DE2731875B2

DE2731875B2 - Aufhängung für ein Luftfahrzeugmodell im Windkanal

Info

Publication number: DE2731875B2
Application number: DE2731875A
Authority: DE
Inventors: Gennadyj Alekseevitsch Bulytschev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2731875A1; FR2398294B1; NL169921B; NL7708054A; NL169921C; FR2398294A1; GB1538035A; DE2731875C3; US4116056A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängung für ein Luftfahrzeugmodell im Windkanal mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung kann bei der Untersuchung der

ίο dynamischen Festigkeit und von Schwingungs- und Flattercharakteristiken von Luftfahrzeugen Verwendung finden.

Die Untersuchung der genannten Probleme an dynamisch ähnlichen Modellen ist für die Flugsicherheit.

der Luftfahrzeuge von äußerst wichtiger Bedeutung.

Die Schaffung von Vorrichtungen zur Durchführung solcher Untersuchungen ist eine sehr komplizierte technische Aufgabe. Einerseits darf eine Aufhängung die Bewegung des Modells nicht merklich behindern, da die Prüfbcdingungcn im Windkanal den Bedingungen eines freien Fluges angenähert entsprechen müssen, und zum anderen soll sie das Modell in der Mitte des Arbeitsabschnittes des Windkanals halten und größere Bewegungen des Modells unterbinden sowie sein eventuelles Herausschleudern aus der in den Windkanälen mit offenem i.rbeitsabschnitt erzeugten Strömung verhindern.

Das letztere ist besonders wichtig bei Untersuchungen eines mit keiner besonderen Anlage zur Flugsteue- rung ausgerüsteten Modells, was das Experiment wesentlich vereinfacht sowie dessen Wirksamkeit erhöht

Die Befestigung des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals, welche bei der Untersuchung die sechs Freiheitsgrade der Bewegung des Modells gewährleistet, kann eine Instabilität des Modells als ein starrer Körper verursachen (das sogenannte »Aufhängeflattern«) sowie die zu untersuchenden Charakteristiken der Natur beeinflussen, die durch Umrechnung von Prüfergebnissen am Modell nach den Maßstabkoeffizienten der mechanischen Ähnlichkeitstheorie ermittelt werden.

Deshalb werden bei Schaffung einer Aufhängung für ein Luftfahrzeugmodell im Arbeitsabschnitt des Wind kanals unter Versucnsbedingungen Mittel ausführlich untersucht und entwickelt, welche die Stabilität des aufgehängten Modells im Windkanal für beliebige Strömungsgeschwindigkeiten gewährleisten und einen möglichst geringen Einfluß der Aufhängung auf Prüfergebnisse haben. Diese Probleme werden zur Zeit wegen der komplexen Erscheinungen experimentell untersucht.

Es ist eine Aufhängung für ein Luftfahrzeugmodell im Windkanal bekannt (US-PS 32 76 251), welche bei Prüfungen eines dynamisch ähnlichen Flugzeugmodells auf Flattern bei Transsonikgeschwindigkeiten der Strömungen im Windkanal verwendet wird (vgl. NASA proc. of Symposium on Aerolastic and Dynamic Modelling Technology 23—25, September 1963, Day ton, Ohio 1964). Die Aufhängung besteht aus zwei in der horizontalen und vertikalen Ebene des Flugkörpers angeordneten Seilen, eines vorderen und eines hinteren, die schlingenartig durch Rollen am Modell geführt und durch eine bestimmte Seilspannung sichernde Federn an den Wänden des Windkanals festgemacht sind. Die Rollen sind im Rumpf vor und hinter dem Schwerpunkt des Modells befestigt.

Die Aufhängung simuliert Freiflugbedingungen unter

Erhalt der sechs Freiheitsgrade der Bewegung des Modells als starrer Körper. Diese Vorrichtung besitzt eine geringere Masse als das Modell und bietet die Möglichkeit, Untersuchungen bei Transsonik- und Supersonikgeschwindigkeiten der Strömung durchzuführen.

