RU2610791C1

RU2610791C1 - Aircraft model to study impact of jet stream at aerodynamic characteristics of aircraft

Info

Publication number: RU2610791C1
Application number: RU2016107158A
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Пронин; Валерий Анатольевич Лисин; Роман Александрович Адаменко
Original assignee: Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-02-15

Abstract

FIELD: transportation, aviation.

SUBSTANCE: aircraft model to study impact of jet stream at aerodynamic characteristics of the aircraft includes a thin-walled body fixed on a side holder with an aft nozzle and drainage holes along outer surface, drainage tubes laid in the side holder and connected to a pressure registration device, a compressed air supply system towards a model nozzle comprising a compressed air balloon, air ducts laid in the side holder and an internal cavity of the model. There are cavities arranged in the walls of the model body for placement of drainage tubes, covered by shells at the outer side and following the external contours of the model body. Drainage tubes stretch from the side holder of the model inside the arranged cavities and are joined with side channels in the body of main part of the model body. Channels are made from the side of cavities formed in the body until crossing with the external drainage holes perceiving the static pressure.

EFFECT: invention is aimed at increased validity of pressure distribution measurement results.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к аэродинамическим моделям для исследования распределения давления по поверхности тонкостенной модели, испытываемой в аэродинамических трубах при условии имитации струи кормового ракетного двигателя.The present invention relates to measuring technique, namely to aerodynamic models for studying the distribution of pressure over the surface of a thin-walled model tested in wind tunnels under the condition of simulating a jet of a stern rocket engine.

В задаче определения аэродинамических характеристик модели летательного аппарата (ЛА) важное место занимает исследование распределения давления на обтекаемой поверхности, проводимое для определения местного распределения сил и характера течения у поверхности ЛА. По результатам такого исследования разрабатываются рациональные формы профиля поверхности ЛА. Обычно такое определение распределения давления по поверхности обеспечивается приемными дренажными отверстиями, размещенными на обтекаемой поверхности модели, а к этим отверстиям с внутренней стороны поверхности подводятся дренажные трубки, идущие к манометрам, которые фиксируют значения измеряемых величин давления.In the problem of determining the aerodynamic characteristics of an aircraft model (LA), an important place is occupied by the study of the pressure distribution on the streamlined surface, carried out to determine the local distribution of forces and the nature of the flow at the surface of the aircraft. Based on the results of such a study, rational forms of the aircraft surface profile are developed. Usually, such a determination of the pressure distribution over the surface is provided by receiving drainage holes located on the streamlined surface of the model, and drainage tubes leading to pressure gauges that record the values of the measured pressure values are connected to these holes from the inside of the surface.

В качестве ближайшего аналога конструкции аэродинамической модели принята конструкция аэродинамической модели, схемы работы измерительных устройств которой приведены в [1] на стр 167, 220, 260 ([1] - книга авторов Краснова Н.Ф., Кошевого В.Н., Данилова А.Н. и др. "Прикладная аэродинамика", М., "Высшая школа", 1974 г.).As the closest analogue of the design of the aerodynamic model, the design of the aerodynamic model is adopted, the schemes of the measuring devices of which are given in [1] on pages 167, 220, 260 ([1] - the book of the authors Krasnova NF, Koshevy VN, Danilova A .N. Et al. "Applied Aerodynamics", M., "Higher School", 1974).

Согласно приведенным схемам поверхность модели дренируется, и к дренажным отверстиям подсоединяются и вводятся внутрь полого корпуса модели соединительные дренажные трубки для замера давлений по поверхности модели. Дренажные трубки подводятся к измерительному устройству, например, к батарейному манометру [1, стр 260], входящему в систему измерений распределения давления.According to the above diagrams, the model’s surface is drained, and connecting drainage tubes are connected to and inserted into the hollow body of the model to measure pressure on the model’s surface. Drainage tubes are connected to a measuring device, for example, to a battery manometer [1, p. 260], which is part of the pressure distribution measurement system.

