способ определения демпфирующих свойств моделей самолетов с винтовыми движителями

Формула изобретения

Способ определения характеристик аэродинамического демпфирования модели самолета с винтовым движителем, основанный на задании вращения маховику и колебаний механически связанной с ним модели, установленной в потоке аэродинамической трубы, и регистрацией параметров вращения маховика, отличающийся тем, что в начале испытаний в модель устанавливается винтовой движитель, выполненный в виде воздушного винта, установленного на валу газовой турбины, к которой через поддерживающие устройства и внутримодельный узел вращения подается сжатый воздух, приводящий винт во вращение со скоростью, необходимой для моделирования работы силовой установки, в присутствии воздушного потока маховик разгоняется до заданной скорости вращения, и после отключения привода производятся измерения средней скорости вращения маховика и ее приращение за оборот, затем, для учета влияния гироскопических моментов турбины и вращающегося винта, на заключительном этапе испытаний вместо рабочего винта устанавливается его макет с аналогичными массово-инерционными характеристиками и уже в отсутствии воздушного потока маховик вновь разгоняется до заданной скорости вращения, и после отключения привода также производятся измерения средней скорости вращения маховика и ее приращение за оборот, а затем, по разности приращений средней скорости вращения маховика за оборот, полученных в присутствии и отсутствии потока, определяются характеристики аэродинамического демпфирования модели самолета.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и предназначено для определения в аэродинамических трубах характеристик демпфирования моделей самолетов с винтовыми движителями.

Известны способы экспериментального определения нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов, в том числе характеристик демпфирования (см. С.М.Белоцерковский, Б.К.Скрипач, В.Г.Табачников. Крыло в нестационарном потоке газа. М.: Издательство «Наука», 1971, глава VIII, §3...8, с.188-208). Там же приведены возможные конструктивные схемы устройств, реализующих эти способы. Однако эти устройства не позволяют определять характеристики аэродинамического демпфирования моделей с моделированием работы силовой установки.

Схема устройства, позволяющего определять нестационарные аэродинамические характеристики моделей самолетов с моделированием работы силовой установки, опубликована в статье By Delma С.Freeman, Jr., Sue В. Grafton and Richard D'Amato. Static and Dynamic Stability Derivatives of a Jet Transport Equipped With External - Flow Jet - Augmented Flaps. NASA Technical Note. NASA TN D-5408, 1969. Недостатком этого устройства является то, что имитаторы двигателей работают от сжатого воздуха, находящегося в баллонах, расположенных внутри модели. Это обуславливает существенное ограничение возможностей экспериментальных исследований из-за его ограниченного запаса внутри модели.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения простых вращательных производных на колеблющихся моделях в аэродинамических трубах и устройство для осуществления способа (см. а.с. № 130351, по кл. G01M 9/00, за 1969 г.). Определение демпфирующих свойств по этому способу осуществляется по методу "работ", основанному на равенстве изменения кинетической энергии вращающегося маховика за оборот, и работой аэродинамических сил и сил трения в узлах вращения экспериментальной установки за период колебаний модели. Реализация этого способа описана также:

- в статье B.C.Быков, Ю.А.Прудников. Экспериментальное определение вращательных производных методом свободных колебаний с постоянной амплитудой и изменяющейся во времени частотой. Труды ЦАГИ, вып.854, 1962 г.;

- в книге С.М.Белоцерковский, Б.К.Скрипач, В.Г.Табачников. Крыло в нестационарном потоке газа. М.: Издательство «Наука», 1971, глава VIII, §9, с.214, 1971 г.

