RU2587525C1

RU2587525C1 - Aero-elastic model

Info

Publication number: RU2587525C1
Application number: RU2015118025/28A
Authority: RU
Inventors: Мансур Фоатович Гарифуллин
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-06-20

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention is intended for use in wind tunnels (WT), where research of aeroelasticity phenomena is required. Substance of invention consists in fact that inside aeroelasticity model with limited clearance is arranged to be secured to support device hard high-strength core, having on its surface dampers, besides, on the model and (or) core displacement transducers and WT sensors protection system. Small gap between core and inner surface of model and absence of influence of vibrations of holder or tape suspension on measurement results relative displacement allow performing high-accuracy measurement of elastic displacement model (amplitudes, and oscillation frequencies model), increasing accuracy and information value of experiment.

EFFECT: high information content of tests, higher safety of their performance.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах (АДТ), где требуется проведение исследований явлений аэроупругости.The invention relates to the field of aerodynamic testing and is intended for use in wind tunnels (ADT), where studies of the phenomena of aeroelasticity are required.

Известны динамически подобные модели для исследования явлений аэроупругости (Лыщинский В.В. Моделирование флаттера в аэродинамических трубах. М.: Физматлит, 2009 г.), в том числе выполненные с применением композитных материалов (Система автоматизированного проектирования, изготовления и инженерного анализа аэроупругих моделей летательных аппаратов и строительных сооружений. Ю.А. Азаров, Е.В., Брускова и др. Труды ЦАГИ, 2014 г., Выпуск 2748, с. 298-317).Dynamically similar models are known for studying the phenomena of aeroelasticity (V. Lyschinsky. Modeling of flutter in wind tunnels. M .: Fizmatlit, 2009), including those made using composite materials (Computer-aided design, manufacturing and engineering analysis of aeroelastic flying models apparatuses and building constructions. Yu.A. Azarov, E.V., Bruskova, etc. Proceedings of TsAGI, 2014, Issue 2748, pp. 298-317).

Недостатком этих моделей является отсутствие естественной защиты от разрушения при потере устойчивости конструкции в потоке и превышении уровня допустимых деформаций, что повышает стоимость и длительность эксперимента, так как приходится очень осторожно, шаг за шагом приближаться к границе потери устойчивости. В отдельных случаях происходят разрушения дорогостоящих моделей, что ведет к существенным экономическим потерям, проведению трудоемких работ по очистке АДТ и ее простоям.The disadvantage of these models is the lack of natural protection against fracture in case of loss of structural stability in the flow and exceeding the level of permissible deformations, which increases the cost and duration of the experiment, since it is necessary to carefully approach the boundary of stability loss step by step. In some cases, the destruction of expensive models occurs, which leads to significant economic losses, the implementation of laborious work to clean the ADT and its downtime.

Для защиты таких моделей были предложены пружинные защелки, останавливающие колебания какой-либо точки конструкции крыла, элерона или руля при достижении опасных амплитуд, и дистанционно управляемые стопоры с электрическими, гидравлическими или пневматическими приводами.To protect such models, spring latches were proposed to stop vibrations at any point in the wing, aileron or rudder structure when dangerous amplitudes were reached, and remotely controlled stoppers with electric, hydraulic or pneumatic drives.

Кроме того, был предложен метод специального ослабления заранее выбранных элементов моделей (В.В. Лыщинский. Моделирование флаттера в аэродинамических трубах. М.: Физматлит, 2009 г. ). При флаттере такой конструкции первым разрушался выбранный элемент, после чего флаттер модели прекращался. Однако эти способы защиты имеют ограниченное быстродействие и не во всех случаях гарантируют безопасность испытаний.In addition, a method was proposed for special attenuation of pre-selected model elements (VV Lyshchinsky. Modeling flutter in wind tunnels. M: Fizmatlit, 2009). When flutter of this design, the selected element was first destroyed, after which the flutter of the model ceased. However, these protection methods have limited performance and do not in all cases guarantee the safety of the tests.