Эта задача определения распределения давления по поверхности модели становится особо сложной, если на модели ЛА моделируется работа кормового ракетного двигателя, реактивная струя которого имитируется подводимым через боковую державку сжатым воздухом (см. фиг. 1).This task of determining the pressure distribution over the surface of the model becomes especially difficult if the model of the aircraft simulates the operation of a stern rocket engine, the jet of which is simulated by compressed air supplied through a side holder (see Fig. 1).

Весь внутренний объем модели в этом случае занят воздушной полостью, обеспечивающей необходимый расход воздуха через сопло модельного кормового двигателя, и размещать в этом внутреннем объеме большое количество соединительных дренажных трубок от манометров к дренажным отверстиям, выполненным на обтекаемой поверхности модели, недопустимо из-за сокращения проходного сечения воздушной полости и, как следствие, из-за необеспечения требуемого расхода воздуха для имитации струи кормового двигателя.In this case, the entire internal volume of the model is occupied by an air cavity providing the necessary air flow through the nozzle of the model stern engine, and it is unacceptable to place a large number of connecting drain pipes from pressure gauges to drain holes made on the streamlined surface of the model in this internal volume due to the reduction of the passage sections of the air cavity and, as a result, due to the failure to provide the required air flow to simulate the jet feed engine.

Таким образом, аэродинамическая модель, предназначенная для исследования распределения давления по ее поверхности, проводимого в аэродинамической трубе при условии имитации струи кормового двигателя, не имеет внутренних полостей для размещения дренажных трубок, что вынуждает искать возможности разместить дренажные трубки в пределах тонкой стенки корпуса модели.Thus, an aerodynamic model designed to study the pressure distribution over its surface conducted in a wind tunnel provided that the feed engine jet is simulated does not have internal cavities to accommodate drainage tubes, which forces us to look for ways to place drainage tubes within the thin wall of the model’s body.

На стр. 18-19 [1] отмечено, что "при исследовании обтекания тонких тел (тонкое крыло или корпус) бывает практически невозможно расположить дренажные отверстия на тех участках поверхности, к которым нельзя провести дренажные трубки из-за малых поперечных сечений тела".On pages 18-19 [1] it is noted that "when studying the flow of thin bodies (thin wing or body) it is practically impossible to arrange drainage holes on those surface areas to which drainage tubes cannot be drawn due to small cross-sections of the body."

В случае, когда внутренние дренажные трубки невозможно разместить внутри модели из-за малых поперечных размеров модели, в практике изготовления аэродинамических моделей возможна укладка дренажных трубок в канавки, выполненные на наружной поверхности модели (см. [2], стр. 552, книга авторов Горлина СМ. и Слезингера И.И. "Аэромеханические измерения, методы и приборы", М., изд. "Наука", 1964 г.) (см. фиг. 1).In the case when the internal drainage tubes cannot be placed inside the model due to the small transverse dimensions of the model, in the practice of manufacturing aerodynamic models it is possible to lay the drainage tubes in grooves made on the outer surface of the model (see [2], p. 552, Gorlin’s book SM. And Slezinger II, "Aeromechanical Measurements, Methods and Instruments", M., ed. "Science", 1964) (see. Fig. 1).