Кинематическая схема устройства, реализующая этот способ, представляет собой механизм, состоящий из модели, шарнирно закрепленной на поддерживающих устройствах и соединенной тягой через эксцентрик с маховиком, закрепленным на платформе. Величина комплексов коэффициентов аэродинамических производных, характеризующих моменты демпфирования модели, определяется по разности приращения угловой скорости вращения маховика в потоке и без него ₀. Эта разность характеризует изменение кинетической энергии маховика за один оборот под воздействием аэродинамического демпфирования модели. При проведении эксперимента модель с помощью поддерживающих устройств крепится на платформе и привод раскручивает маховик до заданной скорости вращения _max. После отключения привода измеряется среднее значение угловой скорости вращения маховика и ее приращение за оборот.

Недостатком данного способа и устройства для его осуществления является отсутствие возможности определения характеристик демпфирования моделей с моделированием работы силовой установки. Это снижает достоверность получаемой экспериментальной информации вследствие несоответствия характера обтекания несущих элементов модели в аэродинамической трубе и несущих элементов самолета, находящихся под воздействием струи работающего винта.

Цель изобретения - повышение достоверности получаемых экспериментальных данных по характеристикам аэродинамического демпфирования самолетов с винтовыми движителями за счет моделирования работы винтомоторной силовой установки, что в значительной степени позволяет приблизить характер обтекания несущих элементов модели к натурным условиям.

Поставленная цель достигается тем, что в модель устанавливается винтовой движитель, выполненный в виде воздушного винта и газовой турбины. К турбине через поддерживающие устройства и внутримодельный узел вращения подается сжатый воздух, приводящий винт во вращение со скоростью, необходимой для моделирования работы силовой установки.

Изобретение поясняется чертежом, где:

1 - модель самолета;

2 - газовая турбина;

3 - вал;

4 - винт;

5 - узел вращения;

6 - поддерживающие устройства;

7 - измерительный маховик.

Устройство работает следующим образом: модель самолета 1 через узел вращения 5 устанавливается на поддерживающих устройствах 6 стенда с измерительным маховиком 7. Сжатый воздух Р через поддерживающие устройства 6 и узел вращения 5 подается в размещенную внутри модели газовую турбину 2, на валу которой 3 закреплен винт 4.

Определение характеристик аэродинамического демпфирования моделей производится как и по способу-прототипу, в режиме колебаний модели 1 с постоянной амплитудой и изменяющейся по времени частотой. В начале эксперимента на вал турбины 3 устанавливается рабочий винт 4. Через поддерживающие устройства 6 и внутримодельный узел вращения 5 сжатый воздух Р подается в турбину 2, обеспечивая скорость вращения винта, необходимую для моделирования работы силовой установки. В присутствии воздушного потока маховик 7 разгоняется до заданной скорости вращения и после отключения привода в диапазоне приведенных частот, соответствующих натурным условиям полета самолета, измеряется среднее значение скорости вращения маховика и ее приращение за оборот. Измерение угловых скоростей вращения маховика 7 осуществляется на базе нескольких периодов его вращения (n=10...15), а время периода Т определяется как среднее арифметическое за n оборотов, т.е.

Затем, для учета влияния гироскопических моментов турбины 2 и вращающегося винта 4, на заключительном этапе испытаний на вал турбины 3 вместо рабочего винта 4 устанавливается его макет с аналогичными массово-инерционными характеристиками и производятся рассмотренные выше операции при отсутствии воздушного потока.

Выражение для рабочей формулы имеет вид

где

А - комплекс коэффициентов аэродинамических производных, характеризующий демпфирование соответствующей формы возмущенного движения:

при движении по тангажу

при движении по крену

при движении по рысканию

I_max - момент инерции маховика;

- приращение угловой скорости вращения маховика за один оборот в потоке, определяющее общую потерю кинетической энергии маховика;

₀ - приращение угловой скорости вращения маховика за один оборот без потока, определяющее потерю кинетической энергии маховика, затрачиваемой на компенсацию гироскопических моментов турбины и воздушного винта, а также сил трения в узлах вращения устройства;

q= V²/2 - скоростной напор потока в аэродинамической трубе;

S, b_a, L - характерные площадь и линейные размеры модели;

₀ - амплитуда колебаний модели.