмосферу, а также турбулизацией воздушного потока с помощью генератора воздушных вихрей, причем контроль состояния потока обеспечивают установленные последовательно вдоль по потоку индикаторы льдообразования, при этом настройку режима водовоздушного потока обеспечивают с помощью вспомогательных форсунок, создающих вспомогательный водяной поток вне аэродинамической трубы, который вместе с воздушным потоком образует дополнительный поток, размещения перед объектом испытаний подвижного экрана и обдува последнего в процессе настройки этим дополнительным потоком, а контроль ориентации вспомогательных форсунок осуществляют с помощью источников видимых лучей, при этом перед настройкой водяной поток из рабочих форсунок прерывают с помощью переключающего крана так, что рабочие форсунки через дополнительный трубопровод сообщаются с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом, что способствует удалению из форсунок остающейся в них водяной рабочей среды, причем равномерное состояние водовоздушного потока, во избежании замерзания капель воды в рабочих форсунках и вспомогательных форсунках поддерживают путем обогрева их горячим воздухом, подаваемым в выполненные на рабочих и вспомогательных форсунках пазы, и путем закрутки воздушного потока в противоположных направлениях с помощью установленных на выходе из аэродинамической трубы двух и более генераторов воздушных вихрей, расположенных по радиусу аэродинамической трубы, а контроль состояния водовоздушного потока осуществляют с помощью индикаторов льдообразования, перемещаемых относительно друг друга вдоль по потоку, между аэродинамической трубой и объектом испытаний.

Для осуществления заявляемого способа предлагается устройство для наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающее объект испытаний, аэродинамическую трубу, источник воздушного потока, систему распыливающих устройств, например рабочих форсунок, установленных в аэродинамической трубе, из которых выходит водяной поток, и вместе с воздушным потоком образующий водовоздушный поток, магистралями подачи водяной и воздушной рабочих сред к рабочим форсункам, механизм ориентации рабочих форсунок, источники видимых лучей, установленные на рабочих форсунках и контролирующие их ориентацию в радиальном и угловом направлениях, систему трубопроводов, установленных на аэродинамической трубе, по которым подводится эжектирующий воздух, отсасывающий пограничный слой воздушного потока и отводящий его в атмосферу, а также генератор воздушных вихрей, установленный на выходе из аэродинамической трубы, турбулизирующий воздушный поток и обеспечивающий подачу настроенного и равномерного водовоздушного потока к объекту испытаний, индикаторы льдообразования, контролирующие состояние водовоздушного потока, расположенные вдоль по потоку между аэродинамической трубой и объектом испытаний, вспомогательные форсунки, аналогичные рабочим форсункам, установленные на внешней стороне аэродинамической трубы в одном поперечном сечении с рабочими форсунками, при этом на вспомогательные форсунки установлены индикаторы видимых лучей, подвижный экран, помещенный перед объектом испытаний, переключающий кран, установленный в магистрали подачи водяной рабочей среды к рабочим форсункам и через дополнительный трубопровод сообщающий форсунки с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом, причем рабочие форсунки и вспомогательные форсунки на своей поверхности имеют продольные пазы для обогрева их горячим воздухом во избежание замерзания воды, а на выходе из аэродинамической трубы установлено два и более генераторов воздушных вихрей, расположенных по радиусу аэродинамической трубы и обеспечивающих закрутку воздушного потока в противоположных направлениях, обеспечивающих его лучшее и равномерное перемешивание с водяным потоком, причем индикаторы льдообразования, контролирующие состояние водовоздушного потока, выполнены перемещаемыми относительно друг друга вдоль по потоку между аэродинамической трубой и объектом испытаний.

На фиг.1 схематично изображен общий вид устройства для наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, для осуществления предложенного способа.

На фиг.2 показана рабочая форсунка с пазами для ее обогрева.

