RU2500995C1 - Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing - Google Patents
Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500995C1 RU2500995C1 RU2012120279/28A RU2012120279A RU2500995C1 RU 2500995 C1 RU2500995 C1 RU 2500995C1 RU 2012120279/28 A RU2012120279/28 A RU 2012120279/28A RU 2012120279 A RU2012120279 A RU 2012120279A RU 2500995 C1 RU2500995 C1 RU 2500995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compartments
- core
- cover
- transition zones
- model
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационной техники и касается, в частности, экспериментальных исследований проблем аэроупругости летательных аппаратов в аэродинамических трубах. Оно обладает основными достоинствами известных аналогов и прототипа, но лишено их некоторых недостатков.The invention relates to the field of aviation technology and relates, in particular, to experimental studies of the problems of aeroelasticity of aircraft in wind tunnels. It has the main advantages of known analogues and prototype, but is devoid of some of their disadvantages.
Известна упруго-динамически-подобная модель крыла или оперения летательного аппарата, выполненная по так называемой «шашлычной» схеме (см. Р.Е. Лампер, В.В. Лыщинский. Введение в теорию и моделирование флаттера. Новосибирск, 1999, рис.4.6, стр.63, фиг.4.8, стр.65; Р.Л. Бисплигхофф, X. Эшли, Р.Л. Халфмен. Аэроупругость. М., ИЛ, 1958, фиг.12, стр.634-635). Модель состоит из лонжерона, расположенного вдоль оси жесткости крыла или оперения, с прикрепленными жесткими отсеками, создающими заданные обводы (профиль) модели.A well-known elastic-dynamically-like model of the wing or plumage of an aircraft is made according to the so-called “shish kebab” pattern (see R.E. Lamper, V.V. Lyshchinsky. Introduction to the theory and modeling of flutter. Novosibirsk, 1999, Fig. 4.6 , p. 63, Fig. 4.8, p. 65; RL Bisplighhoff, X. Ashley, RL Halfman. Aeroelasticity. M., IL, 1958, Fig. 12, pp. 634-635). The model consists of a spar located along the axis of stiffness of the wing or plumage, with attached rigid compartments that create the specified contours (profile) of the model.
Достоинства такой модели - разборность, возможность использования итерационной доводки жесткости лонжерона и простота изготовления модели, а ее недостатком является низкое качество поверхности, обусловленное наличием щелей между отсеками, а также ступенчатым изменением деформации по размаху крыла или оперения. Это, а также опасность повреждения отсеков, особенно их носиков и хвостиков практически исключают возможность использования моделей такого типа в скоростных аэродинамических трубах. Еще одним недостатком такого рода моделей является также то, что для их изготовления необходим «ручной» труд и затруднено использование высокопроизводительных станков с числовым программным управлением.The advantages of this model are collapsibility, the possibility of using iterative refinement of the spar stiffness and the simplicity of the model manufacture, and its disadvantage is the low surface quality due to the presence of gaps between the compartments, as well as a stepwise change in deformation along the wing span or plumage. This, as well as the danger of damage to the compartments, especially their spouts and tails, virtually exclude the possibility of using models of this type in high-speed wind tunnels. Another drawback of these types of models is that for their production requires “manual” labor and it is difficult to use high-performance machines with numerical control.
Известна также упругоподобная модель крыла или оперения летательного аппарата, у которой сердечник модели выполнен в виде лонжерона переменного сечения по размаху крыла или оперения большого удлинения или в виде пластины, переменной толщины по размаху и по хорде крыла или оперения малого удлинения. Сердечник воспроизводит жесткостные характеристики крыла или оперения и покрыт приклеенным к нему монолитным покрытием из низкомодульного материала, образующим обводы (профиль) крыла или оперения. В качестве монолитного покрытия используют также эластомеры, например, силиконовую резину. Однако, известны случаи отрыва такого покрытия из-за недостаточной прочности приклеивания его к сердечнику (см. Р.Е. Лампер, В.В. Лыщинский. Введение в теорию и моделирование флаттера. Новосибирск, 1999, фиг.5.12, стр.95; Р.Л. Бисплигхофф, X. Эшли, Р.Л. Халфмен. Аэроупругость. М., ИЛ, 1958, фиг.12-4, стр.622).An elastic-like model of the wing or empennage of an aircraft is also known, in which the model’s core is made in the form of a spar of variable section along the wing span or empennage of large elongation or in the form of a plate of variable thickness in span and wing chord or empennage of small elongation. The core reproduces the stiffness characteristics of the wing or plumage and is covered by a monolithic coating glued to it from a low-modulus material, forming the contours (profile) of the wing or plumage. Elastomers, for example, silicone rubber, are also used as a monolithic coating. However, there are cases of tearing off such a coating due to insufficient strength of gluing it to the core (see RE Lamper, VV Lyshchinsky. Introduction to the theory and modeling of flutter. Novosibirsk, 1999, Fig. 5.12, p. 95; RL Bisplighhoff, X. Ashley, RL Halfman. Aeroelasticity. M., IL, 1958, Figs. 12-4, p. 622).
