Изобретение относится к области техники и методики эксперимента в аэродинамических трубах и может быть использовано для измерения основных аэродинамических коэффициентов Сx, Сy, Мz моделей самолетов, крыльев роторных ветродвигателей и т.п.
Известны аэродинамические весы, содержащие весоизмерительный элемент с коромыслом и шарнирно соединенным с ним рычагом, на котором размещены втулки для крепления моделей с державками, причем одна из втулок размещена горизонтально на свободном конце рычага, а две других - вертикально, при этом ось одной из них проходит через точку качания рычага, а другой = на некотором расстоянии от нее (Авторское свидетельство СССР № 306356, G01g 19/42, 1970 г.).
Недостатком таких аэродинамических весов является длительный процесс поочередной установки моделей в трех различных втулках с последующим расчетом веса модели и координат ее центра тяжести, которые не имеют прямого отношения к аэродинамическим характеристикам модели.
Известны также аэродинамические весы, выбранные в качестве прототипа, для измерения лобового сопротивления моделей, в которых державка, несущая модель, помещенная в потоке аэродинамической трубы, закрыта обтекателем, а для уравновешивания измеряемой силы применен постоянный магнит, связанный с державкой и помещенный в магнитном поле катушки, управляемом фотоэлектрическим устройством, представляющим неподвижную и подвижную диафрагму, связанную с державкой, выполненной в виде маятника, опора которого вынесена за пределы трубы (Авторское свидетельство СССР №127849, 1959 г.).
Недостатком этих весов является сложная и малоэффективная конструкция, обеспечивающая измерение лишь лобового сопротивления модели в специально подготовленной аэродинамической трубе.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в создании простой и универсальной конструкции аэродинамических весов, обеспечивающих одновременное измерение и регистрацию трех основных аэродинамических коэффициентов лобового сопротивления, подъемной силы и вращающего момента испытуемой модели.
Поставленная задача решается за счет размещения весов в открытой рабочей части аэродинамической трубы на передвижной опоре с державкой моделей, выполненной в виде двухкоординатного стержневого маятника, у которого верхний конец вынесен за пределы контура аэродинамической трубы и через карданный шарнир связан с тензометрическим датчиком крутящего момента, установленным на колесе червячного редуктора с отсчетной шкалой, а на нижнем конце стержневой державки закреплен весовой элемент в виде гидродинамического демпфера с навесными гирями и регистратором планшета поляр Лилиенталя, установленного горизонтально на основании рамочной опоры червячного редуктора.
При этом гидродинамический демпфер ортогональных колебаний стержневой державки может быть выполнен в виде коаксиально установленного на ней стакана, частично заполненного вязкой жидкостью, с воронкообразной крышкой и регистратором в виде фломастера, установленного на днище этого стакана внутри соосной трубки. Для оперативной замены моделей и снятия результатов регистрации аэродинамического эксперимента передвижная рамочная опора установлена на роликах, ось вращения которых параллельна воздушному потоку и оси аэродинамической трубы.
В упрощенном варианте вместо карданного шарнира 4 может использоваться отрезок армированного резинового шланга, закрепленный непосредственно на оси червячного колеса, а для определения зависимости величины Mz от скорости вращения модели роторного ветродвигателя червячный вал редуктора соединен с электродвигателем регулируемых оборотов.
Технический результат от использования предложенного изобретения заключается в ускорении процесса получения наглядных результатов аэродинамических испытаний разнообразных моделей в виде стандартных поляр или тяго-скоростных характеристик основных аэродинамических коэффициентов Сx, Сy, Мz, которые достаточно хорошо характеризуют технические свойства исследуемых моделей.
При этом наличие гидродинамического демпфера ортогональных колебаний стержневой державки модели и регистратора обеспечивает высокую точность отсчета аэродинамических коэффициентов, а наличие комплекта навесных гирь и передвижной рамочной опоры на роликах - оперативное проведение и подготовку всего эксперимента.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, где: на Фиг.1 представлен внешний вид аэродинамических весов, а на Фиг.2 - поперечный разрез с полярой крыла профиля Clarc-15 в пределах углов атаки α=0-360 градусов.
Испытываемая модель 1 располагается в открытой рабочей части внутри контура аэродинамической трубы 2 на стержневой державке 3, верхний конец которой вынесен за пределы контура этой трубы 2 и через карданный шарнир 4 механически связан с тензометрическим датчиком 5 крутящего момента Мz.
