CN105653763A - 静气弹试验模型设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静气弹性模型设计方法，首先通过相似关系计算出模型的截面刚度，再利用相关三维建模软件进行模型截面设计，设计的模型截面包括机翼的前缘和后缘和迎风面，从而实现对提高前后缘模型刚度的目的；使用硬质泡沫对金属主梁进行填充，从而保证模型的气动外形；再在模型表面涂刷油漆，保证模型表面的平整度。本发明通过一体化的结构模型，能够有效地减少模型表面在风洞试验中的变形，消除由于模型表面变形对于机翼气动力的影响。并且由于模型前后缘均为金属材质制造，也大大提升了模型的强度。

Description

静气弹试验模型设计方法
技术领域
本发明涉及风洞试验技术，尤其涉及静气弹试验试验技术，属于航天航空工程领域。
背景技术
为了测量飞行器的气动弹性性能，通常采用静气弹试验的方法，静气弹试验技术在航空航天工程领域应用广泛。
如图1所示，现有静气弹试验模型包括：金属主梁1，金属翼肋2、外伸梁，轻质填充材料3。模型通常采用一根直的或者近似直的金属轴作为模型主梁1，主梁1的截面形状通常为矩形实心截面形式，主梁的截面刚度将等同于模型所需的截面刚度。为了维持机翼的形状，在主梁上增加相应的外伸梁2，再在梁架上填充轻木、硬泡沫、硅胶等填充材料3形成模型的气动外形。
但是，现有的静气弹模型设计方法存在着以下不足：
(1)使用轻木作为填充材料，附加刚度大，模型设计不准确。
(2)使用硬泡沫作为填充材料，机翼前后缘泡沫极易在风洞中发生破坏，迎风面泡沫变形无法避免，会影响模型在风洞中的气动力。
(3)使用硅胶作为填充材料，对模具要求较高，设计成本高。
(4)外伸梁对截面刚度产生一定影响，降低模型设计准确度。
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种静气弹试验模型设计制作方法，利用较为简单的设计制作工艺，实现风洞试验弹性模型设计制作的目的。
发明内容：
本发明提供一种静气弹性模型设计方法，首先通过相似关系计算出模型的截面刚度，再利用相关三维建模软件进行模型截面设计，设计的模型截面包括机翼的前缘和后缘和迎风面，从而实现对提高前后缘模型刚度的目的；使用硬质泡沫对金属主梁进行填充，从而保证模型的气动外形；再在模型表面涂刷油漆，保证模型表面的平整度。本发明通过一体化的结构模型，能够有效地减少模型表面在风洞试验中的变形，消除由于模型表面变形对于机翼气动力的影响。并且由于模型前后缘均为金属材质制造，也大大提升了模型的强度。
本发明的静气弹性模型设计方法包括：步骤一，通过相似关系计算出模型所需的截面刚度，利用相关三维建模软件进行模型截面设计；使模型实际截面刚度与模型所需截面刚度一致。设计的模型截面覆盖机翼的前后缘。步骤二，使用金属材料制造模型主梁，完全按照步骤一设计的前后缘，制造所述主梁的前缘和后缘，所述主梁身部具有凹槽。步骤三，对主梁的凹槽部分使用硬质泡沫填充，对泡沫边缘进行打磨处理，保障模型外形与机翼模型应有的气动外形一致，使用胶水将泡沫与金属主梁进行粘接固定。步骤四，在机翼的泡沫表面以及泡沫表面与金属交接处，涂刷相应的油漆，从而保障模型表面的光滑程度。
优选主梁为一体化设计，主梁截面形状覆盖翼型的前后缘。主梁截面呈“H”形，“U”形，“山”形，或者“卅”形。(如图3所示)
优选模型刚心，其特征在于：使用钢、铝合金等硬固态金属材料设计模型的主梁。
优选所述硬泡沫，其特征在于：所述泡沫的弹性模量不低于38MPa，剪切模量不低于20MPa，密度低于55kg/m3。
优选所述的油漆涂刷工序，其特征在于：所述工序油漆涂刷两层；油漆涂刷均匀，无明显棱角、条纹；涂刷油漆不宜过厚，以刚好覆盖模型表面为宜。
本发明的有益效果：
(1)试验模型强度大，在实验过程中不容易发生破坏。
(2)试验模型泡沫材料所提供的附加质量、附加刚度都很小，可以使试验结果更加准确。
(3)设计过程简单，试验成本较低，试验加工难度较低。
附图说明
图1为现有地面静气弹模型示意图。
图2为本发明静气弹模型主梁示意图
图3为本发明静气弹模型示意图
图4(1)(2)(3)(4)为各种主梁结构示意图
号说明：
1金属主梁，2金属翼肋、外伸梁，3轻质填充材料，4表面油漆，5“H”形主梁截面，6“U”形主梁截面，7“山”形主梁截面，8“卅”形主梁截面，9主梁前缘，10主梁后缘，11主梁凹槽，12硬质泡沫。
具体实施方式
如图2、图3所示，本发明包括金属主梁1，硬质泡沫12，表面油漆4。
首先将通过模型设计的相似关系计算出模型所需的截面刚度，利用相关三维建模软件进行模型截面设计；使模型实际截面刚度与模型所需截面刚度一致。设计的模型截面覆盖机翼的前缘9和后缘10。再使用金属材料制造模型主梁1，模型主梁1包括翼型的前缘9和后缘10。再在主梁凹槽11部分内部涂抹胶水，使用硬质泡沫12填充，对泡沫边缘进行打磨处理，保障模型外形与机翼模型应有的气动外形一致，最后在机翼的泡沫12表面以及泡沫表面与金属交接处，涂刷相应的油漆4，从而保障模型表面的光滑程度。油漆涂刷两层，油漆涂刷均匀，无明显棱角、条纹；涂刷油漆不宜过厚，以刚好覆盖模型表面为宜。主梁截面可以采用如图4所示的呈“H”形主梁5，“U”形主梁6，“山”形主梁7，或者“卅”形主梁8的形状。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.本发明提供了一种静气弹性模型设计方法，其特征在于，包括：
步骤一，通过相似关系计算出模型所需的截面刚度，利用相关三维建模软件进行模型截面设计；使模型实际截面刚度与模型所需截面刚度一致。设计的模型截面覆盖机翼的前后缘。
步骤二，按照步骤一的设计使用金属材料制造模型主梁，完全按照步骤一设计的前后缘，制造所述主梁的前缘和后缘，所述主梁身部具有凹槽。
步骤三，对主梁的凹槽部分使用硬质泡沫填充，对泡沫边缘进行打磨处理，保障模型外形与机翼模型应有的气动外形一致，使用胶水将泡沫与金属主梁进行粘接固定。
步骤四，在机翼的泡沫表面以及泡沫表面与金属交接处，涂刷相应的油漆，从而保障模型表面的光滑程度。
2.根据权利要求1所述的静气弹性模型设计方法，其特征在于：主梁为一体化设计，主梁截面形状覆盖翼型的前后缘，主梁截面呈“H”形，“U”形，“山”形，或者“卅”形。
3.根据权利要求1所述的静气弹性模型设计方法，其特征在于：使用钢、铝合金等硬固态金属材料设计模型的主梁。
4.根据权利要求1所述的静气弹性模型设计方法，其特征在于：所述泡沫的弹性模量不低于38MPa，剪切模量不低于20MPa，密度低于55kg/m3。
5.根据权利要求1所述的的静气弹性模型设计方法，其特征在于：所述工序油漆涂刷两层；油漆涂刷均匀，无明显棱角、条纹；涂刷油漆不宜过厚，以刚好覆盖模型表面为宜。
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