RU2083967C1 - Versatile aerodynamic model and method of its production - Google Patents

Abstract

FIELD: tests in wind tunnels for research of aircraft aeroelastic stability with control system. SUBSTANCE: aerodynamic model uses elastic frame 1 and skin 2 of composite material linked with the frame beams by means of ribs. The skin has the main (5) and auxiliary sections. The main skin section, for instance of the wing, and the lower auxiliary skin section adjoining the main one with formation of slots 8 have a stiffening in the form of a crust of polymeric material (for instance, foam plastic). Auxiliary section 6 of the skin (and members 10 of slitted ribs) is linked with the main (5) one (and rib members 11) by means of locks 12. Rib members 11 are linked with the frame by means of joints 13. Skin vents are formed by disks 15 of bands with calibrated vent holes brought to which from the model inside are vent lines 16. From the outside the vent holes are closed with a thin layer of transparent composite material. In the process of production of the model measurements of stiffness characteristics of the elastic frame, for instance of wing spar 1, are taken. First, rib members 11 are installed on the spar, then rib members 10 are joined to them by means of locks 12. For formation of skin 2 a crust of foam plastic is attached to the ribs over the entire outline of the profile and coated with a transparent layer of composite material. The model stiffness characteristics are measured on an assembled model, the skin sections are removed and the stiffness of frame 1 is brought to the required one in a similarity relation. The main (5) and auxiliary skin sections are installed. Vent holes in the skin are opened before the test of the model in a wind tunnel. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относятся к экспериментальной аэромеханике, точнее к проектированию и изготовлению моделей, предназначенных к испытаниям в аэродинамических трубах для исследования проблем аэродинамики, флаттера, дивергенции, реверса органов управления, бафтинга, аэроупругой устойчивости самолета с системой управления. The invention relates to experimental aeromechanics, and more specifically to the design and manufacture of models designed to be tested in wind tunnels to study the problems of aerodynamics, flutter, divergence, reverse controls, buffeting, aeroelastic stability of an aircraft with a control system.

Известна упругоподобная модель, предназначенная для исследований явлений аэроупругости в аэродинамических трубах (см. Р.А. Бисплингхофф, Х. Эшли, Р. Л. Халфмэн. Аэроупругость. М. 1958, фиг. 12 с. 634-635). Такая модель содержит упругий каркас, моделирующий жесткостные характеристики несущей поверхности, закрепленные на нем доводочные грузы и жесткие отсеки с обшивкой, воспроизводящей аэродинамические обводы. Отсеки соединены с упругим каркасом с помощью жестких узлов крепления и имеют между собой щели, которые иногда заполняются низкомодульным материалом типа резины, поролона. Known elastic-like model designed to study the phenomena of aeroelasticity in wind tunnels (see R. A. Bislinghoff, H. Ashley, R. L. Halfman. Aeroelasticity. M. 1958, Fig. 12 S. 634-635). Such a model contains an elastic frame simulating the stiffness characteristics of the bearing surface, lapping weights fixed on it, and rigid compartments with a skin that reproduces aerodynamic contours. The compartments are connected to the elastic frame using rigid attachment points and have slots between them, which are sometimes filled with low-modulus material such as rubber, foam rubber.

Главным недостатком данной модели является то, что форма ее поверхности становится ступенчатой при деформациях в потоке. Это явление обусловлено жестким креплением конечного числа жестких отсеков к упругому каркасу. Ступенчатая негладкая поверхность в какой-то мере допустима при исследованиях флаттера в дозвуковых (но не сверхзвуковых) аэродинамических трубах и недопустима при исследованиях реверса органов управления и аэродинамических нагрузок, когда требования к качеству поверхности модели практически те же, что и к качеству поверхности жестких аэродинамических моделей. The main disadvantage of this model is that the shape of its surface becomes stepped during deformations in the flow. This phenomenon is due to the rigid attachment of a finite number of hard compartments to the elastic frame. To some extent, a stepped non-smooth surface is acceptable in studies of flutter in subsonic (but not supersonic) wind tunnels and is unacceptable in studies of control reverse and aerodynamic loads, when the requirements for model surface quality are practically the same as for the surface quality of rigid aerodynamic models .

Известна имеющая упругий каркас упругоподобная модель (см. там же, фиг. 12-22), в которой аэродинамические обводы выполнены путем обработки либо бальзы, либо пенопласта, наклеенного на упругий каркас. An elastic-like model having an elastic frame is known (see ibid., Figs. 12-22), in which aerodynamic contours are made by treating either balsa or foam glued to the elastic frame.

