Динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе Российский патент 2024 года по МПК G01M9/08 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается, в частности, решения проблем проектирования и изготовления динамически-подобных моделей для экспериментальных исследований аэроупругости летательных аппаратов в аэродинамических трубах (АДТ).

Известна конструкция динамически подобной модели крыла и способ ее изготовления (см. Р.Л. Бисплингхофф, Х. Эшли, Р.Л. Халфмен. Аэроупругость. М., ИЛ, 1958, рис.12, стр.640-641). Достоинством такой конструкции является малая плотность бальзы и ее податливость к обработке, что обеспечивает малый вес отсека, отсутствие щелей присущих отсечно-балочным конструкциям за счет тонкой резиновой обшивки, а недостатками являются низкие модуль упругости и предел прочности бальзы, необходимость увеличения жесткости за счет покрытия слоем стекловолокна, выпучивание резиновой обшивки при испытаниях в аэродинамической трубе, сложность прогнозирования массово-инерционных характеристик из-за использования клея в качестве крепежа, а также сложная конструкция каркаса отсека с множеством элементов и высокая доля «ручного» труда.

Известна конструкция динамически подобной модели крыла и способ ее изготовления (см. Н.В. Альхимович, Л.С. Попов. Моделирование флаттера самолета в аэродинамических трубах. Труды ЦАГИ № 623, 1947, рис. 3-12 стр. 11-15). Достоинством такой конструкции является применение авиационной фанеры при создании формообразующих нервюр, что придает отсекам достаточную жесткость, а недостатком является неразборная конструкция имитатора двигателя, изготавливаемого с фиксированными массово-инерционными характеристиками, сложная конструкция каркаса отсека с множеством элементов, сложность прогнозирования массово-инерционных характеристик из-за использования клея в качестве крепежа и высокая доля «ручного» труда.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция динамически подобной модели крыла (см. патент РФ №2729951, МПК G01M 9/08, G01M 5/00, 2020) Динамически подобная модель аэродинамической поверхности содержит силовой сердечник и отсеки, имеющие внутренние полости, внешняя поверхность которых геометрически подобна форме моделируемой аэродинамической поверхности, передающих аэродинамические нагрузки на силовой сердечник, при этом отсеки выполнены из низкомодульного материала с образованием моделируемой аэродинамической поверхности, внутри отсеков выполнены внутренние полости со съемными крышками для размещения варьируемых грузов и оборудования, локальные площадки для крепления крышек к отсеку, отсеки содержат Х-образные нервюры с площадкой крепления к силовому сердечнику в центральной части нервюры и диагональными ребрами переменной толщины, идущими от указанной площадки крепления к углам отсека. Достоинством такой конструкции является повышенная точность моделирования массово-инерционных характеристик крыла за счет применения аддитивных технологий, а недостатком является неразборная конструкция имитатора двигателя, изготавливаемого с фиксированными массово-инерционными характеристиками.

Предлагаемым изобретением решается задача проведения испытаний динамически-подобных моделей для обеспечения безопасности самолетов от флаттера, расширения возможностей аэроупругого моделирования при изготовлении высококачественных динамически-подобных моделей отъемной части крыла за счет параметрических исследований в аэродинамической трубе влияния силовой установки на флаттерные характеристики. Техническим результатом является обеспечение универсальности в части моделирования различных двигателей, близких по габаритным характеристикам и отличающимся по массово-инерционным характеристикам, а также оперативности изменения массово-инерционных характеристик в ходе эксперимента.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе, содержащая силовой сердечник, обшивки, выполненные в виде отсеков, передающих аэродинамические нагрузки на силовой сердечник, установочные места на сердечнике и/или в отсеках для установки варьируемых грузов и представляющая в сборе единую конструкцию замкнутой аэродинамической формы, отличающаяся тем, что дополнительно содержит имитатор двигателя, крепящийся к силовому сердечнику посредством пружины пилона, состоящий из кольцевого тела, центрального тела и быстросъемного стакана, выполненного с возможностью размещения сменных грузов, моделирующих массово-инерционные характеристики двигателя, при этом быстросъемный стакан закреплен внутри центрального тела при помощи быстроразъемного соединения, а центральное тело жестко закреплено внутри кольцевого тела.

В динамически-подобной модели для испытаний в аэродинамической трубе центральное тело, выполнено из конструкционных пластиков.

В динамически-подобной модели для испытаний в аэродинамической трубе кольцевое тело, выполнено из вспененных материалов.

На фиг. 1 представлен общий вид динамически-подобной модели консоли крыла самолета с универсальным имитатором двигателя на пилоне в собранном виде.

На фиг. 2 представлено поперечное сечение универсального имитатора двигателя на пилоне вдоль плоскости симметрии двигателя.