Eine konkrete Form und Ausführung der Modellaufhängung wird je nach der Bauart des Modells gewählt, und zwar Einzel- oder Doppelrollen im Rumpf; bzw. das Vorderseil verläuft senkrecht oder waagerecht, und das Hinterseil ist dabei in der Ebene angeordnet, die senkrecht zur Ebene des Vorderseils liegt

Bei der Anordnung des Vorderseiles in der Vertikalebene wird dieses mit einem Ende an der oberen Wand des Windkanals vor dem Modell starr befestigt, über eine im Bugabschnitt des Modellrumpfes (d. h. vor dem Schwerpunkt des Modells) angebrachte Rolle geführt und mit seinem anderen Ende mittels einer Feder an der unteren Wand befestigt Das Hinierseil befindet sich in diesem Faü in der Horizoniaiebene und ist an den Seitenwänden ähnlich wie das Vorderseil festgemacht Das derart aufgehängte Modell hat die sechs Freiheitsgrade seiner Bewegung: Die vertikale Bewegung und die Drehung (Stampfen) um die Querachse des Modells wird ermöglicht durch seine Bewegung an den Rollen auf der Halbschleife des Vorderseils sowie durch die Pendelbewegung des Modells um die durch die Befestigungspunkte des Hinterseils verlaufende Achse; die Seitenbewegung sowie die Drehung um die Hochachse (Nicken) durch die Pendelbewegung des Modells um die durch die Befestigungspunkte des Vorderseils gehende Achse sowie durch die· Bewegung des Modells an den Rollen auf der Halbschleife des Hinterseils; die Längsbewegung des Modells erfolgt auf Kosten der elastischen Befestigung der Vorder- und Hinterseile; die Drehung um die Längsachse erfolgt bei einer geringen Bewegung des Modells an den Rollen auf der vorderen und hinteren Halbschleife.

Die Vibrations-, Frequenz- und Stabilitätseigenschaften des Modells werden durch die Spannung des Hinterseils bestimmt, die mittels einer Spanneinrichtung geregelt wird. Die Spannkraft wird durch einen Geber erfaßt. Offensichtlich hängt die Spannkraft von den Charakteristiken des Modells bei seiner Prüfung ab, jedoch soll die Spannung ausreichen, um den »Flugzustand« des Modells sowie die dynamische Stabilität des Systems »Modell-Aufhängung« zu sichern, aber klein genug, um niedrigere Eigenfrequenzen des Systems »Modell-Aufhängung« gegenüber der Frequenz des Modells als ein starrer Körper während des freien Fluges υ halten. Das auf dieser Aufhängung zu untersuchende Modell ist mit einer Anlage zur Flugsteuerung in der Windkanalströmung ausgerüstet.

Jedoch ermöglicht die genannte Aufhängung keine Versuche an verhältnismäßig schweren Modellen bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten z. B. im Unterschallbereich, weil in diesem Falle eine überaus große Spannkraft zur Seilspannung erforderlich ist, welche eine wesentliche Änderung des Frequenzbereiches des Systems »Modell-Aufhängung« hervorrufen kann. Bei Versuchsarbeiten erweist sich jedoch die Anlage zur Flugsteuerung des Modells als notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Aufhängen eines Luftfahrzeugmodells zu schaffen, mit der Untersuchungen an dynamisch ähnlichen Modellen breitester Klasse unter .ngenäherten Freiflugbedingungen möglich wird und bei der eine Anlage zur Flugsteuerung des Modells bei Windkanalversuchen für kleinere Geschwindigkeiten entfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Das Seilsystem kann aus zwei Seilen bestehen, die in der Horizontalebene angeordnet sind und zu beiden Seiten des Modellrumpfes parallel zu dessen Längsachse verlaufen. In diesem Fall wird die Befestigung der genannten Seile an dem Modell zweckmäßigerweise vor dessen Schwerpunkt mittels eines einseitigen Hebels mit gleichen Armen bewerkstelligt, welcher durch einen am Modell ausgebildeten Querschlitz hindurchgeht und sich gelenkig auf demselben abstützt, während die Befestigung der Seile am Modell hinter seinem Schwerpunkt mittels Führungen bewerkstelligt werden kann, die am Modellrumpf einseitig gelagert sind.