Недостатком этого типа моделей является сложность достижения приемлимых точностей воспроизведения наружных обводов и особенно жескостных характеристик модели вследствие большого разброса в жесткостях пенопласта (бальзы), клея, а также наружного слоя ткани, необходимой для устранения эрозии внешней поверхности модели в процессе ее испытаний в скоростных трубах. Обычно в таких моделях, предназначенных, в основном, для весовых исследований явлений статической аэроупругости затруднено дренирование (и тензометрирование) для определения распределенных нагрузок, что связано с отсутствием полостей внутри модели. Кроме того, затруднено исследование флаттера вследствие неизбежного перетяжеления модели. The disadvantage of this type of model is the difficulty in achieving acceptable accuracy of reproducing the outer contours and especially the hardness characteristics of the model due to the large spread in the stiffness of the foam (balsa), glue, and also the outer layer of the fabric necessary to eliminate erosion of the outer surface of the model during its testing in high-speed pipes. Typically, in such models, intended mainly for weight studies of the phenomena of static aeroelasticity, drainage (and strain gauging) is difficult to determine distributed loads, due to the absence of cavities inside the model. In addition, the study of flutter is difficult due to the inevitable drag of the model.

Известна принятая за прототип конструктивно-подобная модель (см. там же, с. 620-625, фиг. 12-2), в которой геометрические обводы воспроизведены с помощью тонкой обшивки, а жесткостные характеристики смоделированы как за счет обшивки, так и продольного и поперечного набора каркаса. Недостатком такой сложной, трудоемкой в проектировании и изготовлении модели является относительно низкая прочность, что не позволяет использовать такой тип модели для комплексного исследования явлений аэроупругости, в частности, для определения нагрузок при больших углах атаки и больших скоростных напорах. A structurally similar model adopted for the prototype is known (see ibid., Pp. 620-625, Fig. 12-2), in which geometric contours are reproduced using thin sheathing, and stiffness characteristics are modeled both by sheathing and longitudinal and transverse frame set. The disadvantage of such a complex, laborious model design and manufacturing is the relatively low strength, which does not allow the use of this type of model for a comprehensive study of the phenomena of aeroelasticity, in particular, for determining the loads at large angles of attack and high velocity heads.

Известен способ изготовления упругоподобной модели, включающий изготовление упругого сердечника и его обклейку пенопластом или бальзой (см. там же). Этот способ широко распространен благодаря своей простоте, но он имеет несколько недостатков. Самый главный сложность обеспечения высокой точности воспроизведения жесткостных характеристик самолетов. Другой основной недостаток сложность выполнения вариации распределения масс модели, изготовления внутримодельных измерительных и управляющих систем. A known method of manufacturing an elastic-like model, including the manufacture of an elastic core and its pasting with foam or balsa (see ibid.). This method is widespread due to its simplicity, but it has several disadvantages. The most important difficulty is ensuring high fidelity of aircraft stiffness. Another main drawback is the difficulty of performing variations in the mass distribution of the model, the manufacture of intramodel measuring and control systems.

Наиболее распространены способы изготовления жестких аэродинамических моделей из металла путем фрезирования (весовые и дренированные модели, изготовленные таким образом, отличаются высокой точностью воспроизведения форм, см. С.М. Горлин, И.Н. Слезингер "Аэромеханические измерения", М. 1964 г. с. 552. Однако они чрезвычайно трудоемки и дороги. Особенно это касается дренированных моделей, в которых для прокладки дренажных трубок фрезеруются канавки на поверхности модели. К тому же, качество поверхности таких моделей недостаточно высокое. The most common methods of manufacturing rigid aerodynamic models of metal by milling (weighted and trained models made in this way are highly accurate in reproducing forms, see S. M. Gorlin, I. N. Sleesinger "Aeromechanical Measurements", M. 1964 552. However, they are extremely laborious and expensive, especially for drained models, in which grooves are milled on the surface of the model for laying drainage pipes, and the surface quality of such models is not high enough.