На фиг. 3 представлена схема технологического членения имитатора двигателя.

В динамически-подобной модели аэродинамической поверхности, содержащей силовой сердечник модели 1, обшивку 2, выполненную в виде отсеков, передающих аэродинамические нагрузки на силовой сердечник, пружину пилона 3, имитатор двигателя 4, элерон 5, установочное место пружины пилона на сердечнике 6, установочное место пружины пилона в имитаторе двигателя 7, кольцевое тело имитатора двигателя 8, центральное тело имитатора двигателя 9, быстросъемный стакан имитатора двигателя 10, сменные грузы имитатора двигателя 11, установочные места сменных грузов имитатора двигателя 12, обтекатель пружины пилона 13, установочные места на сердечнике и/или в отсеках для установки варьируемых грузов, имитирующие топливо, внутримодельные трассы, вибровозбудители, привода органов управления (на фигурах не показаны), и представляющей в сборе единую конструкцию замкнутой аэродинамической формы, силовой сердечник модели 1, выполнен в виде балки переменного, преимущественно прямоугольной, Н-образной и крестообразной формы, сечения. Отсеки 2 выполненные в виде полых тонкостенных сегментов несущей аэродинамической поверхности выполненных в виде части профиля, включающих всю нижнюю поверхность крыла, вертикального оперения или горизонтального оперения (всю боковую, например, левую поверхность киля), а также верхнюю поверхность носика крыла, вертикального оперения или горизонтального оперения протяженностью не более 15-20% местной хорды и верхнюю поверхность хвостика протяженностью не более 20-30% местной хорды крыла, вертикального оперения или горизонтального оперения (например, противоположную, правую боковую поверхность носика киля протяженностью не более 15-20% местной хорды киля и правую боковую поверхность хвостика протяженностью не более 20-30% местной хорды киля) и съемных тонкостенных крышек протяженностью 5-20% (протяженность сегментов уменьшается от комля к кончику пропорционально местной хорде) от полуразмаха несущей поверхности и образованных рассечением плоскостями, параллельными аэродинамическому потоку, при этом между отсеками обеспечивается технологический зазор, гарантирующий отсутствие контакта отсеков при колебаниях с заданной амплитудой. При этом в отсеке выполнены разнесенные по размаху и хорде локальные площадки для крепления крышки, которая изготовлена в виде верхней части профиля крыла или горизонтального оперения (боковой поверхности киля). Хорда крышки составляет не менее 50-65% местной хорды, а размах крышки совпадает с размахом отсека. Узлы навески отсеков располагаются не далее 5% от центра тяжести по размаху отсека перпендикулярно потоку. Нервюры отсеков, перпендикулярные плоскости хорд и направленные по диагоналям проекции отсека на плоскость хорд, разделены на секции различной толщины. Количество секций варьируется от 3 до 10.

Пружины пилона 3 выполняются из металла в виде балок, преимущественно прямоугольной, Н-образной и крестообразной формы, сечения и имеющих не менее 70% и не более 150% жесткости с учетом подобия, требуемой для моделирования натурного пилона, с цилиндрическими местами для монтажа в установочных местах. Установочное место пружины пилона на сердечнике 6 выполнено в виде клеммного зажима и крепится к силовому сердечнику модели 1 посредством клеевинтового соединения.

Имитатор двигателя 4, крепящийся к силовому сердечнику 1 посредством пружины пилона 3, включает в себя кольцевое тело 8 выполненное в виде кольца повторяющего форму мотогондолы моделируемого натурного двигателя, преимущественно из вспененных материалов, обеспечивающих возможность варьирования массово-инерционных характеристик сменных грузов в больших диапазонах за счет уменьшения моментов инерции и массы кольцевого тела 8 обусловленного применением материалов с низкой плотностью. Центральное тело 9, жестко закреплено в кольцевом теле 8 посредством клеевого соединения и выполнено из конструкционных пластиков в виде цилиндрической оболочки с закруглением торца для обеспечения безотрывного обтекания потока. Установочное место пружины пилона в имитаторе двигателя 7 выполнено в виде клеммного зажима и крепится к центральному телу 9 посредством винтового соединения. Быстросъемный стакан 10, выполненный из конструкционных пластиков в виде цилиндрической перфорированной оболочки, фиксируется в центральном теле посредством винтового соединения. Установочные места сменных грузов имитатора двигателя 12 размещаются в быстросъемном стакане 10, в количестве достаточном для обеспечения максимально возможного диапазона моделирования натурных двигателей, и располагаются преимущественно симметрично относительно центра тяжести размещаемых сменных грузов 11, моделирующих массово-инерционные характеристики и имеющих возможность различных вариантов установки в пределах свободного объема быстросъемного стакана 10.

