RU2736347C1

RU2736347C1 - Electromechanical bench

Info

Publication number: RU2736347C1
Application number: RU2020117450A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Марков; Сергей Викторович Свергун; Тамара Ивановна Трифонова; Дмитрий Валерьевич Шуховцов; Виктор Леонидович Кибкало
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2020-11-16

Abstract

FIELD: experimental aerodynamics.

SUBSTANCE: invention relates to experimental aerodynamics of aircraft and can be used in static and dynamic tests of models of aircrafts in wind tunnels. Device includes a platform with a lower base, on which there are electric drives, an electric drive control unit, an upper movable platform base, a frame, one end of which is fixed on the platform upper base, and other end is connected to horizontal shaft together with intramodel assembly and dynamometer, device for creation of harmonic oscillations of model in roll and yaw is installed on horizontal shaft. Device for generation of harmonic oscillations of the model by roll and yaw is made in the form of an electric drive installed by means of a bracket on the electric drive frame and the rocker, which is connected to the shaker of the horizontal shaft.

EFFECT: high accuracy of measuring lateral non-linear non-stationary aerodynamic characteristics with oscillations of the model by yaw or roll in a wide range of amplitude oscillations and frequencies.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике летательных аппаратов.The invention relates to experimental aerodynamics of aircraft.

Известно устройство для реализации гармонических колебаний модели летательного аппарата вокруг различных осей координат при условии неподвижности ее центра масс относительно потока (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев «Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения», М.: Машиностроение, 1979, с. 349, сс. 32-33), которое содержит устройство крепления верхней части модели к державке, державку, подшипниковое устройство, Г-образную раму, вертикальную штангу, шток, синусный механизм, двигатель, тумбу, размещенные на поворотном круге аэродинамической трубы малых дозвуковых скоростей (патент на изобретение №2441214 «Устройство для экспериментального определения комплексов вращательных и нестационарных производных», авторы Колин И.В., Марков В.Г., Лацоев К.Ф., Святодух В.К., Трифонова Т.И.). Для задания вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по тангажу в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги имеется горизонтальная штанга, которая соединена с Г-образной рамой и механизмом угловых колебаний модели. Для обеспечения вынужденных гармонических колебаний модели летательного аппарата по рысканию в устройстве преобразования вращения вала двигателя в поступательные колебания вертикальной штанги имеется рычаг, соединенный с вертикальной штангой и державкой. Реализация гармонических колебаний модели летательного аппарата по крену происходит с помощью качалки, контактирующей с Г-образной рамой, соединенной с устройством крепления верхней части модели к державке.A device for the implementation of harmonic oscillations of an aircraft model around various coordinate axes is known, provided that its center of mass is stationary relative to the flow (GS Byushgens, R.V. Studnev "Aerodynamics of an aircraft. Dynamics of longitudinal and lateral motion" , p. 349, pp. 32-33), which contains a device for attaching the upper part of the model to the holder, a holder, a bearing device, an L-shaped frame, a vertical bar, a rod, a sinus mechanism, an engine, a pedestal, placed on the turntable of a wind tunnel low subsonic speeds (patent for invention No. 2441214 "Device for experimental determination of complexes of rotational and non-stationary derivatives", authors Kolin I.V., Markov V.G., Latsoev K.F., Svyatodukh V.K., Trifonova T.I. .). To set the forced harmonic oscillations of the aircraft model in pitch, the device for converting the rotation of the engine shaft into translational oscillations of the vertical rod has a horizontal rod, which is connected to the L-shaped frame and the angular oscillation mechanism of the model. To provide forced harmonic oscillations of the yaw model of the aircraft, the device for converting the rotation of the engine shaft into translational oscillations of the vertical rod has a lever connected to the vertical rod and the holder. The harmonic vibrations of the aircraft model along the roll are realized with the help of a rocker in contact with an L-shaped frame connected to a device for attaching the upper part of the model to the holder.