Достоинства такой модели - отсутствие щелей, плавное изменение деформаций модели по размаху и хорде крыла или оперения, высокая прочность сердечника, простота и дешевизна изготовления. Недостатки - низкая точность моделирования жесткостных характеристик (из-за непредсказуемого искажения жесткости модели после наклейки покрытия модели, а также невозможности доработки лонжерона), относительно низкие точность воспроизведения профиля и качество поверхности модели, покрытой низкомодульным материалом, трудность сохранения заданной формы профиля, особенно носика и хвостика в процессе испытаний. Существенным недостатком является также отсутствие внутри «монолитной» модели полезного свободного пространства, необходимого для размещения дренажных трубок и датчиков, а также вариации масс модели.The advantages of such a model are the absence of gaps, a smooth change in the model deformations in the span and chord of the wing or plumage, high core strength, simplicity and low cost of manufacture. Disadvantages are the low accuracy of modeling stiffness characteristics (due to unpredictable distortion of the model stiffness after the model cover sticker, as well as the impossibility of finalizing the side member), the relatively low accuracy of profile reproduction and the quality of the surface of the model covered with low-modulus material, the difficulty of maintaining a given profile shape, especially the nose and tail in the process of testing. A significant drawback is the lack of useful free space inside the “monolithic” model necessary for the placement of drainage tubes and sensors, as well as variations in the mass of the model.
Известна конструктивно-подобная аэродинамическая модель, в том числе изготавливаемая из тонкостенного металла (см. Р.Е. Лампер, В.В. Лыщинский. Введение в теорию и моделирование флаттера. Новосибирск, 1999, рис.5.10, стр.93). Для нее характерна высокая точность моделирования жесткостных характеристик, а главные недостатки - низкие прочность и качество поверхности модели.A structurally similar aerodynamic model is known, including one made of thin-walled metal (see R.E. Lamper, V.V. Lyshchinsky. Introduction to the theory and modeling of flutter. Novosibirsk, 1999, Fig. 5.10, p. 93). It is characterized by high accuracy of modeling stiffness characteristics, and the main disadvantages are low strength and surface quality of the model.
Известны универсальная аэродинамическая модель и способ ее изготовления (см. патент РФ №2083967, МПК G01M 9/08, 1994 г.). Многоцелевая аэроупругая модель модульного типа крыла или оперения летательного аппарата состоит из центрального сердечника, воспроизводящего жесткостные характеристики, и двух окаймляющих его крышек, образующих обводы (профиль) крыла или оперения. При изготовлении модели такой конструкции возможно широкое использование станков с числовым программным управлением для фрезерования сердечника, а также пресс-форм съемных крышек из композиционных материалов; для тех же целей возможно использование технологии быстрого прототипирования (или 3D-принтеров).A universal aerodynamic model and a method for its manufacture are known (see RF patent No. 2083967, IPC G01M 9/08, 1994). A multipurpose aeroelastic model of a modular type of wing or empennage of an aircraft consists of a central core that reproduces stiffness characteristics and two lids surrounding it, forming wing contours (profile) or plumage. In the manufacture of a model of this design, widespread use of numerically controlled machines for milling the core, as well as molds of removable covers made of composite materials; for the same purposes, it is possible to use rapid prototyping technology (or 3D printers).
Основными недостатками подобной модели являются сложность изготовления аэродинамической модели из-за необходимости изготавливать и крепить две крышки, а также, трудности проведения операции дренирования, тензометрирования, варьирования масс и монтажа систем управления рулями в ограниченном свободном внутреннем объеме модели. Качество поверхности и точность воспроизведения геометрии такой модели могут быть повышены за счет использования дорогостоящих пресс-форм.The main disadvantages of such a model are the difficulty of manufacturing an aerodynamic model due to the need to make and fasten two covers, as well as the difficulties of the operation of drainage, strain gauging, mass variation and installation of steering control systems in the limited free internal volume of the model. The surface quality and accuracy of the geometry of such a model can be improved through the use of expensive molds.