Zweckmäßigerweise werden die genannten Seile in einem Punkt vor und im anderen hinter dem Modell befestigt, wobei im vor dem M..dell angeordneten Befestigungspunkt der Seile an den Gehäuse des Windkanals eine Seilrolle angebracht werden kann, über die zwei entsprechende miteinander verbundene Seilenden gelegt sind.

Dai System von vertikalen Seilen kann auch aus vier Seilen bestehen, von denen zwei in der Vertikalebene der Modellsymmetrie vor bzw. hinter dem Schwerpunkt des Modells und die zwei anderen zusätzlichen Seile in der Vertikalebene verlaufen, die hir.ter dem Schwerpunkt des Modells senkrecht zur Vertikalebene der Modellsymmetrie liegt.

Das System von den Vertikalseilen kann außerdem dreiseilig ausgebildet sein, von denen das eine in dem vor dessen Schwerpunkt befindlichen Punkt, zwei andere in der hinter dem Schwerpunkt senkrecht zur Vertikalebene der Modellsymmetrie verlaufende Vertikalebene mit dem Modell verbunden sind.

Die Enden von den in der Vertikalebere angeordneten Seilen können zweckmäßigerweise über elastische Elemente mit entsprechenden Hebeeinrichtungen verbi .iden werden, welche die Lageregelung des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals sowohl bei dessen Einstellung wie auch beim Prüfvorgang ermöglichen. Alles Obengesagte gewährleistet die Durchführung von Versuchsarbeiten an dynamisch ähnlichen Modellen breitester Klasse unter den dem freien Flug angenäherten Bedingungen.

Bei einem solchen Aufbau der Vorrichtung zum Aufhängen eines Luftfahrzeugmodells im Windkanal entfällt bei den Untersuchungen die Anlage zur Flugsteuerung des Modells.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Aufhängung im Windkanal in Seitenansicht.

F i g. 2 schematisch die Vorrichtung zum Aufhängen eines Luftfahrzeugmodells im Windkanal in Draufsicht,

Fig.3 ein Schema der Befestigung von den in der Horizontalebene liegenden Seilen an dem Modell vor seinem Schwerpunkt G,

F i g. 4 ein Schema einer anderen Anordnung von waagerecht liegenden Seilen,

Fig.5 ein Schema einer anderen Anordnung von waagerechten Seilen,

F i g. 6 schematisch eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung zum Aufhängen eines Luftfahrzeugmodells im Windkanal.

Die Vorrichtung zum Aufhängen eines Luftfahrzeugmodells 1 (Fig. 1) im Arbeitsabschnitt 2 eines

Windkanals 3 für kleinere Geschwindigkeiten ist als ein System von Seilen ausgebildet und enthält wenigstens ein in der Horizontalebene liegendes Seil 4, dessen eines Ende mittels eines elastischen Elementes 5 am Gehäuse des Windkanals 3 und dessen anderes Ende im Punkt 6 am Modell 1 vor seinem Schwerpunkt G befestigt ist, und wenigstens zwei Seile 7, die in der Vertikalebene der Modellsymmetrie verlaufen. Die einen Enden der Seile 7 sind über elastische Elemente 8 an dem Gehäuse des Windkanals 3 befestigt und die anderen mit dem Modell 1 in Punkten 9, 10 verbunden, welche sich in einem Abstand vor bzw. hinter dem Schwerpunkt G des Modells befinden. Dieser Abstand wird unter Berücksichtigung der Stabilitätssicherung des Systems »Modell-Aufhängung« in der Strömung V des Windkanals gewählt. Der Strömungsvektor im Windkanal ist in allen Zeichnungen durch einen Pfeil angedeutet.