Задачей изобретения является расширение возможностей аэродинамического и аэроупругого моделирования за счет изготовления и использования универсальной модели или ее основных сменяемых элементов (каркаса обшивки, пресс-формы) для проведения высокочастотных, оперативных и экономичных экспериментальных исследований комплекса проблем: аэродинамики, аэроупругости (флаттера, дивергенции, реверса органов управления, бафтинга, нагрузок), динамики самолета в дозвуковых и сверхзвуковых аэродинамических трубах на "жестких", а также упругоподобных дренированных и тензометрированных моделях, на свободно плавающих или колеблющихся моделях, в том числе динамически-подобных флаттерных моделях. The objective of the invention is to expand the capabilities of aerodynamic and aeroelastic modeling through the manufacture and use of a universal model or its main interchangeable elements (casing, molds) for conducting high-frequency, operational and economical experimental studies of a complex of problems: aerodynamics, aeroelasticity (flutter, divergence, reverse controls, buffing, loads), the dynamics of the aircraft in subsonic and supersonic wind tunnels on "hard", as well as elastic other drained and strain-gauged models, on freely floating or oscillating models, including dynamically-like flutter models.

Техническим результатом изобретения является использование принципа разделения функций элементов модели, применения съемной, сменяемой гладкой обшивки модели многофункционального назначения, вариации масс модели для определения влияния перетяжеления, доводки жесткостных характеристик внутримодельного каркаса на основе измерений жесткостных характеристик обшивки. The technical result of the invention is the use of the principle of separation of functions of model elements, the use of removable, replaceable smooth sheathing of a multifunctional model, mass variation of the model to determine the effect of pulling, refinement of the stiffness characteristics of the intramodel frame based on measurements of the stiffness characteristics of the skin.

Указанный технический результат достигается благодаря следующему. The specified technical result is achieved due to the following.

В модели, содержащей упругий каркас, состоящий, например, из лонжеронов несущей поверхности (крыла, фюзеляжа или оперения), схематизируемых балкой, а также сменной разъемной обшивки, варьируемых грузов, внутримодельных трасс и элементов системы управления модели, подкрепленная нервюрами или шпангоутами обшивка модели выполнена из двух секций. Каждая из них жестко соединена между собой и с каркасом. Основная секция безщелевой обшивки охватывает каркас, например лонжерон крыла, сверху, спереди и сзади, а также с боков каркаса и крепится к нему с помощью нервюр. Дополнительная секция обшивки выполнена также безщелевой. Она примыкает снизу каркаса без уступов и с минимально возможным зазором к основной секции обшивки. Линии разъема обшивок крыла или горизонтального оперения располагаются вдоль размаха несущей поверхности в передней и задней частях профиля, соответственно на 30-35 и 65-70% местной хорды, так что размер хорды дополнительной секции лежит в пределах 30-40% хорды. Нервюры, жестко связанные с обшивкой, также выполнены разрезными и разъемными. Они соединяются между собой замками. К нервюрам и каркасу крепятся все основные доводочные грузы, органы управления (элероны, интерцепторы, рули), проводка управления, привода, измерительные трассы модели. In a model containing an elastic frame, consisting, for example, of side members of a bearing surface (wing, fuselage or plumage), schematized by a beam, as well as removable detachable skin, variable loads, model tracks and elements of the model control system, reinforced by ribs or frames, model skin is made from two sections. Each of them is rigidly connected to each other and to the frame. The main section of the gapless casing covers the frame, for example, the wing spar, from above, front and rear, as well as from the sides of the frame and is attached to it with ribs. An additional cladding section is also made gapless. It is adjacent to the bottom of the frame without ledges and with the smallest possible clearance to the main section of the skin. The connector lines of the wing skins or the horizontal tail are located along the span of the bearing surface in the front and rear parts of the profile, respectively, at 30-35 and 65-70% of the local chord, so that the size of the chord of the additional section lies within 30-40% of the chord. Ribs rigidly connected with the skin are also made split and detachable. They are interconnected by locks. All main finishing loads, controls (ailerons, spoilers, rudders), control wiring, drives, measuring routes of the model are attached to the ribs and frame.

Аналогична этому конструкция разъемной обшивки киля. Обшивка фюзеляжа также гладкая и разъемная, состоящая из двух секций с линиями разъема, расположенными в нижней части фюзеляжа вдоль лонжерона каркаса, к которому обшивка крепится с помощью разъемных шпангаутов, аналогично креплению нервюр крыла. Similar to this is the design of split keel trim. The fuselage skin is also smooth and detachable, consisting of two sections with connector lines located in the lower part of the fuselage along the frame side member, to which the skin is attached using split frames, similar to attaching wing ribs.