Другим недостатком таких моделей является сложность обеспечения высокой точности измерений ее деформаций, особенно крутильных. Тензодатчики, размещенные в концевых сечениях крыла, недостаточно чувствительны к малым деформациям, а акселерометры измеряют ускорения, переход от которых к перемещениям сопряжен со значительными погрешностями ввиду наличия шумов измерений. Непосредственные измерения упругих перемещений модели затруднены и недостаточно точны ввиду наличия колебаний модели на опорном устройстве, как жесткого целого, со значительными амплитудами в условиях проведения испытаний в АДТ. Кроме того, при задаваемых программой испытаний изменениях углов атаки, скольжения и крена меняется положение модели в рабочей части АДТ, что требует перенастройки системы измерений перемещений.Another disadvantage of such models is the difficulty of ensuring high accuracy in measuring its deformations, especially torsional ones. Strain gauges located in the wing end sections are not sensitive enough to small deformations, and accelerometers measure accelerations, the transition from which to displacements is associated with significant errors due to the presence of measurement noise. Direct measurements of the elastic displacements of the model are difficult and insufficiently accurate due to the presence of oscillations of the model on the supporting device, as a rigid whole, with significant amplitudes in the conditions of testing in ADT. In addition, when the angles of attack, slip, and roll are specified by the test program, the position of the model in the working part of the ADT changes, which requires reconfiguration of the displacement measurement system.

Известна модель крыла самолета для исследования явлений аэроупругости, взятая за прототип (Бисплингхофф Р.Л., Эшли X., Халфмэн Р.Л. Аэроупругость, Пер. с англ. М., ил, 1958 г. ), в которой имеется внутренняя полость, сообщающаяся с узлами крепления модели (фиг. 1).A known model of the wing of an airplane for studying the phenomena of aeroelasticity, taken as a prototype (Bislinghoff R.L., Ashley X., Halfman R.L. Aeroelasticity, Per. From English M., il, 1958), in which there is an internal cavity communicating with the attachment points of the model (Fig. 1).

Недостатками этой модели являются отсутствие естественной защиты от разрушения при потере устойчивости конструкции в потоке и превышении уровня допустимых деформаций, сложность обеспечения высокой точности измерений ее деформаций.The disadvantages of this model are the lack of natural protection against destruction in case of loss of structural stability in the flow and exceeding the level of permissible deformations, the difficulty of ensuring high accuracy of measurements of its deformations.

Задачей данного изобретения являются повышение защищенности модели при проведении испытаний без ухудшения ее свойств и повышение информативности испытаний.The objective of the invention is to increase the security of the model during testing without impairing its properties and increasing the information content of the tests.

Технический результат заключается в повышении безопасности проведения испытаний и повышении их информативности.The technical result consists in increasing the safety of testing and increasing their information content.

Технический результат достигается тем, что в аэроупругой модели в ее внутренней полости с лимитированным зазором размещен с возможностью закрепления на опорном устройстве жесткий высокопрочный сердечник, содержащий на своей поверхности демпферы, кроме того, на модели и (или) на сердечнике находятся датчики перемещений и датчики системы защиты АДТ.The technical result is achieved by the fact that in the aeroelastic model in its internal cavity with a limited gap, a rigid high-strength core is placed with the possibility of fixing on the supporting device, containing dampers on its surface, in addition, there are displacement sensors and system sensors on the model and (or) on the core ADT protection.

На фиг. 1 изображена модель крыла самолета для исследования аэроупругих явлений (прототип).In FIG. 1 shows a model of an airplane wing for studying aeroelastic phenomena (prototype).

На фиг. 2 изображено поперечное сечение предлагаемой модели крыла с сердечником.In FIG. 2 shows a cross section of the proposed core wing model.

На фиг. 3 изображена модель, закрепленная на стенке (опоре).In FIG. 3 shows a model mounted on a wall (support).

Рассмотрим предлагаемое устройство на примере модели крыла.Consider the proposed device on the example of a wing model.

Внутри аэроупругой модели 1 (фиг. 2) с лимитированным зазором установлен жесткий высокопрочный сердечник 2, закрепленный на опорном устройстве (например, стенке (фиг. 3), хвостовой державке, ленточной подвеске и др.) или в узловых точках исследуемых форм колебаний модели. Положение узловых точек исследуемых форм колебаний модели определяют расчетными методами или по результатам резонансных испытаний. Величина зазора выбирается в зависимости от конструкции модели и условий эксперимента. В местах возможного соприкосновения на модели 1 и на сердечнике 2 находятся датчики 3 системы защиты АДТ (контактные или бесконтактные). На поверхности сердечника 2 размещены демпферы 4 (например, накладки из демпфирующего материала) в местах возможного контакта модели и сердечника. Также на сердечнике 2 размещены датчики перемещений 5 для измерения упругих перемещений модели.A rigid high-strength core 2 is mounted inside the aeroelastic model 1 (Fig. 2) with a limited gap, which is mounted on a support device (for example, a wall (Fig. 3), a tail holder, a tape suspension, etc.) or at the nodal points of the studied modes of vibration of the model. The position of the nodal points of the studied modes of vibration of the model is determined by calculation methods or by the results of resonance tests. The size of the gap is selected depending on the design of the model and the experimental conditions. In places of possible contact on the model 1 and on the core 2 there are sensors 3 of the ADT protection system (contact or non-contact). On the surface of the core 2 are placed dampers 4 (for example, pads made of damping material) in the places of possible contact between the model and the core. Also on the core 2 are displacement sensors 5 for measuring the elastic displacements of the model.