Практика использования размещения дренажных трубок в канавки на поверхности модели имеет существенные недостатки: после укладки дренажных трубок (изготавливаемых по необходимости из легко деформируемого материала) в криволинейные канавки необходимо канавки заполнить шпаклевочным материалом или припоем заподлицо с поверхностью с целью обеспечения высоких требований по чистоте обтекаемой поверхности (чего практически не удается достичь, поскольку материал заполнителя отличается по своим характеристикам от материала поверхности модели и искажается структура пограничного слоя). Да и обеспечить необходимые требования к дренажным отверстиям в стенках податливых дренажных трубок, уложенных в канавки, также практически невозможно из-за высоких требований к размерам дренажных отверстий: отношение глубины сверления дренажа h к диаметру дренажного отверстия D должно быть в пределах 3÷5, т.е. h/D=3÷5, дренажные отверстия сверлятся перпендикулярно к обтекаемой поверхности модели, должны быть калиброванными (без заусенец и зазубрин), что тяжело выполнить в стенке дренажной трубки из податливого материала, причем трубка уложена в канавку, заделанную также податливым при сверлении дренажных отверстий материалом, что затрудняет выполнение строгих требований к отверстиям.The practice of using the placement of drainage tubes in grooves on the model surface has significant drawbacks: after laying drainage tubes (made of easily deformable material as necessary) into curved grooves, it is necessary to fill the grooves with filler material or solder flush with the surface in order to ensure high requirements for the cleanliness of the streamlined surface ( which is practically impossible to achieve, since the filler material differs in its characteristics from the surface material divide and distort the structure of the boundary layer). Yes, and to provide the necessary requirements for drainage holes in the walls of ductile drainage pipes laid in grooves, it is also almost impossible because of the high requirements for the sizes of drainage holes: the ratio of the drainage drilling depth h to the diameter of the drainage hole D should be within 3 ÷ 5, t .e. h / D = 3 ÷ 5, the drainage holes are drilled perpendicular to the streamlined surface of the model, must be calibrated (without burrs and nicks), which is difficult to make in the wall of the drainage tube from ductile material, and the tube is laid in the groove, which is also malleable when drilling drainage holes material, which makes it difficult to meet strict requirements for holes.

Проложенные по поверхности модели канавки, обеспечивая исследование распределения давления вдоль поверхности модели, должны прокладываться по винтовым траекториям, поскольку число дренажных отверстий составляет обычно значение 10-20, и эти канавки надо свести к боковой державке (в одно место, т.к. торец модели занят модельным двигателем). Таким образом, вся внешняя поверхность модели будет изрезана проложенными криволинейными и заделанными канавками, искажающими чистоту и однородность обтекаемой поверхности в местах замера давления.Grooves laid on the surface of the model, providing an investigation of the pressure distribution along the model surface, should be laid along helical paths, since the number of drainage holes is usually 10-20, and these grooves must be reduced to the side holder (in one place, since the end face of the model busy with a model engine). Thus, the entire external surface of the model will be cut with paved curved and sealed grooves that distort the cleanliness and uniformity of the streamlined surface in places of pressure measurement.

Итак, в рассмотренных известных аэродинамических моделях ЛА для определения влияния струи кормового ракетного двигателя на распределение давления по поверхности ЛА выявлены следующие недостатки: при наличии тонкостенного корпуса модели невозможно проложить дренажные трубки к точкам замера давления, соблюдая аэродинамически гладкую поверхность вблизи дренажных отверстий, и выполнить дренажные отверстия, обеспечивающие точность замера давления.So, in the considered well-known aerodynamic models of aircraft to determine the effect of the stern rocket engine jet on the pressure distribution over the surface of the aircraft, the following disadvantages are revealed: if there is a thin-walled model body, it is impossible to lay drain pipes to pressure measuring points, observing an aerodynamically smooth surface near the drain holes, and perform drainage openings for accurate pressure measurement.

С целью устранения указанных недостатков предлагается новое техническое решение для замера давления на поверхности модели.In order to eliminate these drawbacks, a new technical solution is proposed for measuring pressure on the model surface.

Технической задачей данного предложения является такое исследование распределения давления по поверхности тонкостенной аэродинамической модели в аэродинамических испытаниях с имитацией струй кормового двигателя, при котором полностью выполняются все строгие требования, предъявляемые к замерам статического давления на поверхности ЛА.The technical task of this proposal is to study the pressure distribution over the surface of a thin-walled aerodynamic model in aerodynamic tests with simulation of the stern engine jets, in which all the strict requirements for measuring static pressure on the aircraft surface are fully met.