Устройство для наземных испытаний объектов 1 авиационной техники включает источник 2 воздушного потока 3, подаваемый в аэродинамическую трубу 4, систему распыливающих устройств, например рабочих форсунок 5, расположенных в аэродинамической трубе 4 и сообщенных с магистралью 6 подачи водяной рабочей среды от бака 7 с помощью насоса 8. Рабочие форсунки 5 снабжены механизмами 9, обеспечивающими ориентацию исходящего из форсунок 5 основного водяного потока 10 в необходимых радиальном и осевом направлениях. Для контроля ориентации потока 10 на рабочих форсунках 5 установлены источники 11 видимых лучей (индикаторы видимого света). Вместе с воздушным потоком 3 водяной поток 10 образует водовоздушный поток 19. В магистрали 6 подачи водяной среды установлен переключающий кран 13, через дополнительный трубопровод 14 сообщенный с емкостью 15 с пониженным давлением воздуха и с вакуумным насосом 16. На внешней стороне аэродинамической трубы 4, в одном поперечном сечении с рабочими форсунками 5, установлены вспомогательные форсунки 17, аналогичные рабочим форсункам, испускающие вспомогательный водяной поток 18. На вспомогательные форсунки 17 также установлены индикаторы 11 видимого света (источники видимых лучей), а перед объектом 1 испытаний помещен подвижный экран 12. Устройство также снабжено системой трубопроводов 20, по которым к аэродинамической трубе 4 подводится эжектирующий воздух 21, отсасывающий пограничный слой 22 и отводящий его в атмосферу, а также генераторами 23, двумя или более, воздушных вихрей (условно показаны только с одной стороны оси аэродинамической трубы 4) и перемещаемыми вдоль оси потока 19 индикаторами 24 льдообразования. На фиг.1 показаны два генератора 23, расположенных по радиусу. Индикаторы 24 льдообразования, установленные между объектом 1 испытаний и рабочими форсунками 5 могут перемещаться вдоль оси водовоздушного потока 19. Рабочие форсунки 5 и вспомогательные форсунки 17 имеют пазы 25 и 26, по которым подводится горячий воздух на обогрев форсунок 5 и 17.

Способ имитации естественных условий эксплуатации объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, реализуется следующим образом.

Имитацию естественных условий осуществляют путем обдува объекта 1 испытаний соответствующим образом организованным и настроенным водовоздушным потоком 19, образуемым воздушным потоком 3, подаваемым от источника 2, и системой установленных в аэродинамической трубе 4 рабочих форсунок 5, к которым подводятся водяная и воздушная рабочие среды. Основной водяной поток 10 выбрасывается из форсунок 5 в виде капель с заданными размерами и в заданном количестве. Во избежание замерзания водяного потока 10 в форсунках 5 они обогреваются горячим воздухом, движущимся по пазам 25 и 26 форсунок 5. Аналогичный обогрев горячим воздухом организуют и на вспомогательных форсунках 17. Подача водяной рабочей среды 10 к форсункам 5 осуществляется из бака 7 по магистрали 6 с помощью насоса 8. Воздушный поток 3, проходя по аэродинамической трубе 4, выравнивается по сечению за счет эжектирующего воздуха 21, подводимого к аэродинамической трубе 4 по системе трубопроводов 20, захватывающего пограничный слой 22 и отводящего его в атмосферу, а также путем закрутки воздушного потока 3 в противоположном направлении с помощью генераторов 23 воздушных вихрей, устанавливаемых на выходе из аэродинамической трубы 4. Далее закрученный воздушный поток 3 подхватывает капли воды 10, вылетаемые из форсунок 5, перемешивает их, имитируя водовоздушный поток 19, наблюдаемый в естественных условиях эксплуатации, например в условиях полета летательного аппарата в облаке. Перемешанный водовоздушный поток 19 направляется к объекту 1 испытаний, на котором капли воды оседают и замерзают.

Ориентацию водовоздушного потока 19 поддерживают поворотом рабочих форсунок 5 в необходимых радиальном и угловом направлениях, обеспечиваемой механизмами 9. Проверка правильности ориентации форсунок 5 осуществляется с использованием устанавливаемых на них источников 11 видимых лучей, направляемых на объект 1 испытаний.

