Устройство формирования вихревого обтекания аэродинамической модели Российский патент 2020 года по МПК G01M9/00 B64C23/06 

Устройство формирования вихревого обтекания аэродинамической модели относится к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов. Устройство может быть использовано при проектировании, изготовлении и испытаниях в аэродинамических трубах аэродинамических моделей, предназначенных для изучения турбулентного пограничного слоя. При изучении проблем пограничного слоя летательного аппарата требуется проводить модельные испытания в аэродинамической трубе. Для создания около аэродинамической модели турбулентного обтекания используются прикрепленные к поверхности аэродинамической модели вихрегенераторы (турбулизаторы). Вихрегенераторы бывают различной формы и размера. Например в одном из экспериментов ЦАГИ использовались 60 вихрегенераторов для каждого из шести вариантов на аэродинамической модели с 4 рядами вдоль ее поверхности, что создает монтаж и смену вихрегенераторов трудоемкой и длительной процедурой.

Известно устройство, в котором посадочный элемент устанавливаемый на поверхности аэродинамической модели в виде подложки вихрегенератора закреплен на модели приклеиванием

(https://ru.wikipedia.оrg/wiki/Пластинчатый_турбулизат). Недостатками такого устройства являются длительная и трудоемкая установка и смена вихрегенераторов в количестве 1500 раз в процессе проведения эксперимента, механическое повреждение аэродинамической поверхности, оказание негативного влияния на результат эксперимента из-за искажения аэродинамической поверхности, привносимого от посадочного элемента-подложки.

Известно другое устройство, состоящее из посадочного элемента и съемного вихрегенератора, соединенного к посадочному элементу (https://poznayka.org/s78947tl.html). Для крепления посадочного элемента к поверхности модели применяются резьбовые соединения вихрегенератора.

Данный аналог принят за ближайший аналог - прототип предлагаемого технического решения. В данном прототипе выявлены следующие недостатки: длительность установки и смены вихрегенераторов и трудоемкость операций при установке и смены на высоте, износ резьбовых соединений от частого обращения, повреждение поверхности модели, внесение негативного влияния на результат эксперимента и работу вихрегенераторов от искажений вносимых от посадочного места, установленного на поверхности модели.

Задачами технического предложения являются:

1. Снижение трудоемких операций до минимально-возможного;

2. Доведение затрат времени смены одного вихрегенератора до минимально-возможного;

3. Снижение влияния искажений, вносимых от посадочного места на результат эксперимента и работу вихрегенераторов на аэродинамической обдуваемой поверхности до нуля. Повышение точности результатов эксперимента.

Технический результат данного предложения заключается в изменении конструкции посадочного места и фиксации вихрегенератора в посадочном месте с помощью магнитного замка.

Технический результат достигается тем, что устройство формирования вихревого обтекания аэродинамической модели, содержит посадочный элемент, установленный на аэродинамической модели и съемный вихрегенератор для установки на посадочном элементе. Посадочный элемент выполнен в виде втулки с отверстием и верхней поверхностью, повторяющей поверхность аэродинамической модели, вихрегенератор содержит ножку для установки в отверстии втулки с обеспечением фиксации с заданным углом относительно набегающего потока аэродинамической трубы и вихрегенератор дополнительно зафиксирован во втулке магнитным замком.

Технический результат также достигается тем, что устройство выполнено так, что верхняя поверхность втулки выполнена из формообразующего полимерного материала. Это обеспечивает повторение формы поверхности аэродинамической модели верхней поверхностью втулки и отсутствие каких-либо искажений поверхности аэродинамической модели.

Технический результат также достигается тем, что магнитный замок образован парой: ножка вихрегенератора, состоящая из магнитного материала и магнит, встроенный во втулке. Магнит удерживает вихрегенератор в условиях нагрузки, действующей вдоль оси отверстия втулки, возникающей от воздушного потока и веса самого вихрегенератора.

Технический результат достигается тем, что в устройстве в качестве магнита использован неодимовый магнит. Такой магнит обеспечивает сцепление и фиксацию с силой достаточной для устойчивого положения вихрегенартора при эксперименте, а также быстрой смене вихрегенератора в устройстве.

Также технический результат достигается и тем, что в качестве магнита использован электромагнит.

Технический результат достигается также и тем, что в устройстве для фиксации вихрегенератора с заданным углом относительно набегающего потока аэродинамической трубы использована N-угольная форма отверстия. Наличие N граней позволяет обеспечивать фиксацию вихрегенератора в N различных положениях к набегающему потоку.

Техническое предложение поясняется следующими фигурами:

Фиг. 1 Схематичное изображение сечения устройства по оси симметрии

Фиг. 2 Изображение устройства в изометрии (втулка и аэродинамическая модель показаны в разрезе).