Тензометрический датчик с интегрированным вращающимся трансформатором 5 установлен на колесе червячного редуктора 6 с отсчетной шкалой 7 и снабжен своим электронным блоком с индикатором, который на чертеже не показан. Редуктор 6 закреплен в верхней части рамочной опоры 8 и снабжен удлинительным валом червяка со штурвалом 9 для установки модели 1 под заданным углом атаки относительно вектора скорости V воздушного потока аэродинамической трубы 2.
На нижнем конце стержневой державки 3 закреплен весовой элемент в виде гидродинамического демпфера, состоящего из коаксиально закрепленного на ней стакана 10, частично заполненного вязкой жидкостью 11 и закрытого воронкообразной крышкой 12, на которой могут быть установлены навесные гири 13 с осевым отверстием для прохождения стержневой державки 3. Эта державка со всеми закрепленными на ней элементами, в том числе отрезком трубки 14 с фломастером 15, образует двухкоординатный маятник, способный совершать ортогональные перемещения по осям X и Y, которые регистрируются в виде поляры Лилиенталя 16 на планшете 17, установленном на нижней перекладине подвижной рамочной опоры 8, с направляющими роликами 18.
Для исследования моделей роторных ветродвигателей в сборе вместо ручного штурвала 9 может быть установлен электродвигатель переменного тока, запитанный от генератора изменяемой частоты (на чертеже не показан).
Работа предлагаемых весов основана на следующем принципе:
При заданном угле атаки α модели 1, который определяется при помощи шкалы 7 и штурвала 9 редуктора 6, она вместе со стержневой державкой 3 двухкоординатного маятника отклоняется от нулевого положения равновесия на относительно небольшой угол из-за воздействия вектора аэродинамической силы, создаваемой потоком воздуха аэродинамической трубы 2. Одновременно происходит и пропорциональное отклонение трубки 14 с регистратором 15, который фиксирует на планшете 17 это отклонение в виде поляры Лилиенталя 16.
Причем величина текущего отклонения регистратора 15 обратно пропорциональна суммарному весу стакана 10 с вязкой жидкостью 11 и крышки 12 с навесными гирями 13. Кроме того, вязкая жидкость 11 обеспечивает эффективное гашение собственных паразитных колебании испытываемой модели 1, обусловленных неизбежной турбулезацией воздушного потока аэродинамической трубы 2. Поскольку стержневая державка 3 и карданный шарнир 4 или его резиновый аналог обладают большой жесткостью на кручение, то крутящий момент модели 1 практически без потерь передается на тензометрический датчик 5 статического момента Мz, величина которого фиксируется его отсчетным устройством.
Таким образом, при плавном вращении модели 1 в заданном диапазоне углов атаки α можно получить все три основные аэродинамические коэффициенты теории подобия испытываемой модели, которую нетрудно заменить вместе с планшетом и результатами эксперимента за счет перпендикулярного отката рамочной опоры 8 на роликах 18 за пределы контура аэродинамической трубы 2 даже без ее выключения.
Простой заменой ручного штурвала 9 на электродвигатель с регулируемыми оборотами предлагаемые весы превращаются в аналог винтового прибора, при помощи которого можно снимать тяго-скоростные характеристики вращающего момента и сил бокового давления моделей роторных ветродвигателей.
Основным преимуществом таких маятниковых аэродинамических весов по сравнению с их промышленным аналогом - трехкомпонентными аэродинамическими весами АВТ - 5 с плавающей рамой и ромбическими расчалками, является очень простая и эффективная конструкция, обеспечивающая быстрое измерение и регистрацию всех трех основных аэродинамических коэффициентов теории подобия различных моделей за пределами так называемых «полетных углов» ±40 градусов, которых явно недостаточно для исследования современных фигур высшего пилотажа типа «кобра» и крыльев роторных ветродвигателей с вертикальной осью вращения, которые работают на все 360 градусов в закритических режимах и даже «хвостом вперед».