Организацию водовоздушного потока 19 осуществляют отсосом пограничного слоя 22 воздушного потока 3 за счет подвода по системе трубопроводов 20, устанавливаемых в аэродинамической трубе 4, эжектирующего воздуха 21, который захватывает пограничный слой 22 и отводит его в атмосферу, а также путем закрутки воздушного потока 3 в противоположных направлениях и перемешивания его с водяным потоком 10 за счет постановки двух и более генераторов 23 воздушных вихрей на выходе из аэродинамической трубы 4, благодаря чему обеспечивается равномерность состояния водовоздушного потока 19 в поперечном и продольном направлениях. Контроль переохлаждения капель воды и отсутствия их вымерзания проверяется индикаторами 24 льдообразования, перемещаемыми вдоль оси водовоздушного потока 19.

Настройку требуемого режима водовоздушного потока 19 ведут путем организации вне аэродинамической трубы 4 дополнительного потока, образуемого с помощью перемешивания воздушного потока 3 и вспомогательного водяного потока 18, подаваемого из вспомогательных форсунок 17, размещения перед объектом 1 испытаний подвижного экрана 12 и обдува последнего вышеуказанным дополнительным потоком. При этом лучи от устанавливаемых на вспомогательных форсунках 17 источников 11 видимых лучей направляются на экран 12. Размещение перед объектом 1 испытаний подвижного экрана 12 обусловлено необходимостью исключения непредусмотренного добавочного обледенения объекта 1 испытаний в процессе настройки режима.

Перед настройкой водовоздушного потока 19 подачу водяной рабочей среды к форсункам 5 прерывают и удаляют остающиеся в них капли воды. Прерывание подачи к форсункам 5 водяной рабочей среды из бака 7 и последующее удаление остающихся в них капель воды посредством отключения магистрали 6 с помощью переключающего крана 13 от насоса 8 и сообщения магистрали 6 с емкостью 15 и создающим постоянное разрежение в емкости 15 вакуумным насосом 16 обусловлено необходимостью исключения замерзания капель воды в форсунках 5 в случае уменьшения расхода воды или отключения ее подачи в процессе настройки режима.

Предлагаемое изобретение исключает опасность прекращения подачи водовоздушного потока к объекту испытаний за счет устранения замерзания капель воды в рабочих и вспомогательных форсунках, а также позволяет повысить точность испытаний путем высокоэффективной организации и контроля равномерности состояния водовоздушного потока.