Обшивка, к примеру крыла, выполнена с применением композиционных материалов. При этом выдерживание заданной формы (профиля) поверхности обеспечивается двумя возможными средствами: либо изготовлением многослойной обшивки формованием в прессформе, либо приклеиванием тонкого слоя композитной ткани к корке, например, из пенопласта. Корка, в свою очередь, приклеена к нервюрам и обработана по шаблонам тем же нервюрам, профиль которых (в обоих случаях) занижен на толщину обшивки. Sheathing, for example, of a wing, is made using composite materials. In this case, maintaining a given shape (profile) of the surface is provided by two possible means: either by manufacturing a multilayer sheath by molding in a mold, or by gluing a thin layer of composite fabric to the crust, for example, of foam. The crust, in turn, is glued to the ribs and processed according to the patterns of the same ribs whose profile (in both cases) is underestimated by the thickness of the skin.

Каркас модели также выполнен с применением композиционных материалов. Для достижения заданной точности воспроизведения его жесткостных характеристик применена наклейка на отдельных участках определенным образом ориентированных дополнительных слоев композиционного материала. Количество этих слоев определяют по результатам измерений жесткостных характеристик обшивки в сборе с каркасом и каркаса в отдельности, причем на начальном этапе жесткость лонжерона каркаса выполняют заниженной на 25-35% по сравнению с требуемой по подобию. The frame of the model is also made using composite materials. To achieve the specified accuracy of reproducing its stiffness characteristics, a sticker was applied on separate sections in a certain way of oriented additional layers of composite material. The number of these layers is determined by measuring the stiffness characteristics of the casing assembly with the carcass and the carcass separately, and at the initial stage, the stiffness of the carriage spar is lowered by 25-35% compared with the required similarity.

На фиг.1 изображена схема аэродинамической модели, состоящей из обшивки и каркаса, воспроизводящих геометрические обводы и жесткостные характеристики самолета; на фиг. 2 типовое сечение модели крыла с ее каркасом (лонжероном), с подкрепленной обшивкой, соединенной с нервюрами, с узлами крепления нервюр к каркасу, с замками, соединяющими основную и дополнительную части нервюр; на фиг. 3 последовательные операции изготовления каркаса, обшивки, монтажа элементов конструкции модели, контроля жесткостных характеристик универсальной модели. Figure 1 shows a diagram of an aerodynamic model consisting of a skin and frame, reproducing the geometric contours and stiffness characteristics of the aircraft; in FIG. 2 is a typical section of a wing model with its skeleton (spar), with reinforced casing connected to the ribs, with the attachment points of the ribs to the skeleton, with locks connecting the main and additional parts of the ribs; in FIG. 3 consecutive operations of manufacturing the frame, sheathing, installation of structural elements of the model, control of the stiffness characteristics of the universal model.

Аэродинамическая модель, фиг. 1, состоит из упругого каркаса 1 (например, из системы перекрестных балок лонжеронов крыла, оперения, фюзеляжа), а также обшивок 2, связанных с балками посредством нервюр 3 или шпангоутов 4. Обшивка состоит из двух неравных секций, например, из основной 5 и дополнительной 6 секций крыла или фюзеляжа. The aerodynamic model, FIG. 1, consists of an elastic skeleton 1 (for example, from a system of cross beams of wing spars, plumage, fuselage), as well as skins 2 connected to the beams by ribs 3 or frames 4. The skeleton consists of two unequal sections, for example, from the main 5 and additional 6 wing or fuselage sections.

Основная секция бесщелевой обшивки из композиционного материала, охватывающая каркас сверху, с боков, спереди и сзади, фиг. 2, а также нижняя - дополнительная секция бесщелевой обшивки, примыкающая к основной с минимально возможным зазором, имеют подкрепление в виде пенопластовой, к примеру, корки 9, соединенной с нервюрами 3. Нижняя дополнительная секция обшивки 6 (и ее части нервюр 10) соединяются с верхними 5 (и 11) с помощью замков 12, связывающих воедино части разрезных нервюр. Основные части нервюр 11 соединены с каркасом каждая с помощью своих узлов крепления 13. Доводочные (сменные) массы модели 14 закрепляются, в основном, на нервюрах. На них же монтируются элероны, интерцепторы, проводка управления модели. Дренажные отверстия в обшивке образованы дискретными пятачками 15 или непрерывными лентами с калиброванными дренажными отверстиями, к которым изнутри модели подведены дренажные трассы 16. Снаружи дренажные отверстия закрыты тонким слоем прозрачной композитной ткани 17, которые открываются (развертываются) лишь перед испытанием модели в трубе. The main section of the gapless casing of composite material, covering the frame from above, from the sides, front and back, FIG. 2, and also the lower — an additional section of the gapless sheathing adjacent to the main with the smallest possible gap — have reinforcement in the form of foam, for example, a crust 9 connected to the ribs 3. The lower additional section of the sheathing 6 (and its parts of the ribs 10) are connected to the top 5 (and 11) with the help of locks 12, connecting together parts of the cut ribs. The main parts of the ribs 11 are connected to the frame each using its own attachment points 13. The finishing (removable) masses of the model 14 are fixed mainly on the ribs. They also mount ailerons, interceptors, model control wiring. The drainage openings in the casing are formed by discrete five-piece patches 15 or continuous tapes with calibrated drainage openings, to which drainage paths 16 are connected from the inside of the model. Outside, the drainage openings are closed with a thin layer of transparent composite fabric 17, which open (unfold) only before testing the model in the pipe.