Наиболее близкими к предлагаемым изобретениям являются универсальная упругоподобная аэродинамическая модель и способ ее изготовления, принятые за прототип (см. заявку на изобретение РФ №2011103646 от 02.02.2011, МПК G01M 9/08). Модель (фиг.1, 2) имеет силовой сердечник 1 и съемную крышку 2 несущей поверхности крыла или горизонтального оперения (киля). Сердечник 1 выполнен в виде части профиля, включающей всю верхнюю поверхность крыла или горизонтального оперения. В сердечник могут входить передняя и задняя кромки модели. Но, как правило, их вклад в жесткости сердечника следует минимизировать благодаря щелям и разрезам, заполненным эластомером, сохраняя за этими кромками лишь функции жесткого формообразования обводов модели. Съемная крышка 2 несущей поверхности крыла или горизонтального оперения (киля) выполнена из ряда жестких отсеков, связанных между собой переходными зонами. Сердечник и крышка представляют в сборе замкнутую аэродинамическую форму с полезным внутренним свободным пространством, в котором могут быть установлены Г-образные дренажные трубки, датчики для измерения распределения давления по поверхности модели, а также приводы и дополнительные массы, необходимые для достижения массово-инерционного подобия модели. Низкомодульный заполнитель армирован разнесенными по его толщине полосами однонаправленного композита, образующими полки нервюр и стрингеров ряда отсеков, на которые разделена крышка по хорде и размаху несущей поверхности. Каждый из отсеков имеет помимо полос полок силовой нервюры, расположенной в центральной части отсека по его размаху и ориентированной примерно по нормали к условной оси жесткости несущей поверхности, также полосы полок несиловых нервюр, расположенных параллельно полосам полок силовой нервюры по разные стороны от нее. Полосы полок всех трех нервюр отсека связаны с полосами полок переднего и заднего стрингеров отсека, при этом расстояние между краями полок несиловых нервюр соседних отсеков (по размаху), а также между краями полос полок стрингеров соседних отсеков (по хорде) не превышает местной толщины заполнителя. Полосы композита, образующие полки нервюр и полки стрингеров отсеков, утоплены в заполнитель с его наружной стороны с тем, чтобы обеспечить достижение заданной точности воспроизведения профиля с помощью наружного (а также внутреннего) приклеенного к армированному заполнителю однонаправленного композита с ориентацией волокон под углом около 45° к условной оси жесткости несущей поверхности. Каждый из отсеков крышки соединен с локальными площадками контакта сердечника не более чем в трех зонах, в центре, носике и хвостике силовой нервюры с помощью связанных с силовой нервюрой втулок винтов 3 и(или) клея с регулируемыми адгезионными свойствами.Closest to the proposed inventions are universal elastic-like aerodynamic model and the method of its manufacture, adopted as a prototype (see application for invention of the Russian Federation No. 2011103646 of 02.02.2011, IPC G01M 9/08). The model (figure 1, 2) has a
Способ изготовления такой универсальной аэродинамической модели, включает механические операции по изготовлению сердечника и крышки, разборное соединение крышки с сердечником с помощью винтов и(или) клея с регулируемыми адгезионными свойствами, измерение их жесткостных характеристик, а также итерационную доводку жесткости сердечника. Способ обеспечивает возможность широкого использования станков с числовым программным управлением для фрезерования поверхностей сердечника и крышки.A method of manufacturing such a universal aerodynamic model includes mechanical operations for the manufacture of a core and a cover, a collapsible connection of the cover with the core using screws and (or) glue with adjustable adhesive properties, measuring their stiffness characteristics, as well as iterating the core stiffness. The method provides the possibility of widespread use of numerically controlled machines for milling the surfaces of the core and cover.
Основными недостатками такой универсальной упругоподобной аэродинамической модели и способа ее изготовления как прототипов предлагаемых изобретений являются сложность конструкции и способа изготовления модели, а также их высокая стоимость.The main disadvantages of such a universal elastic-like aerodynamic model and the method of its manufacture as prototypes of the proposed inventions are the complexity of the design and method of manufacturing the model, as well as their high cost.