Приведенное устройство-аналог для создания гармонических колебаний модели с одной степенью свободы относительно различных осей координат является весьма трудоемким при проведении динамических экспериментальных исследований боковых нестационарных аэродинамических характеристик из-за наличия большого количества механических узлов и деталей.The given analogue device for creating harmonic oscillations of a model with one degree of freedom relative to different coordinate axes is very laborious when carrying out dynamic experimental studies of lateral unsteady aerodynamic characteristics due to the presence of a large number of mechanical assemblies and parts.

За прототип принят электромеханический стенд для проведения динамических испытаний модели летательного аппарата в аэродинамической трубе (патент на полезную модель №179254 «Электромеханический стенд», авторы Марков В.Г., Свергун С.В., Трифонова Т.И., Шуховцов Д.В.), включающий платформу с нижним основанием, на котором размещены электроприводы, блок управления электроприводами, верхнее подвижное основание платформы, раму, один конец которой закреплен на верхнем основании платформы, а другой конец соединен с горизонтальным валом вместе с внутримодельным узлом и динамометром. Г-образная рама выполнена с верхним и нижним подшипниковыми узлами, Устройство крепления Г-образной рамы к электрической платформе включает фланец, болты, стакан, верхнюю платформу, болты, хомут, кронштейн. Электрическая платформа имеет шесть степеней свободы. Нижнее основание платформы размещается на поворотном круге аэродинамической трубы. Фотография устройства-прототипа приведена в приложении. Перед началом работы электрическая платформа стенда устанавливается в нейтральное положение, при котором модель размещается в ядре потока трубы. Управление положением модели производится в соответствии с принимаемыми сетевыми пакетами на управляющем компьютере, в которых задаются шесть координат положения платформы. Размещение на электромеханическом стенде модели в вертикальной плоскости с помощью «Г-образной» рамы позволяет реализовать гармонические колебания модели по тангажу в расширенном диапазоне углов атаки (α≤ ±120°) за счет их задания поворотным кругом аэродинамической трубы.An electromechanical stand for dynamic tests of an aircraft model in a wind tunnel was adopted as a prototype (utility model patent No. 179254 "Electromechanical stand", authors V.G. Markov, S.V. Svergun, T.I. Trifonova, D.V. Shukhovtsov .), including a platform with a lower base on which the electric drives are located, a control unit for electric drives, an upper movable base of the platform, a frame, one end of which is fixed on the upper base of the platform, and the other end is connected to a horizontal shaft together with an in-model unit and a dynamometer. The L-shaped frame is made with upper and lower bearing assemblies. The device for attaching the L-shaped frame to the electrical platform includes a flange, bolts, a glass, an upper platform, bolts, a clamp, a bracket. The electrical platform has six degrees of freedom. The lower base of the platform is located on the turntable of the wind tunnel. A photograph of the prototype device is shown in the appendix. Before starting work, the electric platform of the stand is set to a neutral position, in which the model is placed in the core of the pipe flow. The position of the model is controlled in accordance with the received network packets on the control computer, in which six coordinates of the platform position are set. Placing a model on an electromechanical stand in a vertical plane using an "L-shaped" frame makes it possible to implement harmonic oscillations of the model in pitch in an extended range of angles of attack (α≤ ± 120 °) due to their setting by the turntable of the wind tunnel.

При определении нестационарных характеристик модели летательного аппарата в продольном канале при неподвижном центре масс электрическая платформа стенда совершает вынужденные угловые колебания с одной степенью свободы вне потока трубы. При определении нестационарных характеристик модели летательного аппарата в боковом канале (по крену и рысканию) для обеспечения условия неподвижности условного центра масс модели необходимо задание сложного многостепенного движения электрической платформы стенда. В этом случае частоты и амплитуды отклонения подвижной платформы ограничиваются динамическими возможностями стенда и оказываются меньше потребных в эксперименте. Также отклонение подвижной платформы по амплитуде колебаний приводит к возмущению потока в рабочей части трубы и погрешностям в измерениях аэродинамических характеристик. Таким образом, реализуемый в эксперименте рабочий диапазон колебаний стенда ограничивался следующими значениями: амплитуда до 5 град, частота 0.5 Гц. Данные факторы являются основными недостатками устройства-прототипа.When determining the non-stationary characteristics of an aircraft model in a longitudinal channel with a fixed center of mass, the electric platform of the stand performs forced angular oscillations with one degree of freedom outside the pipe flow. When determining the non-stationary characteristics of an aircraft model in the side channel (in roll and yaw), to ensure the condition of immobility of the model's conditional center of mass, it is necessary to specify a complex multi-stage motion of the stand electric platform. In this case, the frequencies and amplitudes of the movable platform deflection are limited by the dynamic capabilities of the stand and turn out to be less than those required in the experiment. Also, the deviation of the movable platform in terms of the vibration amplitude leads to a disturbance of the flow in the working section of the pipe and errors in the measurements of the aerodynamic characteristics. Thus, the operating range of the stand oscillations realized in the experiment was limited to the following values: amplitude up to 5 deg, frequency 0.5 Hz. These factors are the main disadvantages of the prototype device.