Данная техническая задача решается тем, что модель летательного аппарата для исследования влияния струи реактивного двигателя на аэродинамические характеристики летательного аппарата, включающая в себя закрепленный на боковой державке тонкостенный корпус модели с кормовым соплом и дренажными отверстиями по наружной поверхности, дренажные трубки, проложенные в боковой державке и соединенные с устройством регистрации давления, систему подачи сжатого воздуха к модельному соплу, состоящую из баллона со сжатым воздухом, воздуховодов, проложенных в боковой державке, и внутренней полости модели, отличается от ближайшего аналога тем, что в стенках корпуса модели для размещения дренажных трубок выполнены полости, закрытые с наружной стороны оболочками, повторяющими внешние обводы корпуса модели, а дренажные трубки идут от боковой державки модели внутри выполненных полостей и стыкуются с боковыми каналами в теле основной части корпуса модели, при этом каналы выполнены со стороны образованных полостей в корпусе модели до пересечения с внешними дренажными отверстиями, воспринимающими статическое давление.This technical problem is solved in that the aircraft model for studying the influence of a jet engine jet on the aerodynamic characteristics of the aircraft, which includes a thin-walled model’s body with a feed nozzle and drainage holes on the outer surface mounted on the side holder, drainage tubes laid in the side holder and connected to a pressure recording device, a system for supplying compressed air to a model nozzle, consisting of a cylinder with compressed air, air ducts, laid in the side holder and the internal cavity of the model, differs from the closest analogue in that the walls of the model housing for the placement of drainage tubes have cavities closed on the outside by shells repeating the outer contours of the model body, and the drainage tubes go from the side holder of the model inside the cavities and are joined with the side channels in the body of the main part of the model body, while the channels are made from the formed cavities in the model body until they intersect with the external drainage holes, taking static pressure.

Графические материалы, иллюстрирующие предлагаемое техническое предложение, приведены на фиг. 2, 3.Graphic materials illustrating the proposed technical proposal are shown in FIG. 2, 3.

Аэродинамическая модель ЛА содержит модель 1 с тонкостенным корпусом и модельным соплом 2 для исследования распределения давления по ее поверхности в аэродинамических испытаниях с имитацией струи кормового ракетного двигателя, закрепленную на боковой державке 3, выполненной в виде пилона, систему измерения давления, состоящую из приемных дренажных отверстий 4, расположенных на наружной поверхности модели 1 и сообщающихся с каналами 5, выполненными внутри тонкостенного корпуса, в свою очередь соединенными с выводными дренажными трубками 6, присоединяемыми к регистрирующему манометру 12 и размещаемыми в боковой державке 3 и в полостях 13, выполненных внутри стенки корпуса модели, а также систему подачи сжатого воздуха к модельному соплу 2, состоящую из баллона со сжатым воздухом 8, воздуховодов 9, проложенных в боковой державке 3, и внутренней полости модели 10 и обеспечивающую расходную характеристику модельного двигателя. Модель в сборе устанавливается в рабочей части аэродинамической трубы на монтажной плите 11, и к ней с помощью соединительных дренажных трубок 6 присоединяется групповой регистрирующий манометр 12, а к системе подачи сжатого воздуха к модельному соплу присоединяется баллон с воздухом высокого давления 8. При этом дренажные отверстия 4 просверливаются по наружной поверхности корпуса 1 в местах исходной толщины корпуса (см. фиг. 3), т.е. вне мест расположения полостей 13.The aerodynamic model of the aircraft contains model 1 with a thin-walled body and a model nozzle 2 for studying the pressure distribution over its surface in aerodynamic tests simulating a stern rocket engine jet mounted on a side holder 3 made in the form of a pylon, a pressure measurement system consisting of receiving drainage holes 4 located on the outer surface of model 1 and communicating with channels 5 made inside a thin-walled case, which in turn are connected to the outlet drain pipes 6, connected to the recording pressure gauge 12 and placed in the side holder 3 and in the cavities 13 made inside the wall of the model body, as well as the compressed air supply system to the model nozzle 2, consisting of a cylinder with compressed air 8, ducts 9, laid in the side holder 3, and the internal cavity of the model 10 and providing the flow characteristics of the model engine. The assembled model is installed in the working part of the wind tunnel on the mounting plate 11, and a group recording pressure gauge 12 is connected to it using connecting drain pipes 6, and a cylinder with high pressure air 8 is connected to the compressed air supply system to the model nozzle. 4 are drilled along the outer surface of the housing 1 in places of the original thickness of the housing (see Fig. 3), i.e. outside the locations of the cavities 13.