Задачей и техническим результатом предлагаемого технического решения является создание разборной упругоподобной аэродинамической модели упрощенной конструкции и способа ее изготовления, позволяющие сократить время и снизить стоимость изготовления модели при сохранении качества поверхности.The objective and technical result of the proposed technical solution is to create a collapsible elastic-like aerodynamic model of a simplified design and a method for its manufacture, which can reduce the time and reduce the cost of manufacturing the model while maintaining the surface quality.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в разборной упругоподобной аэродинамической модели несущей поверхности типа крыла или оперения, содержащей силовой сердечник в виде части профиля с углублениями его внутренней поверхности и локальными площадками для крепления съемной крышки из низкомодульного материала, в которой выполнены распределенные по размаху и хорде несущей поверхности жесткие отсеки с переходными зонами, представляющие собой в сборе единую разборную конструкцию замкнутой аэродинамической формы с полезным внутренним свободным пространством, крышка крыла или оперения модели изготовлена из единого блока материала переменной толщины по размаху и хорде несущей поверхности. Толщины отсеков плавно уменьшаются по направлению от локальных площадок контакта к переходным зонам, образуя скошенные поверхности граней отсека с углом между ними и плоскостью локальных поверхностей контакта не более 45-50°. Боковые грани и боковые торцы отсеков, как и соответствующие переходные зоны, ориентированы в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности до нормали к передней кромке несущей поверхности, передняя и задняя грани отсеков, их торцы и соответствующие переходные зоны ориентированы в диапазоне углов между направлениями переднего и заднего лонжеронов кессона несущей поверхности. Локальные площадки контакта отсеков с сердечником расположены в центральной части каждого из отсеков, а переходные зоны образованы за счет уменьшения толщины единого блока материала между соседними отсеками, а также между отсеками по периферии крышки и примыкающими к ним с зазором кромками углубления сердечника.The solution of this problem and the technical result are achieved by the fact that in a collapsible elastic-like aerodynamic model of a bearing surface such as a wing or plumage, containing a power core in the form of part of the profile with recesses of its inner surface and local areas for attaching a removable cover of low-modulus material, in which distributed over the span and chord of the bearing surface are rigid compartments with transition zones, which are an assembly of a single collapsible design of a closed aerodynamic tion to form a useful internal free space, wing or tail cover model made from a single block of material with variable thickness along the span and chord of the airfoil. The thickness of the compartments gradually decreases in the direction from the local contact areas to the transition zones, forming oblique surfaces of the faces of the compartment with an angle between them and the plane of the local contact surfaces of not more than 45-50 °. The lateral faces and lateral ends of the compartments, as well as the corresponding transition zones, are oriented in the angle range from the direction of the side chord of the bearing surface to the normal to the leading edge of the bearing surface, the front and rear faces of the compartments, their ends and the corresponding transition zones are oriented in the range of angles between the directions of the front and the rear side members of the caisson bearing surface. Local contact areas between the compartments and the core are located in the central part of each of the compartments, and transition zones are formed by reducing the thickness of a single block of material between adjacent compartments, as well as between compartments on the periphery of the lid and the edges of the core recession adjacent to them with a gap.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что толщина материала переходных зон, расположенных между боковыми торцами соседних отсеков, между передними и задними торцами соседних отсеков, а также между торцами отсеков по периферии крышки и примыкающими к ним кромками углубления материала сердечника, составляет не менее 15% местной толщины профиля. При этом ширина переходных зон не превышает местной толщины профиля. Характерный размер локальных площадок контакта отсеков с сердечником, равный корню квадратному из площади локальной площадки, не превышает местной толщины профиля.The solution of the problem and the technical result are also achieved by the fact that the thickness of the material of the transition zones located between the side ends of the adjacent compartments, between the front and rear ends of the adjacent compartments, as well as between the ends of the compartments on the periphery of the lid and the edges of the core material adjacent to them, is not less than 15% of local profile thickness. The width of the transition zones does not exceed the local thickness of the profile. The characteristic size of the local contact areas of the compartments with the core, equal to the square root of the area of the local site, does not exceed the local profile thickness.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются еще и благодаря тому, что снаружи крышка армирована тканью однонаправленного композита с направлением волокон в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности до нормали к передней кромке несущей поверхности. Изнутри крышки тканью однонаправленного композита армированы скошенные поверхности граней отсеков, а лентой однонаправленного композита с направлением волокон вдоль переходных зон крышки армированы эти переходные зоны.The solution of this problem and the technical result are also achieved due to the fact that the outside of the lid is reinforced with a unidirectional composite fabric with a fiber direction in the angle range from the direction of the side chord of the bearing surface to the normal to the leading edge of the bearing surface. From the inside of the cover, the unidirectional composite fabric reinforces the beveled surfaces of the compartment faces, and the transition zones are reinforced with the unidirectional composite tape with the fiber direction along the transition zones of the cover.
Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления разборной упругоподобной аэродинамической модели включающем операции по изготовлению сердечника и крышки, разборное соединение крышки с сердечником с помощью винтов и(или) клея с регулируемыми адгезионными свойствами, измерение их жесткостных характеристик, а также итерационную доводку жесткости сердечника, фрезеруют (либо формуют или изготавливают методом быстрого прототипирования) заготовку крышки как единый блок низкомодульного материала типа пенопласта, обомодулана или бальзы. Наружный контур блока доводят до профиля несущей поверхности с занижением его на толщину армирующей ткани однонаправленного композита. На внутренней поверхности блока крышки, например, путем фрезерования создают отсеки с локальными площадками контакта с сердечником, со скошенными поверхностями граней отсека и переходные зоны отсеков. Снаружи крышку армируют тканью однонаправленного композита с направлением волокон в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности до нормали к передней кромке несущей поверхности,The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a collapsible elastic-like aerodynamic model, including operations for the manufacture of the core and the cover, the collapsible connection of the cover with the core using screws and (or) glue with adjustable adhesive properties, measurement of their stiffness characteristics, as well as iterative fine-tuning core, milled (or molded or made by rapid prototyping) the blank cover as a single block of low-modulus material such as foam, about omodulana or balsa. The outer contour of the block is brought to the profile of the bearing surface with its understatement by the thickness of the reinforcing fabric of the unidirectional composite. On the inner surface of the lid block, for example, by milling, compartments with local areas of contact with the core, with beveled surfaces of the faces of the compartment and transition zones of the compartments are created. Outside, the lid is reinforced with a unidirectional composite fabric with a fiber direction in the range of angles from the direction of the side chord of the bearing surface to the normal to the leading edge of the bearing surface,
Изнутри тканью композита армируют скошенные поверхности граней отсеков. Лентой однонаправленного композита с направлением волокон вдоль переходных зон крышки армируют эти переходные зоны. Затем просверливают в созданных таким образом жестких отсеках крышки отверстия под крепежные винты крышки, соосные с соответствующими резьбовыми отверстиями сердечника. После итерационной доводки жесткостных характеристик модели в сборе с крышкой и без нее выходящие на наружную поверхность крышки отверстия под винты закрывают шпаклевкой.Inside, the composite fabric reinforces the beveled surfaces of the sides of the compartments. With the unidirectional composite tape with the direction of the fibers along the transition zones of the lid, these transition zones are reinforced. Then, holes are drilled in the thus created rigid compartments of the cover of the cover for the mounting screws of the cover, coaxial with the corresponding threaded holes of the core. After iterative refinement of the stiffness characteristics of the model assembly with and without a cover, the holes for the screws facing the outer surface of the cover are closed with putty.
Прототип и предлагаемое изобретение иллюстрируются чертежами, на которых представлена конструктивная схема разборной упругоподобной аэродинамической модели и способ ее изготовления.The prototype and the invention are illustrated by drawings, which show a structural diagram of a collapsible elastic-like aerodynamic model and a method for its manufacture.
На фиг.1, 2 изображена известная универсальная упругоподобная аэродинамическая модель несущей поверхности (крыла или оперения) летательного аппарата, выбранная в качестве прототипа и описанная на странице 3.Figure 1, 2 shows the well-known universal elastic-like aerodynamic model of the bearing surface (wing or plumage) of an aircraft, selected as a prototype and described on
На фиг.2 приведено изображение в сечении А-А сердечника 1 модели, ее съемной крышки 2, прикрепляемой к сердечнику с помощью винтов 3.Figure 2 shows the image in section aa of the
На фиг.3, 4 представлена конструкция разборной упругоподобной аэродинамической модели 4. В частности, для иллюстрации существа предлагаемого изобретения приведена схема расположения жестких отсеков 5 крышки 2 по размаху и хорде для несущих поверхностей малого удлинения с обозначением мест крепления отсеков 8 с помощью винтов 3, головки которых закрыты шпаклевкой 6. Каждый отсек 5 крепится к сердечнику 1 с помощью одного винта 3. Конструкция крышки 2 выполнена из единого блока низкомодульного материала, в котором за счет выборки материала фрезерованием или с использованием 3D-принтеров выполнены участки с разной толщиной и таким образом получены жесткие отсеки 5 и упругие переходные зоны 7 с заданной шириной и толщиной.Figure 3, 4 shows the design of a collapsible elastic-like
На фиг.4 представлено сечение В-В фиг.3, показывающее конструкцию и особенности крепления жестких отсеков 5 крышки 2 к сердечнику 1 по локальным площадкам 8 контакта отсеков с сердечником, располагающимся в центральной части каждого из отсеков, с помощью резьбового соединения (винтов 3) и/или с помощью клея с регулируемыми адгезионными свойствами. В сердечнике выполнены углубления 9 с локальными площадками контакта 8 для крепления крышки 2 с сердечником.Fig. 4 is a cross-section B-B of Fig. 3, showing the design and features of fastening the