Техническим результатом является повышение точности измерения боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик при колебаниях модели по рысканию или крену в расширенном диапазоне амплитуд колебаний (±10 град) и частотах до 1.5 Гц.The technical result is to improve the measurement accuracy of lateral nonlinear unsteady aerodynamic characteristics when the model vibrates in yaw or roll in an extended range of vibration amplitudes (± 10 deg) and frequencies up to 1.5 Hz.

Технический результат достигается тем, что в электромеханическом стенде, включающем платформу с нижним основанием, на котором размещены электроприводы, блок управления электроприводами, верхнее подвижное основание платформы, раму, один конец которой закреплен на верхнем основании платформы, а другой конец соединен с горизонтальным валом вместе с внутримодельным узлом и динамометром, на горизонтальном валу установлено устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию. Устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию выполнено в виде установленного посредством кронштейна на раме электропривода и качалки электропривода, соединенной с качалкой горизонтального вала.The technical result is achieved by the fact that in an electromechanical stand, including a platform with a lower base, on which the electric drives are located, a control unit for electric drives, an upper movable base of the platform, a frame, one end of which is fixed on the upper base of the platform, and the other end is connected to a horizontal shaft together with an in-model unit and a dynamometer, a device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is installed on the horizontal shaft. The device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is made in the form of an electric drive rocking arm mounted by means of a bracket on the electric drive frame and connected to a horizontal shaft rocking chair.

На фигурах изображено:The figures show:

Фиг. 1 - Электромеханический стенд для изучения в аэродинамической трубе нестационарных аэродинамических характеристик летательного аппарата при гармонических колебаниях по рысканию с устройством для создания гармонических колебаний горизонтального вала (вид А).FIG. 1 - Electromechanical stand for studying unsteady aerodynamic characteristics of an aircraft in a wind tunnel at harmonic vibrations in yaw with a device for creating harmonic vibrations of a horizontal shaft (type A).

Фиг. 2 - Электромеханический стенд для изучения в аэродинамической трубе нестационарных аэродинамических характеристик летательного аппарата при гармонических колебаниях по крену.FIG. 2 - Electromechanical stand for studying unsteady aerodynamic characteristics of an aircraft in a wind tunnel with harmonic oscillations in roll.

Фиг. 3 - Фотография устройства для создания гармонических колебаний державки с моделью летательного аппарата.FIG. 3 - Photo of a device for creating harmonic vibrations of a holder with a model of an aircraft.

Фиг. 4 - Фотография фрагмента сложного положения платформы стенда, обеспечивающей угловые колебания модели летательного аппарата по рысканию с амплитудой 4 град при неподвижном центре масс.FIG. 4 - A photograph of a fragment of the complex position of the stand platform, which provides angular oscillations of the aircraft model in yaw with an amplitude of 4 degrees with a stationary center of mass.

