СПОСОБ УСТАНОВКИ И ОРИЕНТАЦИИ МОДЕЛИ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК G01M9/02 

Изобретения относятся к экспериментальной аэрогазодинамике, в частности к средствам для установки и перемещения моделей различных летательных аппаратов в рабочих частях аэродинамических труб с высокими значениями скоростных напоров и чисел Re, реализующихся, например, в импульсных трубах, ударных, поршневых установках или трубах адиабатического сжатия. Основной целью изобретений является предотвращение разрушения моделей и повреждения подвесок и измерительных средств от чрезмерных нагрузок при запуске аэродинамической трубы или установки.

В трубах длительного действия для исключения перегрузок при запуске установок используют различные устройства ввода-вывода моделей в рабочую часть, что невозможно осуществить в трубах импульсного типа, например таких, как установки адиабатического сжатия и ударные трубы.

Известны способ и устройства для закрепления моделей в аэродинамической трубе с помощью координатных устройств на обтекаемой стойке, устанавливаемой на направляющих с возможностью перемещения (например, RU 2300748 С, G01M 9/06, 2006 г., SU 1816981 А1, G01M 9/04, 1990 г., SU 849848, G01M 9/08, 1976 г., SU 378790, 1970 г., JP 3692400 В2, G01M 9/00, 2003 г.).

Однако эти известные технические решения не обеспечивают защиту модели от разрушения при высоких нагрузках, которые могут действовать при запуске труб и не предотвращают перегрузку измерительных средств (например, тензовесов от поломок).

Целью изобретения является устранение возможности повреждения (разрушения) модели и внутримодельных средств измерения (например, тензовесов) при запуске аэродинамической трубы, что особенно важно для импульсных труб, в частности для поршневых газодинамических установок многокаскадного сжатия (ПГУМКС). Кроме этого, целью изобретения является расширение экспериментальных возможностей и информативности за счет обеспечения измерений в процессе перемещения модели, когда при этом изменяются и параметры потока (скоростной напор, числа Re, температурный фактор).

На фиг.1-5 представлены схемы выполнения устройств, с помощью которых осуществляется предложенный способ установки и ориентации модели в аэродинамической трубе. На фиг.1 изображен главный вид устройства в варианте его исполнения при установке державки в двух стойках. На фиг.2 показано поперечное сечение А-А устройства с отображением исполнения стойки и узлов ее установки на направляющих и узла крепления державки в стойке. На фиг.3 показан узел сечения В частей державки, а на фиг.4 изображена схема выполнения и функционирования пластины-нивелира. На фиг.5 представлена схема выполнения пневмогидроцилиндра.

Устройство содержит балки-направляющие 1, на которых размещается одна или две стойки 2, в которых устанавливается державка 3 с закрепляемой на ней испытуемой моделью 4 или пластиной-нивелиром 5 (перед установкой модели). Каждая стойка 2 установлена на направляющих 1 с помощью узлов 6, образованных хомутами 7, силу прижатия которых к направляющим 1 регулируют с помощью динамометрических болтов 8. Внутри каждой стойки 2 оборудованы узлы 9 для закрепления державки 3 с контролируемым усилием ее удерживания в этих узлах с помощью хомутов 6 и динамометрических болтов 8 (для обеспечения перемещения державки под действием «нерасчетной» ударной нагрузки во время запуска трубы или программируемого перемещения для увеличения информативности испытаний за счет получения результатов в процессе изменения режимных параметров). Дополнительно снижение ударной нагрузки во время запуска трубы и регулирование скорости перемещения модели 4 относительно среза сопла 10 по направляющим 1 и/или за счет перемещения державки 3 относительно узлов 9 осуществляют с помощью идентичных двухполостных пневмогидроцилиндров 11 и/или 12, один из которых закреплен неподвижно (например, на основании рабочей части трубы), а его поршень 13 связан с основанием одной из стоек 2, а второй пневмогидроцилиндр (выполненный аналогично первому) закреплен на одной из стоек 2, а его поршень 13 связан с державкой 3.