Bei der Ausfuhrung nach Fig. 2 enthalt das Seilsystem zwei Seile 11, welche in der Horizontalebene zu beiden Seiten des Modellrumpfes 1 angeordnet sind. Die Seile 11 sind am Gehäuse des Windkanals 3 vor und hinter dem Modell 1 über elastische Elemente 12,13 und am Modell 1 selbst in zwei Punkten 14, 15 vor bzw. hinter seinem Schwerpunkt befestigt. Die Seile 11 können in den vor dem Schwerpunkt G des Modells liegenden Punkten 14 an dem Modell 1 über einen Hebel 16 mit gleichen Armen starr befestigt werden und hinter dem Schwerpunkt G des Modells 1 (Punkt 15) durch Führungen 17 lose hindurchgehen, welche am Modellrumpf 1 einseitig gelagert sind.

In der Fig. 3 ist die Befestigung der Seile 11 am Modell 1 mittels des gleicharmigen einseitigen Hebels 16 näher gezeigt. Der Hebel 16 geht durch einen im Modell 1 ausgeführten Querschlitz 18 hindurch und ist mit dem Modellrumpf im Punkt 19 gelenkig verbunden.

Eine solche Befestigung der Seile 11 stellt den Ausgleich der Stirnwiderstandskräfte des Modells vor dessen Schwerpunkt G durch die Aufhängevorrichtung sicher, was die Stabilität des Modells in seiner Aufhängung in der Windkanalströmung Verhöht. Die Arordnung der Befestigungspunkte 14, 15 der Seile 11 am Modell 1 bezüglich seines Schwerpunkts G wird auch ausgehend von der Bedingung der Stabilitätssicherung des Systems »Modell-Aufhängung« in der Windkanalströmung Kunter Berücksichtigung der Nachbildung der Bedingungen eines freien Fluges gewählt.

Wie aus Fig.4 ersichtlich, können die in der Horizontalebene verlaufenden Seile 20 in einem Punkt 21 vor und in einem Punkt 22 hinter dem Modell 1 am Gehäuse des W^;ndkanals 3 mittels elastischer Elemente 23,24 befestigt werden.

Die in der Horizontalebene liegenden Seile 25 bei der Ausführung nach Fig.5 sind am Gehäuse des Windkanals 3 vor dem Modell 1 mittels einer Seilrolle 26 befestigt, über die die Enden von den miteinander verbundenen Seilen 25 gelegt sind. Die Seilrolle 26 ist mit einem Ende eines elastischen Elementes 27 verbunden, dessen anderes Ende am Gehäuse des Windkanals 3 befestigt ist

Es sind verschiedene Varianten der Anordnung der senkrechten Seile möglich, welche das Modell 1 im Arbeitsabschnitt 2 des Windkanals 3 halten (F i g. 1,6).

So können neben den zwei in der Vertikalebene verlaufenden Seilen 7 noch rwei zusätzliche Seile 28 (Fig.6) vorgesehen werden, welche in der senkrecht zur Symmetrieebene des Modells liegenden Ebene verlaufen, oder diese zwei allein verwendet werden, während das hinter dem Schwerpunkt G des Modells 1 angreifende Seil 7 wegfällt. Die zusätzlichen Seile 28 werden am Modell in Punkten 29 festgemacht, die in gleichem Abstand von der Symmetrieebene des Modells liegen. Die anderen Enden der Seile 7 und 28 werden mittels der elastischen Elemente 8 am Gehäuse des Windkanals 3 befestigt oder mit entsprechenden Hebeeinrichtungen 30 verbunden. Durch die Befestigung der oberen Enden der Seile 7 und 28, die ihre senkrechte Bewegung ermöglicht, kann die Lage des

ίο Modells 1 im Arbeitsabschnitt 2 des Windkanals 3 sowohl bei seiner Einstellung wie auch im Versuch geregelt werden.