Тогда как на предлагаемых весах можно испытывать роторные ветродвигатели «в сборе», то есть сразу с тремя и более крыльями с минимальными затратами времени на подготовку и проведение эксперимента. Такое простое устройство можно с успехом использовать и в качестве наглядного учебного пособия в аудиториях авиационных училищ и институтов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
КРЫЛЬЧАТАЯ ЛОПАСТЬ | 2012 |
|
RU2499155C2 |
Способ движения на "водной подушке" и глиссирующее судно для его осуществления | 2015 |
|
RU2615031C2 |
ВЕТРОТЕПЛОУСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ ) | 2011 |
|
RU2487267C2 |
ДВИЖИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ВИНТОКРЫЛОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2629635C2 |
СПОСОБ ПЛАНИРУЮЩЕГО ПОЛЕТА И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА | 2008 |
|
RU2397109C2 |
КОМБИНИРОВАННЫЙ ВЕРТОЛЕТ (ВАРИАНТЫ) | 2009 |
|
RU2397919C1 |
РОТОРНЫЙ ВЕТРОПРИВОД | 2010 |
|
RU2471085C2 |
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОГО МОМЕНТА НЕСУЩЕГО ВИНТА ОДНОВИНТОВОГО ВЕРТОЛЁТА | 2015 |
|
RU2577932C1 |
ПРОТИВОУГОННОЕ УСТРОЙСТВО | 1993 |
|
RU2053148C1 |
ТЕПЛОВАЯ ГИДРОУСТАНОВКА | 2001 |
|
RU2204049C2 |
Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано в качестве трехкомпонентных аэродинамических весов для измерения и автоматической регистрации основных коэффициентов теории подобия различных моделей. Сущность изобретения заключается в размещение весов в открытой рабочей части аэродинамической трубы на передвижной опоре с державкой моделей, выполненной в виде двухкоординатного стержневого маятника, у которого верхний конец вынесен за пределы контура аэродинамической трубы и через карданный шарнир связан с тензометрическим датчиком крутящего момента, установленным на колесе червячного редуктора с отсчетной шкалой. На нижнем конце стержневой державки закреплен весовой элемент в виде гидродинамического демпфера с навесными гирями и регистратором планшета поляр Лилиенталя, установленного горизонтально на основании рамочной опоры червячного редуктора. Технический результат заключается в упрощении конструкции весов, ускорении процесса проведения испытаний. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Аэродинамические весы, содержащие опору с державкой моделей, выполненной в виде маятника с весовым элементом, вынесенным за пределы аэродинамической трубы, отличающиеся тем, что верхний конец стержневой державки двухкоординатного маятника также вынесен за пределы аэродинамической трубы и через карданный шарнир связан с тензометрическим датчиком крутящего момента, установленным на колесе червячного редуктора с отсчетной шкалой и удлиненным штурвалом, а на ее нижнем конце закреплен весовой элемент в виде гидродинамического демпфера с навесными гирями и регистратором планшета поляр Лилиенталя, установленного горизонтально на основании рамочной опоры червячного редуктора.
2. Аэродинамические весы по п.1, отличающиеся тем, что гидродинамический демпфер ортогональных колебаний стержневой державки выполнен в виде коаксиально установленного на ней стакана, частично заполненного вязкой жидкостью, с воронкообразной крышкой.
3. Аэродинамические весы по п.1, отличающиеся тем, что регистратор выполнен в виде фломастера, установленного с возможностью продольного скольжения внутри трубки, закрепленной на днище стакана гидродинамического демпфера.
4. Аэродинамические весы по п.1, отличающиеся тем, что передвижная рамочная опора установлена в открытой рабочей части аэродинамической трубы на роликах, ось вращения которых параллельна воздушному потоку трубы.
5. Аэродинамические весы по п.1, отличающиеся тем, что верхний конец стержневой державки двухкоординатного маятника связан с тензометрическим датчиком через упругий полукарданный шарнир, выполненный в виде отрезка армированного резинового шланга.
6. Аэродинамические весы по п.1, отличающиеся тем, что червячный вал редуктора соединен с электродвигателем регулируемых оборотов.
Аэродинамические весы | 1959 |
|
SU127849A1 |
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВЕСЫ | 0 |
|
SU306356A1 |
Устройство для тарирования аэродинамических весов | 1974 |
|
SU523320A1 |
Аэродинамические весы | 1986 |
|
SU1552038A1 |
Устройство для привязывания животных | 1974 |
|
SU520081A1 |
Авторы
Даты
2014-05-27—Публикация
2012-08-21—Подача