Каждая стойка 2 выполнена в виде пары пилонов 14, связанных, например, с помощью соединяющей их перемычки-скобы 15 и опирающихся на направляющие 1 с помощью обжимающих их хомутов 7. При этом в плане (вид спереди) пилоны 14 и направляющие 1 образуют равнобедренный треугольник, вершина которого совмещена с осью державки 3, которую ориентируют параллельно оси сопла 10.

Державка 3 выполнена составной, части которой сочленены между собой с помощью конического соединения: конического хвостовика 16 и конуса 17, стянутых центральным резьбовым стержнем 18, что обеспечивает быструю смену ориентационного приспособления 19 на модель 4 после нивелировочных работ по совмещению оси державки 3 с линией, параллельной оси сопла 10. Хвостовик державки 3 связан со штоком пневмогидроцилиндра 12. При этом ориентационное приспособление 19 выполнено в виде пластины-нивелира, установленной на передней части державки 3 перпендикулярно ее оси с возможностью перемещения вдоль (вперед) по державке 3 и поворота вокруг ее оси для обеспечения плотного контакта со срезом сопла 10. Поперечный размер пластины-нивелира 19 превышает диаметр среза сопла 10, а ее передняя линия среза, контактирующая со срезом сопла 10, строго перпендикулярна оси державки 3.

Двухполосной пневмогидроцилиндр 11 или 12 содержит корпус 20, в котором выполнены две полости: пневматическая 21 и гидравлическая 22, заполненные соответственно газом и жидкостью. На выходе пневматической полости 21 установлен регулируемый клапан-дроссель 23. Поршень 24, установленный в гидравлической полости 22 и воздействующий на размещенную в ней жидкость с помощью штока 25, соединен, как указывалось выше, в одном из вариантов исполнения с основанием одной из стоек 2 и/или с державкой 3 (в другом варианте).

Способ установки и ориентации модели реализуется за счет того, что модель 4 закрепляют на передней части державки 3 с возможностью перемещения по направляющим 1 и/или относительно узлов 6 ее закрепления в стойке (стойках) 2 под действием нагрузок на модель 4, превышающих их критическое значение (реализующееся, например, при запуске трубы). Критическое значение нагрузки задают предварительно за счет изменения силы трения между направляющими 1 и основаниями пилонов 14 (хомутами 7) и/или сил трения между державкой 3 и узлами 9 ее закрепления в стойке (стойках) 2. Дополнительно регулируют возможность и скорость перемещения модели 4 с помощью двухполостных пневмогидроцилиндров 11 и/или 12 путем изменения давления газа во второй полости 21, а также скорости сброса противодавления за счет изменения проходного сечения клапана-дросселя 23.

Источники информации

1. Кислых В.В., Петрова О.В., Пучков В.В. «Способ адиабатического сжатия газа в аэродинамической установке». АС 972931, G01M 9/00, 1982, БИ №29, 1989 г., с.286.

2. Кислых В.В. Комплексная наземная обработка аэрогазодинамики ракет и многоразовых транспортно-космических систем на поршневых газодинамических установках многокаскадного сжатия ЦНИИмаш в условиях, максимально приближенных к натурным. // Космонавтика и ракетостроение. ЦНИИмаш, вып.2(35), 2004 г., с.63-85.

3. Kislykh V.V. Piston Gadynamic Units with Multicascade Compression. // Advanced Hypersonic Test Facilities, Edited by Frank K.L and dan E. Morren, ch 9, p.225-227, Progress in Astronavtics and Aeronavties, v.198, 2002.

4. Волов Д.В. Ж. TBT, т.44, №4, июль-август 2006 г., с.604-626.

5. SU 1037754, G01M 9/00, 22.04.83, заявка 3399900, 22.02.82.

6. RU 2300748 С1, G01M 9/06, 10.06.07 Бюллетень №16. Заявка 2005136765/28, 25.11.05. Способ определения аэродинамических сил в дозвуковых аэродинамических трубах.

7. SU 1816981 А1, G01M 9/04, 23.05.93. Бюллетень №19. Заявка 4834444/23, 05.05.90. Координатное устройство аэродинамической трубы.

