Устройство для моделирования трехмерного обтекания летательных аппаратов Советский патент 1984 года по МПК G06G7/70 

00

Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для решения задач аэродинамики при моделиро вании пространственного обтекания летательных аппаратов. Известны устройства для моделиро вания трехмерных поступательно-циркуляционных потоков. Работа этих устройств основана на том, что моде ли исследуемых тел, покрытые слоем металла необходимой толщины, помещают в квазистационарное магнитное поле и в пространстве вокруг модели измеряют вектора магнитной индукции по KOTOpfjM на основе магнитной аэро динамической авапогии рассчитывают аэродинамические характеристики тела, строят поле вокруг него. Пелена свободных вихрей за несущими поверх ностями летательного аппарата при этом моделируется системой проводников (электродов) с током ij . Наиболее близким техническим рец|ением к изобретению является устрой ство для моделирования трехмерных гидродинамических полей, которое имеет магнитную камеру с установленнылда в ней исследуемой моделью, конт ролирующими и измерительными датчика ми. Пелена свободных вихрей за несущими поверхностями модели моделирует ся дискретными электродами. Питание на магнитную камеру и электроды поддается через усилители, на регулирую щие и контролирующие устройства от генератора переменного тока.. Сигналы с датчиков через коммутационное устройство подаются в измерительный блок 2j . . Недостаткам известных устройств является то, что в них пелена свобод ных, вихрей моделируется дискретными электродами. Система дискретных элек трйдов не позволяет получить непреры ную аналоговую модель пространствен ного обтекания аппарата, приводит к появлению не существующих в природе особых точек и тем со значительными искажениями моделирует реальное аэродинамическое явление. Все это снижает точность моделирования, уменьшает эффективность метода магнитной аэродинамической аналогии. Цель изобретения - повышение точ ности моделирования. Цель достигается тем, что в устройстве для моделирования трехмерно го обтекания летательных аппаратов, содержащем модель задания прямолинейного магнитного поля, выполненную в виде соленоида С-образной формы, между концами обмотки соленоида установлены в требуемых точках измерения магнитной индукции контролирующие и измерительные датчики, подключенные через коммутатор к измерительному блоку, металлическая модель летательного аппарата, модель пелены свс бодных сосредоточенных вихрей, выполненная в виде проводников, одни выводы которых подключены к блоку питания, и ориентированная перпендикулярно кромкам несущих поверхнос-. тей металлиз1{еской модели летательного аппара.та, модель пелены свободных вихрей, последняя выполнена из металлической фольги, в виде прямоугольного треугольника, гипотенуза которого имеет криволинейную форму, определяемую в каждой точке несущей поверхности значением разности векторов магнитной индукции сверху и снизу несущей поверхности, металли-;.ческая фольга расположена в плоскости несущей поверхности металлической модели летательного аппарата и соединена одним концом с задней кромкой несущей поверхности металлической модели летательного аппарата, другим концом металлическая фольга соединена с другим выводом проводника, моделирующего пелену свободных сосредоточенных вихрей. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - физическая схема обтекания крыла конечного размаха; на фиг. 3 - модель пелены свободных вихрей. Устройство содержит модель задания прямолинейного магнитного поля, выполненную в виде соленоида 1 С-образно: формы. Между концами его обмотки помещается металлическая модель 2 летательного аппарата. К задним кромкам поверхностей модели прикреплена металлическая фольга 3,моделирующая пелену свободных вихрей. Фольга через проводники 4, моделирующие пелену свободных сосредоточенньвс вихрей, подключена к блоку 5 питания. Контролирующие 6 и измерителтзные 7 датчики через коммутатор 8 соединены с измерительным блоком 9. Физическая схема обтекания несущеЯ поверхности (крыла) конечного размаха изображена на фиг. 2. Линии вихрей в соответствии с уравнением непрерывности разделяются по площади , В2А2 на верхней и нижней поверхностях несущей поверхности межДУ потенцисшами в точках А; и В(. В пределах площади АА, они являются присоединенными, в пределах плоЛ1адей и BBjB они образуют непрерывно распределенную пелену свободных вихрей. Интенсивность сходящих с несущей поверхности свободных вихрей увеличивается по мере приближения к ее концам - точкам А и В. Более мощные свободные вихри втягивают в себя более слабые, и вся пелена свободнЕлх вихрей на некотором удалении от несущей поверхности в /точках AI, и В сворачивается в два сосредоточенных вихря. Если поверхность пелены свобод ых вихрей ЛА2А и , смоделировать металлической фольгой .