Электромеханический стенд включает платформу с нижним основанием 1, на котором размещены электроприводы 2, блок управления электроприводами 3, верхнее подвижное основание платформы 4, нижний подшипниковый узел рамы 5, узел крепления 6 рамы к верхнему основанию платформы 4, кронштейн 7, раму 8, верхний подшипниковый узел рамы 9, горизонтальный вал 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром, модель 11 (фиг. 1). Один конец рамы 8 закреплен с на верхнем основании платформы 4, а другой конец соединен с горизонтальным валом 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром. На горизонтальном валу 10 установлено устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию (вид А на фиг. 1) с электроприводом с блоком управления, размещенное вдоль оси горизонтального вала. Устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию включает электропривод 12, стыковочную пластину 13, болты 14 для соединения стыковочной пластины 13, качалку электропривода 15, подшипник 16, хомут кронштейна 17, болт 18, качалку горизонтального вала 19, кронштейн 20 для соединения качалки горизонтального вала с рамой 8 (фиг. 1). По существу устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию выполнено в виде установленного посредством кронштейна 20 на раме электропривода 12 и качалки электропривода 15, соединенной с качалкой горизонтального вала 19.The electromechanical stand includes a platform with a lower base 1, on which there are electric drives 2, a control unit for electric drives 3, an upper movable base of a platform 4, a lower bearing unit of a frame 5, an attachment point 6 of a frame to an upper base of a platform 4, a bracket 7, a frame 8, an upper bearing frame assembly 9, horizontal shaft 10 together with an in-model assembly and a dynamometer, model 11 (Fig. 1). One end of the frame 8 is fixed to the upper base of the platform 4, and the other end is connected to the horizontal shaft 10 together with an in-model unit and a dynamometer. On the horizontal shaft 10 there is a device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw (view A in Fig. 1) with an electric drive with a control unit, located along the axis of the horizontal shaft. The device for creating harmonic vibrations of the model in roll and yaw includes an electric drive 12, a docking plate 13, bolts 14 for connecting a docking plate 13, an electric drive rocker 15, a bearing 16, a bracket clamp 17, a bolt 18, a horizontal shaft rocker 19, an arm 20 for connecting a horizontal rocker shaft with frame 8 (Fig. 1). In essence, the device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is made in the form of an electric drive 12 mounted by means of a bracket 20 and an electric drive 15 rocker connected to a horizontal shaft 19 rocker.

Электромеханический стенд с устройством создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию располагается в рабочей части аэродинамической трубы. На фиг. 1 изображены: 21 - сопло трубы, 22 - ядро воздушного потока трубы, 23 - диффузор рабочей части трубы (фиг. 1).An electromechanical stand with a device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is located in the test section of the wind tunnel. FIG. 1 shows: 21 - pipe nozzle, 22 - core of the pipe air flow, 23 - diffuser of the working part of the pipe (Fig. 1).

Одностепенные гармонические колебания модели летательного аппарата по крену (фиг. 2) обеспечиваются размещением модели 11 в плоскости горизонта креплением ее хвостовой части на одном конце горизонтального вала 10 электромеханического стенда с помощью того же устройства для создания гармонических колебаний горизонтального вала, приведенного на фиг. 1, вид А.One-stage harmonic oscillations of the aircraft model along the roll (Fig. 2) are provided by placing the model 11 in the plane of the horizon by fixing its tail at one end of the horizontal shaft 10 of the electromechanical stand using the same device for creating harmonic oscillations of the horizontal shaft shown in Fig. 1, view A.