Толщины отсеков 5 плавно уменьшаются по направлению от локальных площадок контакта 8 в центральной части каждого из отсеков к переходным зонам 7, образуя скошенные поверхности 10 отсека с углом α между ними и плоскостью локальных поверхностей контакта не более 45-50°.The thicknesses of the
Таким образом, в модели вокруг локальных площадок контакта 8 с сердечником 1 между сердечником и переходными зонами крышки образуется внутреннее свободное пространство 11 для расположения дополнительного оборудования, например: дренажных трубок, датчиков для измерения распределения давления по поверхности модели, системы регулирования адгезионных свойств клея, а также приводов и дополнительных масс, необходимых для достижения массово-инерционного подобия модели.Thus, in the model around the local areas of
Поверхность крышки 2 снаружи армирована тканью однонаправленного композита 12 с направлением волокон в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности (или вектора скорости набегающего потока) до направления, нормального передней кромке несущей поверхности.The surface of the
Это целесообразно, если жесткость низкомодульного материала съемной крышки, а также параметры отсеков и переходных зон между отсеками таковы, что отсеки нельзя считать жесткими, а крышку - цельной. С той же целью дополнительно изнутри тканью композита 12 (не обязательно однонаправленного) армированы скошенные грани отсеков. Для той же цели переходные зоны выполнены армированными изнутри лентами ткани 13 однонаправленного композита с ориентацией волокон вдоль границ переходных зон. Такое подкрепление, как и выбранная ориентация переходных зон, позволяет минимизировать обычно нежелательно большой вклад крышки в жесткостные характеристики модели при сохранении ее прочности и внешней формы (профиля). Тем самым расширяются возможности высокоточного изготовления сердечника как основного силового элемента модели и расширяются возможности увеличения полезного свободного внутреннего пространства модели.This is advisable if the stiffness of the low-modular material of the removable cover, as well as the parameters of the compartments and transition zones between the compartments are such that the compartments cannot be considered rigid, and the cover is solid. For the same purpose, the beveled edges of the compartments are reinforced additionally from the inside with the fabric of composite 12 (not necessarily unidirectional). For the same purpose, the transition zones are made of internally reinforced fabric ribbons 13 of a unidirectional composite with fibers oriented along the boundaries of the transition zones. Such reinforcement, as well as the selected orientation of the transition zones, allows us to minimize the usually undesirably large contribution of the cover to the stiffness of the model while maintaining its strength and external shape (profile). Thereby expanding the possibilities of high-precision manufacturing of the core as the main power element of the model and expanding the possibilities of increasing the useful free internal space of the model.
Как видно из фиг.3 и 4 (сечение В-В фиг.3), сердечник 1 выполнен в виде части профиля (как правило, из металла, но возможно использование также пластика, дерева), включающей всю верхнюю поверхность крыла или горизонтального оперения (всю боковую, например левую, поверхность киля), а также нижнюю поверхность носика и хвостика крыла или горизонтального оперения.As can be seen from Figs. 3 and 4 (section B-B of Fig. 3), the
Главным достоинством предлагаемого способа изготовления разборной упругоподобной модели представляется упрощение способа изготовления сердечника (из металла или неметаллических материалов), а также крышки из низкомодульного материала с использованием цифровых технологий (станков с ЧПУ, метода быстрого прототипирования с использованием 3-D принтеров) при сохранении преимуществ известного способа изготовления модели в целом, в частности использования итерационной процедуры доводки жесткостных характеристик сердечника с учетом измеренных характеристик жесткости крышки и сердечника.The main advantage of the proposed method of manufacturing a collapsible elastic-like model is the simplification of the method of manufacturing the core (from metal or non-metallic materials), as well as covers from low-modulus materials using digital technologies (CNC machines, rapid prototyping using 3-D printers) while maintaining the advantages of the well-known a method of manufacturing the model as a whole, in particular the use of an iterative procedure for fine-tuning the stiffness characteristics of the core, taking into account changes the stiffness characteristics of the cap and core.
При изготовлении сердечника 1 указанные поверхности фрезеруют (формуют или изготавливают методом быстрого прототипирования с помощью 3D-принтеров) до придания им заданных внешних геометрических обводов профиля или горизонтального оперения (киля).In the manufacture of