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации. Способ заключается в имитации условий эксплуатации с помощью обдува объекта испытаний организованным и равномерным водовоздушным потоком, образуемым воздушным потоком и системой установленных на выходе из аэродинамической трубы распыливающих устройств в виде форсунок. При этом поддержание равномерного состояния воздушного потока обеспечивается эжектирующим воздухом, подводимым по системе трубопроводов к аэродинамической трубе и отсасывающим пограничный слой воздушного потока и отводящим его в атмосферу путем обогрева форсунок горячим воздухом, а также турбулизацией воздушного потока путем закрутки воздушного потока в противоположных направлениях с помощью установленных на выходе из аэродинамической трубы двух и более генераторов вихрей. Устройство включает объект испытаний, аэродинамическую трубу, источник воздушного потока, систему распыливающих устройств в виде форсунок, установленных в аэродинамической трубе, магистрали подачи водяной и воздушных рабочих сред к форсункам, механизм ориентации форсунок, источники видимых лучей, устанавливаемых на форсунках для контроля их ориентации. Дополнительно на выходе из аэродинамической трубы установлены два и более генераторов вихрей. Кроме того, для обогрева форсунок, с целью исключения их обмерзания во время работы, предусмотрена подача горячего воздуха в пазы, выполненные на их поверхности. Контроль состояния водовоздушного потока осуществляют с помощью индикаторов льдообразования, перемещаемых относительно друг друга вдоль по потоку, между аэродинамической трубой и объектом испытаний. Технический результат заключается в сокращении сроков испытаний путем исключения замерзания форсунок в процессе испытаний и настройки режима, повышение точности результатов испытаний путем создания реальных условий обледенения в наземных условиях. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающий имитацию обледенения путем обдува объекта испытаний организованным и равномерным водовоздушным потоком, образуемым воздушным потоком и системой установленных в аэродинамической трубе распиливающих устройств, например, рабочих форсунок, к которым подаются водяная и воздушная рабочие среды и из форсунок выбрасывается водяной поток, за аэродинамической трубой смешивающийся с воздушным потоком, причем организацию водовоздушного потока осуществляют путем изменения ориентации рабочих форсунок в радиальном и угловом направлениях, а контроль ориентации рабочих форсунок осуществляется с помощью источников видимых лучей, устанавливаемых на них, при этом поддержание равномерного состояния воздушного потока обеспечивается эжектирующим воздухом, подводимым по системе трубопроводов к аэродинамической трубе и отсасывающим пограничный слой воздушного потока и отводящим его в атмосферу, а также турбулизацией воздушного потока с помощью генератора воздушных вихрей, причем контроль состояния потока обеспечивают установленные последовательно вдоль по потоку индикаторы льдообразования, при этом настройку режима водовоздушного потока обеспечивают с помощью вспомогательных форсунок, создающих вспомогательный водяной поток вне аэродинамической трубы, который вместе с воздушным потоком образует дополнительный поток, размещения перед объектом испытаний подвижного экрана и обдува последнего в процессе настройки этим дополнительным потоком, а контроль ориентации вспомогательных форсунок осуществляют с помощью источников видимых лучей, при этом перед настройкой водяной поток из рабочих форсунок прерывают с помощью переключающего крана, так, что рабочие форсунки через дополнительный трубопровод сообщаются с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом, что способствует удалению из форсунок остающейся в них водяной рабочей среды, отличающийся тем, что равномерное состояние водовоздушного потока, во избежание замерзания капель воды в рабочих форсунках и вспомогательных форсунках поддерживают путем обогрева их горячим воздухом, подаваемым в выполненные на рабочих и вспомогательных форсунках пазы, и путем закрутки воздушного потока в противоположных направлениях с помощью установленных на выходе из аэродинамической трубы двух и более генераторов воздушных вихрей, расположенных по радиусу аэродинамической трубы, а контроль состояния водовоздушного потока осуществляют с помощью индикаторов льдообразования, перемещаемых относительно друг друга вдоль по потоку, между аэродинамической трубой и объектом испытаний.2. Устройство для наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, включающее объект испытаний, аэродинамическую трубу, источник воздушного потока, систему распыливающих устройств, например, рабочих форсунок, установленных в аэродинамической трубе, из которых выходит водяной поток и вместе с воздушным потоком образующий водовоздушный поток, магистралями подачи водяной и воздушной рабочих сред к рабочим форсункам, механизм ориентации рабочих форсунок, источники видимых лучей, установленные на рабочих форсунках и контролирующие их ориентацию в радиальном и угловом направлениях, систему трубопроводов, установленных на аэродинамической трубе, по которым подводится эжектирующий воздух, отсасывающий пограничный слой воздушного потока и отводящий его в атмосферу, а также генератор воздушных вихрей, установленный на выходе из аэродинамической трубы, турбулизирующий воздушный поток и обеспечивающий подачу настроенного и равномерного водовоздушного потока к объекту испытаний, индикаторы льдообразования, контролирующие состояние водовоздушного потока, расположенные вдоль по потоку между аэродинамической трубой и объектом испытаний, вспомогательные форсунки, аналогичные рабочим форсункам, установленные на внешней стороне аэродинамической трубы в одном поперечном сечении с рабочими форсунками, при этом контроль ориентации вспомогательных форсунок осуществляют с помощью источников видимых лучей, подвижный экран, помещенный перед объектом испытаний, переключающий кран, установленный в магистрали подачи водяной рабочей среды к рабочим форсункам и через дополнительный трубопровод сообщающий форсунки с емкостью с пониженным давлением воздуха и вакуумным насосом, отличающееся тем, что рабочие форсунки и вспомогательные форсунки на своей поверхности имеют продольные пазы для обогрева их горячим воздухом во избежание замерзания воды, а на выходе из аэродинамической трубы установлено два и более генераторов воздушных вихрей, расположенных по радиусу аэродинамической трубы, обеспечивающих закрутку воздушного потока в противоположных направлениях, и обеспечивающих его лучшее и равномерное перемешивание с водяным потоком, причем индикаторы льдообразования, контролирующие состояние водовоздушного потока, выполнены перемещаемыми относительно друг друга вдоль по потоку между аэродинамической трубой и объектом испытаний.