Электромеханический стенд с шестью степенями свободы для исследования боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик методом вынужденных колебаний модели летательного аппарата по рысканию работает следующим образом (фиг. 1). Модель 11 жестко закрепляют на горизонтальном валу 10 вместе с внутримодельным узлом и динамометром, соединенным с одним концом рамы 8, которая другим концом неподвижно закрепляется на верхнем основании платформы 4 через узел крепления 6. Перед началом работы электрическая платформа (она включает нижнее основание 1, электроприводы 2, блок управления электроприводами 3, верхнее основание 4) устанавливается в нейтральное положение, при котором модель 11 размещается в ядре потока трубы 22. Затем включается устройство создания гармонических колебаний модели по крену и рысканию с помощью установленного на раме электропривода 12 и качалки электропривода 15, соединенной с качалкой горизонтального вала 19. Диапазон углов рыскания и крена с помощью устройства для создания гармонических колебаний державки электромеханического стенда расширяется до пределов β≤ ±45°. Фрагмент устройства для создания гармонических колебаний по рысканию горизонтального вала с моделью летательного аппарата на электромеханическом стенде показан на фотографии, приведенной на фиг. 3.An electromechanical stand with six degrees of freedom for the study of lateral nonlinear unsteady aerodynamic characteristics by the method of forced oscillations of a yaw model of an aircraft operates as follows (Fig. 1). Model 11 is rigidly fixed on the horizontal shaft 10 together with an in-model unit and a dynamometer connected to one end of the frame 8, which is fixed at the other end on the upper base of the platform 4 through the attachment point 6. Before starting work, the electric platform (it includes the lower base 1, electric drives 2, the electric drive control unit 3, the upper base 4) is set to a neutral position, in which the model 11 is located in the core of the pipe stream 22. Then, the device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is turned on using the electric drive 12 and the electric drive 15 mounted on the frame, connected to the horizontal shaft rocker 19. The range of yaw and roll angles with the help of a device for creating harmonic oscillations of the holder of the electromechanical stand is expanded to the limits β≤ ± 45 °. A fragment of a device for creating harmonic oscillations along the yaw of a horizontal shaft with a model of an aircraft on an electromechanical stand is shown in the photograph shown in Fig. 3.

Применение в электромеханическом стенде данного устройства решает две проблемы.The use of this device in an electromechanical stand solves two problems.

Во-первых, позволяет расширить экспериментальный амплитудно-частотный диапазон колебаний стенда: по амплитуде до 10 град и по частоте до 1.5 Гц, что увеличивает диапазон исследований и точность определения боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик.First, it allows us to expand the experimental amplitude-frequency range of the stand oscillations: in amplitude up to 10 degrees and in frequency up to 1.5 Hz, which increases the range of studies and the accuracy of determining the lateral nonlinear unsteady aerodynamic characteristics.

Во-вторых, исключает возмущение платформой воздушного потока в рабочей части аэродинамической трубы при сложном положении платформы в случае колебаний модели летательного аппарата по рысканию с амплитудой 4 град при неподвижном центре масс (фиг. 4).Secondly, it eliminates the perturbation by the platform of the air flow in the working section of the wind tunnel with a complex position of the platform in the case of oscillations of the aircraft model in yaw with an amplitude of 4 degrees with a stationary center of mass (Fig. 4).

Преимуществом электромеханического стенда для исследования боковых нелинейных нестационарных аэродинамических характеристик является повышение точности измерения характеристик за счет повышения функциональных возможностей устройства, заключающееся в реализации гармонических законов движения модели по крену и рысканию в расширенном диапазоне углов скольжения и крена, что важно для исследования задач динамики полета летательного аппарата.The advantage of the electromechanical stand for the study of lateral nonlinear unsteady aerodynamic characteristics is an increase in the accuracy of measuring the characteristics by increasing the functionality of the device, which consists in the implementation of the harmonic laws of motion of the model in roll and yaw in an extended range of slip and roll angles, which is important for studying the problems of flight dynamics of an aircraft. ...

Изготовлен опытный образец электромеханического стенда, на котором были проведены испытания модели летательного аппарата в аэродинамической трубе, получены положительные результаты, подтвердившие вышеуказанный технический результат.A prototype of an electromechanical stand was made, on which a model of an aircraft in a wind tunnel was tested, and positive results were obtained that confirmed the above technical result.

Claims

1. An electromechanical stand, including a platform with a lower base, on which the electric drives are located, a control unit for electric drives, an upper movable base of the platform, a frame, one end of which is fixed on the upper base of the platform, and the other end is connected to a horizontal shaft together with an in-model unit and a dynamometer, characterized in that a device for creating harmonic vibrations of the model in roll and yaw is installed on the horizontal shaft.

2. Electromechanical stand according to claim 1, characterized in that the device for creating harmonic oscillations of the model in roll and yaw is made in the form of an electric drive rocking arm mounted by means of a bracket on the electric drive frame and an electric drive rocker connected to a horizontal shaft rocker.