Необходимость использования композиционных материалов в обшивке обусловлена особенностями формообразования поверхности и ее дренирования, сочетающими высокую точность и простоту. The need to use composite materials in the casing is due to the features of surface shaping and its drainage, combining high accuracy and simplicity.

Целесообразность использования композиционных материалов в конструкции каркаса обусловлена теми же особенностями, но к ним добавляется и другое. По условиям массового подобия может потребоваться полый сердечник (лонжерон) каркаса модели. Применение при этом композиционного материала оправдано технологически. Кроме того, оно позволяет обойтись в некоторых случаях без обшивки на центральном участке профиля, занимаемом лонжероном, верхний и нижний контур которого воспроизводит профиль. Тогда съемными выполняются лишь передняя 18 и задняя 19 секции обшивки (фиг. 3). The feasibility of using composite materials in the construction of the frame is due to the same features, but another is added to them. According to the conditions of mass similarity, a hollow core (spar) of the model frame may be required. The use of this composite material is justified technologically. In addition, it allows you to do in some cases without cladding in the central section of the profile occupied by the side member, the upper and lower contours of which reproduce the profile. Then only the front 18 and rear 19 sections of the skin are removable (Fig. 3).

Применение композиционных материалов позволяет обеспечить главные достоинства универсальной модели: большую оперативность изготовления комплекса моделей разного назначения, дешевизну, более высокую точность по сравнению с традиционным подходом к изготовлению каждой из моделей: весовых, дренированных, упругоподобных, флаттерных порознь. Это достигается благодаря предлагаемому комплексу операций изготовления универсальной модели. The use of composite materials allows us to provide the main advantages of a universal model: greater efficiency in manufacturing a complex of models for various purposes, low cost, higher accuracy compared to the traditional approach to the manufacture of each of the models: weighted, drained, resilient, flutter separately. This is achieved thanks to the proposed set of operations for manufacturing a universal model.

Сначала изготавливают лонжерон 1 несущей поверхности, например крыла. Жесткость лонжерона на этом этапе должна быть на 25-35% меньше требуемой по подобию. First, a spar 1 of a bearing surface, such as a wing, is made. The spar stiffness at this stage should be 25-35% less than the required similarity.

Параллельно изготавливают нервюры 3 с окнами в их центральной части, определяемыми формой сечения лонжерона и его ориентацией относительно профиля нервюры. Каждую из нервюр выполняют составной из двух частей: основной 11 и дополнительной 10, соединенных с помощью замков 12, фиксирующих взаимное положение частей. Основная часть 11 нервюры, охватывающая сечение лонжерона 1 сверху, спереди и сзади лонжерона, имеет узлы крепления 13 к лонжерону, жестко связанные с ответными элементами узлов (с зубчатой насечкой), которые закрепляют на передней и задней стенках лонжерона (как на базовых поверхностях) в сборе с необходимым образом ориентированной основной частью нервюры 11. In parallel, ribs 3 are made with windows in their central part, determined by the cross-sectional shape of the spar and its orientation relative to the rib profile. Each of the ribs is made of two parts: the main 11 and the additional 10, connected by means of locks 12, fixing the relative position of the parts. The main part 11 of the rib, covering the cross-section of the side member 1 on top, front and rear of the side member, has attachment points 13 to the side member, rigidly connected to the response elements of the nodes (with a serrated notch), which are fixed to the front and rear walls of the side member (as on the base surfaces) in assembly with the necessary oriented main part of the rib 11.