Конструкция предложенного устройства (см. Фиг. 1) содержит посадочный элемент в виде втулки 1, встроенный во втулку магнит 2 и вихрегенератор 3, установленный в отверстие втулки 1 с фиксацией ножки вихрегенератора 7. Верхняя поверхность 4 втулки 1 повторяет поверхность 5 аэродинамической модели 6 до установки устройства формирования вихревого обтекания аэродинамической модели.

Осуществление данного технического предложения можно представить в следующем порядке: предварительно на поверхности аэродинамической модели определяют, где будут находится вихрегенераторы. Подготавливают отверстия под втулки, наносят клей на поверхность отверстия и внешнюю поверхность втулки с магнитом. Устанавливают втулку в отверстие, заглубляют втулку в отверстие с зазором для дальнейшего заполнения его формообразующим материалом. Производят ориентацию втулки в отверстии с заданным углом к набегающему воздушному потоку аэродинамической трубы и выдерживают до высыхания клея и закрепления втулки в посадочном месте. Далее наносят формообразующий полимерный материал в зазор, устанавливают промасленный вихрегенератор-образец и выдерживают до полного высыхания полимера. Освобождают втулку от вихрегенератора-образца. После этого полученную верхнюю поверхность втулки обрабатывают до идеального повторения поверхности модели. Посадочный элемент готов к эксплуатации с использованием вихрегенератора с заданным углом к потоку. Такую же установку проводят для каждого посадочного места и посадочного элемента, чтобы полностью приступить к началу эксперимента. Далее в посадочные элементы устанавливают вихрегенераторы, которые будут фиксированно закрепленными в отверстии и также с помощью магнита, притягивающего ножку вихрегенератора, будет осуществляться дополнительная фиксациия относительно оси отверстия.

Таким образом, данное техническое решение устройства формирования вихревого обтекания аэродинамической модели достигает поставленных задач и получение технического результата:

1. Отсутствие влияния размещенного посадочного элемента на результат эксперимента, так как оно не находится на поверхности аэродинамической модели, а скрыто и не вносит искажения поверхности аэродинамической модели;

2. Вихрегенератор зафиксирован в отверстии втулки с заданным углом к набегающему потоку, причем отверстие имеет конфигурацию обеспечивающую эту фиксацию от вращения вокруг вертикальной оси вихрегенратора и его перемещения;

3. Вихрегенератор во втулке дополнительно зафиксирован магнитным замком по оси отверстия втулки и зафиксирован в отверстии втулки от сил вращения.

Данное техническое решение разработано в ЦАГИ и использовано при проведении экспериментальных исследований обтекания аэродинамической модели. По итогам экспериментов предложенная конструкция показала свою работоспособность и вызвала положительные отзывы специалистов, занимающихся монтажем вихрегенераторов. При количестве замен вихрегенераторов около 1500 штук данное устройстве позволило производить быструю смену вихрегенератов и их перестановку между собой. При этом время для смены одного вихрегенератора сократилось до 2 секунд. Совокупность существенных признаков предложенного технического решения обеспечивает выполнение поставленных задач и достижение требуемого технического результата.

Таким образом, совокупность предложенных существенных признаков технического решения обеспечивает выполнение поставленных задач и достижение требуемого технического результата.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов и может быть использовано при проектировании, изготовлении и испытаниях в аэродинамических трубах аэродинамических моделей различного назначения. Устройство содержит посадочный элемент в виде втулки, встроенный во втулку магнит и вихрегенратор, установленный в отверстие втулки. Верхняя поверхность втулки согласуется с поверхностью и повторяет поверхность аэродинамической модели. Смена вихрегенераторов может осуществляться оперативно при временных затратах около 2 секунд. Технический результат заключается в снижении трудоемкости операций, снижении времени смены одного вихрегенератора, снижении влияния искажений, вносимых посадочным местом, на результат эксперимента. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство формирования вихревого обтекания аэродинамической модели, содержащее посадочный элемент, установленный на аэродинамической модели, и съемный вихрегенератор для установки на посадочном элементе, отличающееся тем, что посадочный элемент выполнен в виде втулки с отверстием и верхней поверхностью, повторяющей поверхность аэродинамической модели, вихрегенератор содержит ножку для установки в отверстии втулки с обеспечением фиксации вихрегенератора с заданным углом относительно набегающего потока аэродинамической трубы и дополнительно зафиксирован во втулке магнитным замком.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя поверхность втулки выполнена из формообразующего полимерного материала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитный замок образован парой: ножка вихрегенератора, состоящая из магнитного материала, и магнит, встроенный во втулке.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве магнита использован неодимовый магнит.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве магнита использован электромагнит.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма отверстия выполнена N-угольной.