Проектирование включает теоретический расчет и оптимизацию массово-инерционных характеристик и положения центра тяжести имитатора двигателя, требуемых по теории подобия, за счет варьирования геометрических характеристик и плотности сменных грузов, размещаемых в быстросъемном стакане.

Изобретение работает следующим образом. Модель аэродинамической поверхности устанавливают в рабочей части аэродинамической трубы, затем все типы датчиков с помощью переходных кабелей подключают к системе сбора и обработки данных, которая измеряет виброускорения, статические и динамические напряжения. Перед испытаниями выполняется контрольная проверка функционирования всех подсистем. Для этого включается внутримодельный вибровозбудитель и определяются в заданном диапазоне частот амплитудно-частотные характеристики модели и регистрируются сигналы с датчиков. Каждый пуск аэродинамической трубы выполняется в соответствии с программой испытаний модели. Пуск выполняется в пошаговом режиме. На заранее заданных фиксированных числах М включается вибровозбудитель и в заданном диапазоне частот вынужденных колебаний модели регистрируются сигналы с установленных датчиков. Для уменьшения погрешностей при обработке сигналов включение вибровозбудителя и регистрация сигналов с датчиков выполняются несколько раз. При исследовании влияния массово-инерционных характеристик двигателей на флаттерные характеристики производится оперативная замена сменных грузов в быстросъемном стакане, после чего испытания повторяются с этапа контрольной проверки функционирования всех подсистем. Обработка и анализ полученной информации выполняются после окончания испытаний модели в аэродинамической трубе.

Изобретение позволяет реализовать изготовление и испытания в дозвуковых аэродинамических трубах для исследования комплекса проблем аэроупругости, динамики полета. Силовые элементы могут быть оснащены датчиками, трассы к которым прокладываются вдоль силового сердечника модели. На предлагаемой основе может быть изготовлена отъемная часть крыла. Возможность проведения в рамках одной модели поисковых параметрических исследований (на этапе проектных решений при разработке ЛА) влияния массово-инерционных характеристик двигателей на флаттерные характеристики, а также, проведение в рамках одной модели сертификационных исследований по обеспечению безопасности от явлений аэроупругости натурной конструкции крыла с различными двигателями, отличающимися массово-инерционными характеристиками достигается изменением геометрической формы, плотности материала и положения сменных грузов в пределах свободного объема стакана.

Изготовлен опытный образец модели, подтвердивший вышеуказанные технические результаты.

Изобретение относится к области авиационной техники и касается в частности решения проблем проектирования и изготовления динамически подобных моделей для экспериментальных исследований аэроупругости летательных аппаратов в аэродинамических трубах (АДТ). Динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе содержит силовой сердечник, обшивки, выполненные в виде отсеков, передающих аэродинамические нагрузки на силовой сердечник, установочные места на сердечнике и/или в отсеках для установки варьируемых грузов, и представляющая в сборе единую конструкцию замкнутой аэродинамической формы. При этом устройство дополнительно содержит имитатор двигателя, крепящийся к силовому сердечнику посредством пружины пилона, состоящий из кольцевого тела, центрального тела и быстросъемного стакана, выполненного с возможностью размещения сменных грузов, моделирующих массово-инерционные характеристики двигателя. При этом быстросъемный стакан закреплен внутри центрального тела при помощи быстроразъемного соединения, а центральное тело жестко закреплено внутри кольцевого тела. Техническим результатом является обеспечение универсальности в части моделирования различных двигателей, близких по габаритным характеристикам и отличающихся по массово-инерционным характеристикам, а также оперативности изменения массово-инерционных характеристик в ходе эксперимента. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе, содержащая силовой сердечник, обшивки, выполненные в виде отсеков, передающих аэродинамические нагрузки на силовой сердечник, установочные места на сердечнике и/или в отсеках для установки варьируемых грузов, и представляющая в сборе единую конструкцию замкнутой аэродинамической формы, отличающаяся тем, что дополнительно содержит имитатор двигателя, крепящийся к силовому сердечнику посредством пружины пилона, состоящий из кольцевого тела, центрального тела и быстросъемного стакана, выполненного с возможностью размещения сменных грузов, моделирующих массово-инерционные характеристики двигателя, при этом быстросъемный стакан закреплен внутри центрального тела при помощи быстроразъемного соединения, а центральное тело жестко закреплено внутри кольцевого тела.

2. Динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе по п.1, отличающаяся тем, что центральное тело выполнено из конструкционных пластиков.

3. Динамически-подобная модель для испытаний в аэродинамической трубе по п.1, отличающаяся тем, что кольцевое тело выполнено из вспененных материалов.