Снимают нервюры и проводят измерения жесткостей изгиба и кручения лонжерона (вместе с ответными узлами крепления 13 нервюр на его передней и задней стенках в ряде сечений по месту расположения нервюр). Устанавливают на лонжероне 1 нервюры 3 в сборе. Сначала основные их части 11, закрепляемые в узлах с насечкой 13, а затем присоединяют к ним на замках 12 дополнительные нижние части нервюр 10. The ribs are removed and the stiffness of the bending and torsion of the spar is measured (together with the response attachment points of 13 ribs on its front and rear walls in a number of sections at the location of the ribs). Installed on the spar 1 rib 3 assembly. First, their main parts 11, fixed in knots with a notch 13, and then additional lower parts of ribs 10 are attached to them on the locks 12.

По всему контуру профиля приклеивают к нервюрам, играющим роль шаблонов, корку, например, из пенопласта 9, подкрепляющую обшивку 17. Корку эту обрабатывают по шаблонам нервюрам, профиль которых заранее занижен на толщину приклеиваемой к ней обшивки. В случае, если обшивка выполнена многослойной 7, путем формования в пресс-форме, как показано условно в левой части сечения B-B, рис. 2, ее приклеивают к нервюрам непосредственно верхней и нижней половинок, стыкуемых по передней и задней кромкам, при этом можно обойтись без корки 9, показанной в правой части сечения B-B. A peel, for example, made of polystyrene foam 9, reinforcing the sheathing is glued along the profile contour to the ribs, which play the role of templates 17. This peel is processed according to the ribs patterns, the profile of which is previously underestimated by the thickness of the sheath glued to it. If the casing is multilayer 7, by molding in a mold, as shown conditionally on the left side of section B-B, fig. 2, it is glued directly to the ribs of the upper and lower halves, joined along the front and rear edges, and you can do without the crust 9 shown on the right side of section B-B.

Дренирование обшивок выполняют с помощью дискретно расположенных тонких пятачков 15 или непрерывных лент с калиброванными дренажными отверстиями, приклеиваемых между слоями композиционной ткани обшивки или внутри корки вплотную к наружному тонкому прозрачному слою обшивки 17, так что оси дренажных отверстий всегда направлены строго нормально к наружной поверхности. Для подсоединения к штуцерам дренажных пятачков или лент 15 внутримодельных дренажных трасс 16 формируют подводящие каналы в композитной обшивке с помощью игольчатых колпачков 20, одеваемых на штуцера и снимаемых после отверждения слоев композита, насаживаемых на эти колпачки, на которые предварительно наносят антиадгезионное покрытие. При наличии корки пятачки с готовыми штуцерами располагают в корке. Возможен другой вариант без колпачков 20 и даже без штуцеров. Тогда пятачки и ленты 15 могут быть тонкими по всей своей площади, и наложение слоев не будет осложнено, но тогда после отверждения сверлят насквозь (снаружи) дренажные отверстия, а затем изнутри рассверливают их под внутримодельные трубки дренажных трасс. The drainage of the casing is carried out using discrete thin spots 15 or continuous tapes with calibrated drainage holes glued between the layers of the composite skin of the casing or inside the crust close to the outer thin transparent layer of the casing 17, so that the axis of the drainage holes are always directed strictly normal to the outer surface. To connect drainage spots or tapes 15 of the intra-model drainage paths 16 to the fittings, supply channels are formed in the composite sheathing using needle caps 20, worn on the nozzles and removed after curing of the composite layers that are applied to these caps, on which the release coating is preliminarily applied. If there is a crust, spots with finished fittings are placed in the crust. Another option is possible without caps 20 and even without fittings. Then the patch and tape 15 can be thin over its entire area, and the application of layers will not be complicated, but then after curing, drill holes are drilled through (outside), and then they are drilled from the inside under the model tubes of drainage routes.

Прорезают щель 8 между основной и дополнительной секциями обшивки. A slot 8 is cut between the main and additional sections of the skin.

Измеряют жесткостные характеристики модели в сборе. Measure the stiffness characteristics of the complete assembly.

Снимают секции обшивки 5, 6 и доводят жесткость лонжерона каркаса до необходимой по подобию (с учетом предыдущих измерений жесткости исходного лонжерона и обшивки), например, путем наклейки дополнительных слоев композита 21. The sections of the casing 5, 6 are removed and the rigidity of the frame spar is adjusted to the necessary similarity (taking into account previous measurements of the stiffness of the initial spar and casing), for example, by sticking additional layers of the composite 21.

Устанавливают доводочные грузы 14, проводку системы управления, подсоединяют дренажные трассы 16, монтируют основную 5, а затем и дополнительную 6 секции обшивки. Set lapping weights 14, control system wiring, drain lines 16 are connected, the main 5 and then the additional 6 sections of the casing are mounted.