Die bevorzugte Ausführung nach F i g. 6 besitzt somit zwei in der Horizontalebene liegende Seile 25, ein in der Vertikalebene der Modellsymmetrie vor dem Schwerpunkt G des Modells angeordnetes Seil 7 sowie zwei in der senkrecht zur Symmetrieebene des Modells liegenden Vertikaiebene verlaufende Seiie 28.

Die in der Horizontalebene liegenden Seile 25 sind über elastische Elemente 27 am Gehäuse des Windkanals 3 befestigt. Die Spannkraft dieser Seile wird von einer Spanneinrichtung 31 erzeugt, die über ein Seilrollensystem 32 auf die Seile 25 einwirkt.

Die Aufhängung gemäß der Erfindung legt die Position des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals bestimmt fest und gewährleistet die sechs Freih.itsgrade für die Bewegung des Modells als starrer Körper. Die Bewegungsfreiheit in der Vertikalebene wird im Grunde genommen durch die Steifigkeit der

jo elastischen Elemente 8 bestimmt, welche durch die Modellmasse beansprucht werden. Die Bewegungsfreiheit des Modells in der Querrichtung hängt von der Länge der Seile 7, 28 und in geringerem Maße von der Spannkraft der Seile 25, in Längs- bzw. Strörnungsrichtung aber nur von der Steifigkeit der elastischen Elemente 27 ab. Somit gestattet die Aufhängung, die Bewegungsfreiheit des Modells in beliebigen Richtung praktisch unabhängig von anderen Richtungen zu beeinflussen.

Die vertikal bewegbare Befestigung der oberen Enden der vertikalen Seile 7, 28 durch die Hebeeinrichtungen 30 (F i g. 6) bietet die Möglichkeit, die Montage des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals beträchtlich zu vereinfachen sowie das Modell ohne Steuergeräte zu lenken, die in vielen Fällen wegen konstruktiver Schwierigkeiten undurchführbar sind.

Die Daten vom Modell aus kann man auf jede bekannte Weise erhalten.

Die Untersuchungen eines erfindungsgemäß aufgehängten Versuchsmodells werden wie folgt durchgeführt:

Für alle elastischen Elemente 8, 27 der Vorrichtung werden die Steifigkeitscharakteristiken sowie Längenmaße der Seile 7,25,28 und ihre Befestigungspunkte am Modell 1 ermittelt. Das Modell 1 wird dann an den unteren Enden der Seile 7,28 befestigt und die Seile 25, welche in der Horizontalebene liegen, werden montiert und ihre Enden mit dem Modell 1 befestigt. Der Aufbau der Vorrichtung ist sehr einfach und die Montage des Modells 1 im Arbeitsabschnitt 2 des Windkanals 3 nimmt wenig Zeit in Anspruch. Nach dem Aufhängen des Modells 1 wird zur Kontrolle die Eigenfrequenz der Schwingungen des Modells als starrer Körper geschrieben, wobei darauf geachtet wird, daß die höchste Eigenfrequenz der Modeiischwingungen als starrer Körper in der Aufhängung um ein Vielfaches kleiner als die niedrigste Eigenfrequenz der elastischen Schwingungen des Modells ist

Nach Beendigung der Montage des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals und der Kontrollmessungen der Eigenfrequenz der Schwingungen des Modells werden die geplanten Untersuchungen vorgenommen, deren Methodiken sich voneinander unterscheiden können, was zu keinen Änderungen an P5/*metern der Vorrichtung führt.

Eine Asymmetrie am Modell, die in der Strömung V des Windkanals auftritt, wird durch Änderung der Längen der zugehörigen vertikalen Se!'e 7, 28 mittels der Hebeeinrichtungen 30 ausgeglichen.

Mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit nimmt bei richtig gewählten Parametern, wie Steifigkeit der elastischen Elemente, Länge der Seile, Anordnung der Befestigungspunkte des Seilsystems am Modell, auch die Stabilität des an der Vorrichtung aufgehängten Modells

Untersuchung der Aeroelastizität an Modellen im Windkanal für kleinere Geschwindigkeiten es gestattet, unangenehme Erscheinungen bei der Versuchsdurchführung, wie die Instabilität des Modells in der Aufhängung (das sogenannte »Aufhängeflattern«) im Unterschallbereich der Windkanalströmung vollständig auszuschalten.

Die Aufhängung mit den Seilen 7, 28, welche in den Vertikalebenen angeordnet sind, erweitert bedeutend

ίο die Klasse von Modellen, die unter den Bedingungen der Nachbildung eines freien Fluges in Windkanälen für kleinere Geschwindigkeiten untersucht werden können. Die Verbindung der Seile mit den zugehörigen Hebeeinrichtungen 30 ermöglicht es auch, die Einslellung des Modells im Arbeitsabschnitt des Windkanals zu vereinfachen sowie das Modell zu steuern, ohne drß Steuerorgane am Modell selbst notwendig sind. Dieser

wiesen, daß die beschriebene Aufhängung bei der

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Aufhängung für ein Luftfahrzeugmodell im Windkanal, die als ein System aus gespannten Seilen ausgebildet ist, wobei die einen Seilenden Ober elastische Elemente am Gehäuse des Windkanals befestigt und die anderen Seilenden mit dem Modell selbst verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das System wenigstens ein in der Horizontalebene verlaufendes Seil (4) und wenigstens zwei in der Vertikalebene angeordnete und mit dem Modell (1) vor bzw. hinter seinem Schwerpunkt (Gjverbundene Seile (7) enthält

Z Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Seile (11) in der Horizontalebene zu beiden Seiten des Modellrumpfes parallel zu seiner Längsachse verlaufen.

3. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (1!) am Mode!! (1) vor seinem Schwerpunkt (G)befestigt sind.

4. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (11) am Modell (1) mittels eines Hebels (16) mit gleichen Armen befestigt sind, der durch einen im Modell (1) ausgebildeten Querschlitz (18) hindurchgeht und sich an einem Gelenk (19) abstützt.

5. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (U) am Modell (1) hinter seinem Schwerpunkt fG^befestigt sind.

6. Aufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (11) am Modell (1) über am Modellrumpf (1) einseitig gelagerte Führungen (17) gehalten sind.

7. Aufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (20) in einem Punkt (21) vor dem Modell (1) und in einem Punkt (22) hinter dem Modell (1) am Gehäuse des Windkanals (3) befestigt sind.

8. Aufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im vor dem Modell (1) angeordneten Befestigungspunkt der Seile (25) am Gehäuse des Windkanals (3) eine Seilrolle (26) vorgesehen ist, über die die miteinander verbundenen Seile (25) geführt sind.

9. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Seile (7) in der vertikalen Symmetrieebene des Modells (1) angeordnet sind.

10. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vertikalebene hinter dem Schwerpunkt (G) des Modells (1) und senkrecht zur vertikalen Symmetrieebene des Modells wenigstens zwei zusätzliche Seile (28) angeordnet sind.

II. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System der vertikalen Seile dreiseilig ausgebildet ist, von denen das eine Seil vor dem Schwerpunkt (G) und zwei weitere Seile hinter dem Schwerpunkt (G) des Modells in einer senkrecht zur vertikalen Symmetrieebene des Modells (1) verlaufenden Vertikalebene am Modell angreifen.

12. Aufhängung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der vertikalen Seile (7,28) über die elastischen Elemente (8) mit Hebeeinrichtungen (30) verbunden sind, durch die die Lage des Modells (1) im Arbeitsabschnitt des Windkanals (3) sowohl bei seiner Einstellung wie auch beim Versuch einstellbar ist.