Затем на участке сердечника, к которому примыкает крышка выфрезеровывают (или формуют заранее) углубления 9 с локальными площадками контакта 8 отсеков с сердечником 1 для крепления крышки 2. Углубления выполняют, исходя из условия, что расчетное значение жесткости сердечника (в соединении с крышкой) превышает расчетную жесткость модели крыла или горизонтального оперения (киля) на 10-20%.Then, in the area of the core adjacent to the lid, recesses 9 are milled (or formed in advance) 9 with
Затем фрезеруют (либо формуют или изготавливают методом быстрого прототипирования с помощью 3D-принтеров) заготовку крышки - единый блок низкомодульного материала типа пенопласта, полиуретана или обомодулана. Для этого единый блок будущей крышки 2 условно разбивают на жесткие отсеки 5 (фиг.3, 4) так, чтобы каждый жесткий отсек крышки, наружный контур которого воспроизводит профиль несущей поверхности, крепился к локальным площадкам контакта 8 отсеков 5 с сердечником 1 с помощью одного винта 3, расположенного в центральной части отсека, и(или) с помощью клея с регулируемыми адгезионными свойствами, распределенного по площадке контакта отсеков с сердечником.Then, the blank blank is milled (or molded or manufactured by rapid prototyping using 3D printers) - a single block of low-modulus material such as polystyrene foam, polyurethane or obomodulan. To do this, a single unit of the
Жесткие отсеки располагают вдоль размаха и примерно вдоль хорды несущей поверхности, также стремясь минимизировать влияние крышки на жесткостные характеристики сердечника. Для этого с внутренней поверхности крышки 2 выфрезеровывают материал (либо формуют заранее или делают выборку с помощью 3D-принтера) для формирования упругих переходных зон 7 и скошенных поверхностей 10 отсека с углом между ними и плоскостью несущей поверхности не более 45-50°. Тем самым достигается рациональное по вкладу крышки в суммарные жесткости модели количество отсеков.Rigid compartments are positioned along the span and approximately along the chord of the bearing surface, also trying to minimize the influence of the lid on the stiffness characteristics of the core. To do this, material is milled from the inner surface of the lid 2 (either molded in advance or sampled using a 3D printer) to form
Полученные переходные зоны 7 (фиг.3, 4) располагают между боковыми торцами соседних жестких отсеков, между соседними торцами передних и задних жестких отсеков, а также между жесткими отсеками по периферии крышки и кромками выборки 9 материала сердечника 1. Толщины жестких отсеков 5 плавно уменьшают по направлению от локальных площадок 8 контакта отсеков с сердечником, располагающихся в центре каждого из отсеков, к переходным зонам 7.The obtained transition zones 7 (Figs. 3, 4) are located between the lateral ends of the adjacent hard compartments, between the adjacent ends of the front and rear hard compartments, as well as between the hard compartments on the periphery of the lid and the edges of the sample 9 of the
Минимальная толщина материала переходных зон составляет не менее 15% местной толщины профиля, а ширина переходных зон не превышает местной толщины профиля, при этом характерный размер локальных площадок контакта отсеков с сердечником, располагающихся в центре каждого из отсеков, равный корню квадратному из площади локальной площадки, не превышает местной толщины профиля. Добиваясь таким образом минимального вклада крышки в суммарную жесткость модели, обеспечивают необходимую прочность крышки. Для этого снаружи крышку армируют тканью однонаправленного композита с направлением волокон в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности до нормали к передней кромке несущей поверхности. Для той же цели изнутри крышки тканью однонаправленного композита армируют скошенные поверхности граней отсеков, а лентой однонаправленного композита с направлением волокон вдоль переходных зон крышки армируют эти переходные зоны.The minimum thickness of the material of the transition zones is at least 15% of the local thickness of the profile, and the width of the transition zones does not exceed the local thickness of the profile, while the characteristic size of the local contact areas of the compartments with the core located in the center of each compartment is equal to the square root of the local area, does not exceed local profile thickness. Thus achieving the minimum contribution of the cover to the total rigidity of the model, they provide the necessary strength of the cover. For this, the lid is reinforced from the outside with a unidirectional composite fabric with a fiber direction in the range of angles from the direction of the side chord of the bearing surface to the normal to the leading edge of the bearing surface. For the same purpose, the beveled surfaces of the sides of the compartments are reinforced with a unidirectional composite fabric from the inside of the lid, and these transitional zones are reinforced with a unidirectional composite tape with the direction of the fibers along the transitional zones of the lid.
Кроме того, благодаря выбранной геометрии отсеков крышки с учетом углублений 9 образуют полезное внутреннее свободное пространство 11 по размаху и по хорде, объемом не менее 5-10% всего внутреннего объема крыла или горизонтального оперения (киля), ограниченного внешним контуром модели.In addition, due to the selected geometry of the lid compartments, taking into account the recesses 9, they form a useful internal free space 11 in terms of span and chord, with a volume of at least 5-10% of the total internal volume of the wing or horizontal tail (keel), limited by the external contour of the model.