Проводят контрольные измерения жесткостей. Carry out control measurements of stiffness.

Полируют наружную поверхность модели и в дренированных моделях открывают и развертывают закрытие наружным прозрачным слоем дренажные отверстия пятачков 15. The outer surface of the model is polished and, in the drained models, the drainage holes of the spots 15 are opened and closed by the outer transparent layer.

Изобретение позволяет реализовать изготовление и испытания в скоростных аэродинамических трубах для исследования комплекса проблем аэродинамики, аэроупругости, динамики полета единого ряда аэродинамических упруго- динамически подобных моделей, имеющих общую основу: либо единую пресс-форму (для изготовления сменяемых обшивок моделей разного назначения), либо (и) единый внутримодельный каркас, на котором крепится сменная обшивка. При необходимости варьирования масштаба скоростных напоров каркас модели также может быть выполнен сменяемым, в том числе жестким для жестких аэродинамических моделей. Обшивка моделей гладкая без уступов. Она может быть дренирована, тензометрирована (как и каркас модели), оснащена датчиками, трассы к которым располагаются в пространстве между сменной обшивкой и каркасом. Практически любая модель для исследования любой проблемы аэромеханики в аэродинамической трубе может быть спроектирована и изготовлена на предлагаемой единой основе, в этом смысле она называется универсальной. The invention allows for the manufacture and testing of high-speed wind tunnels to study the complex of problems of aerodynamics, aeroelasticity, flight dynamics of a single series of aerodynamic elasto-dynamically similar models having a common basis: either a single mold (for the manufacture of replaceable skins for different models), or ( i) a single intramodel frame on which a removable skin is attached. If it is necessary to vary the scale of high-speed pressures, the model frame can also be made interchangeable, including rigid for rigid aerodynamic models. Sheathing models smooth without ledges. It can be drained, strain gauged (like the model frame), equipped with sensors, the paths to which are located in the space between the removable skin and the frame. Almost any model for studying any problem of aeromechanics in a wind tunnel can be designed and manufactured on the basis of the proposed unified basis, in this sense it is called universal.

Высокое качество поверхности модели и точность выдерживания обводов обеспечиваются либо соответствующим качеством единой пресс-формы, либо качеством поверхности модели, обработанной по шаблонам нервюрам. Высокая точность моделирования жесткостных характеристик гарантируется благодаря поэтапному изготовлению лонжерона модели, съемности обшивки, контролю жесткостных характеристик лонжерона и обшивок. Универсальность модели состоит также в возможности оперативного изменения распределения масс внутри модели - благодаря съемности обшивки в целом или ее нижней, дополнительной части, если говорить о крыле. Тот же принцип универсальности относится к конструкции фюзеляжа, киля и горизонтального оперения моделей. При необходимости все они могут быть оснащены рулевыми поверхностями, причем для исследований флаттера, аэроупругой устойчивости или систем снижения нагрузок также и внутримодельной системой управления этими поверхностями. High quality of the model surface and the accuracy of keeping the contours are ensured either by the corresponding quality of a single mold, or by the quality of the model surface processed according to rib patterns. High precision modeling of stiffness characteristics is guaranteed due to the phased production of the model spar, removability of the casing, control of the stiffness characteristics of the spar and casing. The universality of the model also lies in the possibility of quickly changing the mass distribution inside the model - due to the removability of the skin as a whole or its lower, additional part, if we talk about the wing. The same principle of universality applies to the design of the fuselage, keel and horizontal plumage of models. If necessary, all of them can be equipped with steering surfaces, and for studies of flutter, aeroelastic stability or load reduction systems as well as an intramodel control system for these surfaces.

Для исследования какой-то одной задачи, например, флаттера или реверса элеронов универсальная модель вряд ли более проста и дешева, чем традиционная. Но при решении комплекса проблем универсальность дает выигрыш и в оперативности выполнения работ, и в их стоимости. Очевиден выигрыш и в точности по крайней мере выдерживания заданных жесткостных характеристик несущей поверхности. Принципиально важно расширение возможности варьирования масс как с точки зрения разной загрузки топливом и полезным грузом особенно с точки зрения выявления влияния неизбежного, обычно перетяжеления модели, на флаттерные характеристики. To study a single task, for example, flutter or reverse ailerons, the universal model is hardly simpler and cheaper than the traditional one. But when solving a set of problems, universality gives a gain both in the efficiency of work and in their cost. The gain is also evident in the accuracy of at least maintaining the specified stiffness characteristics of the bearing surface. It is fundamentally important to expand the ability to vary the masses both from the point of view of different loading with fuel and payload, especially from the point of view of revealing the influence of the inevitable, usually overload model, on flutter characteristics.