8. SU 1037754, G01M 9/00, 22.04.83. Заявка 3399900/23, 22.02.82. Установка адиабатического сжатия.

Изобретение относится к экспериментальной аэрогазодинамике, в частности к средствам для установки и перемещения моделей различных летательных аппаратов в рабочих частях аэродинамических труб с высокими значениями скоростных напоров. Способ реализуется за счет того, что испытуемую модель устанавливают на направляющих с возможностью перемещения под действием чрезмерной нерасчетной нагрузки с помощью обтекаемой стойки и хомутов, охватывающих направляющие с усилием, которое задают и изменяют с помощью динамометрических болтов. При этом в исходном положении и при действии расчетных нагрузок обеспечивают неподвижное положение модели на направляющих. Дополнительно регулируют скорость перемещения модели по направляющим с помощью двухполостного пневмогидроцилиндра путем изменения давления газа и его дросселирования через клапан, проходное сечение которого изменяют. Технический результат заключается в предотвращении возможности разрушения моделей и повреждения подвесок и измерительных средств от чрезмерных нагрузок при запуске аэродинамической трубы или установок. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ установки и ориентации модели в аэродинамической трубе, включающий ее размещение с помощью обтекаемой стойки на направляющих с возможностью перемещения, отличающийся тем, что стойку на направляющих устанавливают с помощью хомутов, которыми в рабочем режиме удерживают модель неподвижно на этих направляющих, а при превышении нагрузок на модель выше критических обеспечивают ее перемещение по ним, причем величину критической нагрузки задают предварительно за счет изменения силы трения между направляющими и хомутами путем изменения силы прижатия хомутов к направляющим с помощью динамометрических болтов, модель закрепляют на хвостовой державке в узле крепления обтекаемой стойки аналогично установке стойки на направляющих с возможностью перемещения, при этом ориентируют ось державки строго параллельно оси сопла путем контроля контакта и устранения зазоров между срезом сопла и пластиной-нивелиром, которую устанавливают на державке перпендикулярно ее оси и осуществляют ее круговое вращение вокруг этой оси, а устранения зазоров добиваются за счет регулирования закрепления державки в стойке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют скорость перемещения модели по направляющим и/или в обтекаемой стойке с помощью двухполостных пневмогидроцилиндров путем изменения давления газа во второй полости за счет сброса и дросселирования его через клапан, проходное сечение которого изменяют.

3. Устройство для установки и ориентации модели в аэрогазодинамической трубе, содержащее опорные балки-направляющие и размещенную на них с возможностью перемещения стойку для установки в ней державки для закрепления испытуемой модели, отличающееся тем, что стойка выполнена в виде пары пилонов, опирающихся на направляющие и образующих с ними в плане равнобедренный треугольник, вершина которого совмещена с осью державки, при этом пилоны установлены на направляющих с помощью охватывающих их обжимающих хомутов, которые прижаты к направляющим с помощью динамометрических болтов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено двухполостным пневмогидроцилиндром, вторая полость которого заполнена газом и выполнена с клапаном-дросселем для сброса давления с отверстием изменяемого проходного сечения, при этом поршень пневмогидроцилиндра установлен в первой заполненной сжимаемой жидкостью полости и связан с основанием пилонов посредством соединяющей их поперечной дугообразной перемычки, а корпус пневмогидроцилиндра закреплен неподвижно.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной стойкой, установленной на тех же направляющих и выполненной аналогично основной.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что поршень пневмогидроцилиндра связан с державкой, а корпус его закреплен на стойке в вершине равнобедренного треугольника.

7. Устройство для установки и ориентации модели в аэрогазодинамической трубе, содержащее опорные балки-направляющие и размещенную на них с возможностью перемещения стойку для установки в ней державки для закрепления испытуемой модели, отличающееся тем, что державка установлена в стойке аналогично пилонам на направляющих с возможностью перемещения вдоль оси, параллельной оси сопла, и выполнена составной, части которой сочленены между собой с помощью конического соединения хвостовик-конус и натяжного центрального резьбового стержня, при этом на передней части державки установлена с возможностью перемещения вдоль и поворота вокруг оси державки ориентационная пластина-нивелир, передняя линия среза которой перпендикулярна оси державки, а длина превосходит диаметр среза сопла.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной стойкой, установленной на тех же направляющих и выполненной аналогично основной.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что поршень пневмогидроцилиндра связан с державкой, а корпус его закреплен на стойке в вершине равнобедренного треугольника.