Основной характеристикой способности модели к противодействию превышению амплитуд колебаний, вызывающих ее разрушения, является способность к ограничению этих амплитуд, возникающая при контакте внутренней поверхности модели с жестким и высокопрочным сердечником через демпфер.The main characteristic of the model’s ability to counteract the excess of the amplitudes of oscillations that cause its destruction is the ability to limit these amplitudes that occurs when the internal surface of the model comes into contact with a hard and high-strength core through a damper.

Работа устройства происходит в следующем порядке.The operation of the device occurs in the following order.

В процессе проведения эксперимента в АДТ при превышении допустимых аэродинамических нагрузок, ведущих к потере аэроупругой устойчивости, модель 1 через демпфер 4 соприкасается с сердечником 2, передавая на него излишнюю нагрузку, что предохраняет ее от излишне высоких деформаций и разрушения.During the experiment in the ADT, when the permissible aerodynamic loads, leading to the loss of aeroelastic stability, are exceeded, Model 1 through the damper 4 is in contact with the core 2, transferring an excessive load to it, which protects it from unnecessarily high deformations and fracture.

При соприкосновении модели 1 и сердечника 2 при помощи датчиков 3 подается сигнал о превышении допустимого уровня амплитуд колебаний в систему защиты АДТ для прекращения испытаний, обеспечивая таким образом дополнительную защиту модели от разрушения.When the model 1 and the core 2 are in contact with the help of sensors 3, a signal is sent that the permissible level of vibration amplitudes is exceeded in the ADT protection system to stop the tests, thus providing additional model protection against destruction.

Малый зазор между сердечником и внутренней поверхностью модели и отсутствие влияния колебаний державки или ленточной подвески на результаты измерений относительных перемещений позволяют проводить с высокой точностью измерения упругих перемещений модели (амплитуд, форм и частот колебаний модели), повышая точность и информативность эксперимента. Ввиду наличия малых упругих перемещений в пределах малого зазора в качестве датчиков перемещений 5 могут использоваться датчики индуктивного или емкостного типа, которые не влияют на упруго-массовые характеристики модели и ее демпфирующие свойства, обеспечивая высокую чувствительность и точность измерений.The small gap between the core and the inner surface of the model and the absence of the influence of oscillations of the holder or belt suspension on the results of measurements of relative displacements make it possible to measure with high accuracy the elastic displacements of the model (amplitudes, shapes and frequencies of model oscillations), increasing the accuracy and information content of the experiment. Due to the presence of small elastic displacements within a small gap, inductive or capacitive type sensors can be used as displacement sensors 5, which do not affect the elastic-mass characteristics of the model and its damping properties, providing high sensitivity and accuracy of measurements.

Датчики перемещений 5 могут выступать в качестве датчиков системы защиты, однако это требует согласования измерительной системы с системой защиты АДТ.The displacement sensors 5 can act as sensors of the protection system, however, this requires the coordination of the measuring system with the protection system ADT.

Claims

Аэроупругая модель с внутренней полостью, отличающаяся тем, что во внутренней полости с лимитированным зазором размещен с возможностью закрепления на опорном устройстве или в узловых точках исследуемых форм колебаний модели жесткий высокопрочный сердечник, содержащий на своей поверхности демпферы, кроме того, на модели и (или) сердечнике размещены датчики перемещений модели и датчики системы защиты аэродинамической трубы (АДТ). An aeroelastic model with an internal cavity, characterized in that a rigid high-strength core containing dampers on its surface, in addition, on the model and (or), is placed in the internal cavity with a limited gap with the possibility of fixing it on the support device or at the nodal points of the studied modes of vibration of the model The core contains model displacement sensors and sensors of the wind tunnel protection system (ADT).