Claims (2)

1. Универсальная аэродинамическая модель преимущественно крыла, содержащая упругий каркас, соединенный со сменной обшивкой, нервюры с закрепленными на них сменными доводочными грузами и органами управления модели, и измерительную систему, отличающаяся тем, что обшивка выполнена в виде основной и дополнительной секций, жестко связанных между собой и с каркасом с помощью нервюр, выполненных составными, при этом основная секция обшивки охватывает часть каркаса, а дополнительная примыкает в ней с образованием щелей, расположенных вдоль размаха несущей поверхности модели, причем обшивка выполнена из многослойного композиционного материала или корки из полимерного материала, покрытой слоем композиционного материала, а между слоями композиционного материала или внутри корки расположены ленты или диски с калиброванными дренажными отверстиями для подсоединения к ним дренажных трасс. 1. A universal aerodynamic model of a wing mainly, containing an elastic skeleton connected to interchangeable casing, ribs with interchangeable lapping weights and model controls attached to them, and a measuring system, characterized in that the casing is made in the form of the main and additional sections, rigidly connected between themselves and with the frame using ribs made composite, while the main section of the sheathing covers part of the frame, and the additional one adjoins in it with the formation of gaps located along swing of the model’s bearing surface, and the sheathing is made of a multilayer composite material or a crust of polymer material coated with a layer of composite material, and between the layers of the composite material or inside the crust there are tapes or disks with calibrated drainage holes for connecting drainage routes to them. 2. Способ изготовления универсальной аэродинамической модели преимущественно крыла, включающий изготовление упругого каркаса, нервюр и сменной обшивки, установку сменных доводочных грузов, органов управления модели и измерительной системы, отличающийся тем, что упругий каркас изготавливают с жесткостью, на 25 35% меньшей величины жесткости, необходимой по подобию, каждую нервюру выполняют составной из двух частей - основной, охватывающей часть каркаса и соединенной с ним при помощи монтажных узлов, и дополнительной, соединенной с основной частью замками, причем профиль нервюр занижен на толщину обшивки, измеряют жесткостные характеристики каркаса с монтажными узлами без нервюр, осуществляют сборку каркаса и нервюр, соединяют с нервюрами обшивку из многослойного композиционного материала, изготовленную заранее в пресс-форме, или корку обшивки из полимерного материала, которую обрабатывают по профилю нервюр и покрывают слоем композиционного материала, при этом для дренирования обшивки между слоями композиционного материала или внутри корки из полимерного материала вплотную к внешнему прозрачному слою приклеивают ленты или диски с калиброванными дренажными отверстиями и штуцерами для подсоединения дренажных трасс, измеряют жескостные характеристики модели в сборе, снимают секции обшивки и доводят жесткость каркаса до величины, заданной по подобию, устанавливаают сменные доводочные грузы, органы управления модели и измерительную систему, монтируют секции обшивки и проводят контрольные измерения жесткостных характеристик модели, после чего вскрывают обшивку в местах расположения калиброванных дренажных отверстий. 2. A method of manufacturing a universal aerodynamic model of a wing mainly, including the manufacture of an elastic skeleton, ribs and interchangeable casing, the installation of interchangeable finishing weights, model controls and a measuring system, characterized in that the elastic skeleton is made with a stiffness that is 25 to 35% lower than the stiffness, necessary in similarity, each rib is made of a composite of two parts - the main, covering part of the frame and connected to it by means of mounting units, and an additional, connected to the main part of the locks, and the profile of the ribs is underestimated by the thickness of the casing, measure the rigidity of the frame with mounting nodes without ribs, carry out the assembly of the frame and ribs, connect the lining of the multilayer composite material made in advance in the mold, or the crust of the lining of polymeric material, which is processed along the profile of the ribs and covered with a layer of composite material, while for draining the lining between the layers of the composite material or inside the crust of polymer material tapes or disks glued to the external transparent layer with calibrated drainage holes and fittings for connecting drainage routes, measure the rigidity characteristics of the assembled model, remove the skin sections and adjust the frame stiffness to a value set in the similarity, install interchangeable finishing weights, model controls and measuring system, mount the casing sections and carry out control measurements of the stiffness characteristics of the model, after which the casing is opened at the locations of calibrated dr changes require holes.

Images