Для достижения поставленной цели (упрощение модели, снижение ее стоимости при сохранении высокой точности моделирования по геометрии и жесткостям) фрезеруют (либо формуют или изготавливают методом быстрого прототипирования) заготовку крышки из единого блока низкомодульного материала типа пенопласта, полиуретана, обомодулана или бальзы. Наружный контур блока доводят до профиля несущей поверхности с занижением его на толщину армирующей ткани однонаправленного композита 12. На внутренней поверхности блока крышки, например, путем фрезерования создают отсеки 5 с локальными площадками контакта 8 с сердечником 1, со скошенными поверхностями граней 10 отсека и переходные зоны 7 отсеков 5. Снаружи крышку 2 армируют тканью однонаправленного композита 12 с направлением волокон в диапазоне углов от направления бортовой хорды несущей поверхности до нормали к передней кромке несущей поверхности. Изнутри тканью композита 12 армируют скошенные поверхности граней отсеков, а лентой однонаправленного композита 13 с направлением волокон вдоль переходных зон крышки армируют эти переходные зоны. Просверливают в созданных таким образом жестких отсеках крышки отверстия под крепежные винты 3 крышки, соосные с соответствующими резьбовыми отверстиями сердечника. После итерационной доводки жесткостных характеристик модели в сборе с крышкой и без нее выходящие на наружную поверхность крышки отверстия под винты закрывают шпаклевкой 6.To achieve this goal (simplifying the model, reducing its cost while maintaining high modeling accuracy in geometry and stiffness), the cover blank is milled (or molded or made by rapid prototyping) from a single block of low-modulus material such as foam, polyurethane, obomodulan or balsa. The outer contour of the block is brought to the profile of the bearing surface with its lowering by the thickness of the reinforcing fabric of the unidirectional composite 12. On the inner surface of the lid block, for example, by composing,
Таким образом, предложенная конструкция более простой разборной упругоподобной модели позволяет сократить время и снизить стоимость ее изготовления при сохранении высокой точности моделирования.Thus, the proposed design of a simpler collapsible elastic-like model can reduce the time and reduce the cost of its manufacture while maintaining high simulation accuracy.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012120279/28A RU2500995C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012120279/28A RU2500995C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012120279A RU2012120279A (en) | 2013-11-27 |
| RU2500995C1 true RU2500995C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49624839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012120279/28A RU2500995C1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2500995C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653773C1 (en) * | 2016-11-16 | 2018-05-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Model of the aircraft airfoil |
| RU2729951C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-08-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Dynamically similar aerodynamic surface model |
| RU2799101C1 (en) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2083967C1 (en) * | 1994-09-08 | 1997-07-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Versatile aerodynamic model and method of its production |
| RU5393U1 (en) * | 1992-12-28 | 1997-11-16 | Владимир Николаевич Круглов | EXTRA LIGHT WING |
-
2012
- 2012-05-17 RU RU2012120279/28A patent/RU2500995C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU5393U1 (en) * | 1992-12-28 | 1997-11-16 | Владимир Николаевич Круглов | EXTRA LIGHT WING |
| RU2083967C1 (en) * | 1994-09-08 | 1997-07-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Versatile aerodynamic model and method of its production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Бисплингхофф Р.А., Эшли X., Халфмэн Р.Л. Аэроупругость. - М.: Иностранная литература, 1958, с.620-625, фиг.12-2, с.634, 635, фиг.12-22. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653773C1 (en) * | 2016-11-16 | 2018-05-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Model of the aircraft airfoil |
| RU2729951C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-08-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Dynamically similar aerodynamic surface model |
| RU2799101C1 (en) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface |
| RU2799100C1 (en) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface |
| RU2799102C1 (en) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface |
| RU2813967C1 (en) * | 2023-09-15 | 2024-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский Центр "Институт имени Н.Е. Жуковского" (ФГБУ "НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского") | Dynamically similar model for wind tunnel testing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012120279A (en) | 2013-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3509944B1 (en) | Blade or wing | |
| CN107984007A (en) | Manufacture the automated system and method for Aviation Connector component | |
| CN102722606B (en) | Method for reducing vibration load of helicopter rotor hub | |
| US9471046B2 (en) | Method for producing a part | |
| RU2607675C1 (en) | Large-sized aerodynamic model | |
| US9067371B2 (en) | Wrinkle control method and tool therefor | |
| RU2454646C1 (en) | Universal elastic-like aerodynamic model and method of making said model | |
| CN105354348A (en) | Manufacturing method for low-speed wing flutter wind tunnel model | |
| CN106985413B (en) | A kind of forming frock for foam core filled composite material structure winglet | |
| US4741497A (en) | Graduated aircraft design and construction method | |
| RU2500995C1 (en) | Dismountable resilient-like aerodynamic model and method of its manufacturing | |
| CN109543344A (en) | A kind of calculation method of the vertical bending stiffness in aircraft doorframe area section | |
| RU2083967C1 (en) | Versatile aerodynamic model and method of its production | |
| Dale et al. | Adaptive Camber-Morphing Wing using 0-? Honeycomb | |
| RU2653773C1 (en) | Model of the aircraft airfoil | |
| CN110595730A (en) | Wind tunnel dynamic test airplane model body component and manufacturing method thereof | |
| RU2578915C1 (en) | Dynamically similar aerodynamic model of aircraft bearing surface | |
| Stanford | Aeroelastic analysis and optimization of membrane micro air vehicle wings | |
| Massey et al. | Aeroelastic analysis of a distributed electric propulsion wing | |
| Vos et al. | Recent Developments on Fluid Structure Interaction Using the Navier Stokes Multi Block (NSMB) CFD Solver | |
| Ramos | Construction and analysis of a lightweight UAV wing prototype | |
| RU2799101C1 (en) | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface | |
| RU2799102C1 (en) | Quasi-rigid aerodynamic model of the bearing surface | |
| Banfield | Design and Development of a 3D Printed UAV | |
| Keye et al. | Aeroelastic effects in maximum lift prediction of a transport aircraft and comparison to flight data |