такой же формы, обеспечив при этом на задней йромке вдоль линий AAg и ВВ2 равномерный электрический контакт, и подвести к точкам А j и В( посредством электродов разность потенциалов, то электрический ток растечется по площади металлизированной модели несущей поверхности и модели пелены в соответствии с уравнением Кирхгофа. Вектор плотнос ти тока при этом является аналогом вектора угловой скорости вращения распределенного (пр соединенного и свободного) вихря. Для окончательного получения непрерывной модели пространственного обтекания несущей поверхности конечного размаха необходимо подбирать ток в точке С по направлению и по величи не таким, чтобы выполнился постулат Чаплыгина-Жуковского, а фольгу и при соединенные к ней электроды выгнуть в пространстве так, чтобы в любой точке на ней, начиная от линий AAj и 2, сверху и снизу касательные век ры магнитной индукции были бы равны по модулю. Предлагаемое устройство работает следующим образом, К концам несущих поверхностей модели 2 (точки А ) присоединяют электроды без фольги. В корневых сечения несущих поверхностей (точки С ) уста навливают контролирующие датчики 6 и вместе с измерительными датчикс1ми 7 включают через коммутатор на измерительный блок 9. После включения питания задают токи в проводниках 4 по величине и направлению такими, чтобы в корневых точках несущих поверхностей модели (точках С) выполнялся аналог постулата ЧаплыгинаЖуковского. При этом контроль осуществляется по показанию датчиков 6 блоком 9. . Измерительными датчиками исследуются задние кромки несущих поверхнос тей летательного аппарата на предмет вьтолнения аналога постулата Чаплыгина-Жуковского7 отыскивая точки В , Где анало постулата начинает не выполняться. На выявленных отрезках Aft каждой несущей поверхности модели измеряют разность величины векторов магнитной индукции сверху ч снизунесущих поверхностей идля каждой несущей поверхности модели строят кривую Bgjp. - ,. f(Z), приведенную на фиг. 3. Модели пелены свободных вихрей вырезают из фольги, при этом их размеры определяют по графикам Eggp Г(г)зная, что длина пелены AAj (. 1) равна длине участка и пропорциональна величине В ggp,, - Вц„лн в точке А , а форма подобна кривой ер нижн f ( Z ). Проводники 4 отсоединяют от несущих поверхностей модели летательного аппарата, к задним кромкам котоptJK на отрезках А 6 подсоединяют фольгу 3 - модели пелены свободных вихрей, обеспечивая вдоль всей линии равномерный электрический контакт. Проводники 4 подсоединяют к фольге, датчики 6 контролируют выполнение аналога постулата ЧаплыгинаЖуковского в корневых сечениях моделк. Если аналог постулата выполняется, выгибают фольгу за каждой несущей поверхностью так, чтобы в каждой очке, начинай от линии АВ2 , касательные вектора магнитной индукции сверху и снизу были равны между собой по модулю. В результате получают непрерывную модель трехмерного поступательно-циркуляционного обтекания летательного аппарата. Измерение век торов магнитной индукции (аналога скорости воздушного потока) вокруг модели летательного аппарата и на его поверхности производят с помощью измерительных датчиков 7. Предложенное устройство выполнено достаточно простыми средствами и его применение в ряде случаев позволяет повысить точность моделирования при исследованиях обтекания летательных аппаратов без экспериментов в аэродинамиче,ских трубах.

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ОБТЕКАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, содержащее модель Зс1дания прямолинейного магнитного поля, выполненную в виде соленоида С-образной формы, между концами обмотки соленоида установлены в точках измерения магнитной индукции контролирующие и измерительные датчики, подключенные через коммутатор к измерительному блоку, металлическая модель летательного аппарата, модель пелены свободных сосредоточенных вихрей, выполненная в виде проводников, ОДН1 выводы которых подключены к блоку питания, и ориентированная перпендикулярно кромкам несущих поверхностей металлической модели летательного аппарата,модель пелены свободных вихрей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, модель пелены свободных вихрей выполнена из металлической фольги в виде прямоугольного треугольника, гипотенуза которого имеет криволинейную фор, определяемую в каждой точке несущей поверхности значением разности векторов магнитной индукции сверху и снизу несущей поверхности, ю металлическая фольга расположена в (Л плоскости несущей поверхности металлической модели летательного аппарата и соединена одним концом с задней кромкой несущей поверхности металлической модели летательного аппарата, другим концом металлическая фольга соединена с другим выводом проводника, моделирующего пелену свободных сосредоточенных вихрей. со 00