Суть предлагаемого изобретения состоит в том, что дренажные трубки, соединенные с дренажными отверстиями, размещены в полостях в пределах исходной толщины стенки корпуса модели под оболочками, восполняющими внешние обводы корпуса модели, при этом дренажные отверстия просверлены на внешней обтекаемой поверхности там, где сохранена исходная толщина стенки корпуса модели. Измеряемое давление, воспринимаемое дренажными отверстиями, передается через выполненные боковые каналы и дренажные трубки к измерительным устройствам давления, например к батарейному манометру.The essence of the invention is that the drainage tubes connected to the drainage holes are located in the cavities within the original wall thickness of the model body under the shells, replenishing the outer edges of the model body, while the drainage holes are drilled on the external streamlined surface where the original thickness is stored model body walls. The measured pressure, perceived by the drainage holes, is transmitted through the executed side channels and drainage tubes to pressure measuring devices, for example, to a battery manometer.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить аэродинамически гладкую поверхность всей модели ЛА и, что особенно важно, - в местах расположения дренажных отверстий - приемников измеряемого давления, которые в соответствии с этим техническим решением можно выполнить с соблюдением всех строгих требований, предъявляемых к дренажным отверстиям со стороны аэродинамики.The proposed technical solution makes it possible to ensure an aerodynamically smooth surface of the entire aircraft model and, which is especially important, at the locations of the drainage openings - pressure measuring receivers, which, in accordance with this technical solution, can be performed in compliance with all the strict requirements for drainage openings from the side of aerodynamics .

Предлагаемая конструкция модели ЛА позволяет по результатам испытаний в аэродинамической трубе получить точные и достоверные данные по влиянию струи кормового реактивного двигателя на распределение давления по поверхности ЛА и на аэродинамические характеристики ЛА в целом в условиях взаимодействия набегающего потока с расширенной струей кормового реактивного двигателя, что крайне важно при создании современных летательных аппаратов, осуществляющих полет на больших высотах и на больших скоростях.The proposed design of the aircraft model allows, based on the results of tests in a wind tunnel, to obtain accurate and reliable data on the influence of the jet engine jet on the pressure distribution on the aircraft surface and on the aerodynamic characteristics of the aircraft as a whole under the conditions of the oncoming flow interaction with the extended jet engine jet, which is extremely important when creating modern aircraft flying at high altitudes and at high speeds.

Claims

A model of an aircraft for studying the influence of a jet of a jet engine on the aerodynamic characteristics of an aircraft, including a thin-walled body fixed to a side holder with a feed nozzle and drainage holes on the outer surface, drainage tubes laid in a side holder and connected to a pressure recording device, and a feed system compressed air to the model nozzle, consisting of a cylinder with compressed air, air ducts laid in the side holder, and the inner cavity models, characterized in that in the walls of the model’s body for the placement of drainage tubes, cavities are made that are closed on the outside by shells repeating the outer contours of the model’s body, and the drainage tubes go from the side holder of the model inside the cavities and are joined with the side channels in the body of the main body models, while the channels are made from the side of the formed cavities in the model body until they intersect with external drainage holes that perceive static pressure.