RU2696942C1 - Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel - Google Patents

Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel Download PDF

Info

Publication number
RU2696942C1
RU2696942C1 RU2018141285A RU2018141285A RU2696942C1 RU 2696942 C1 RU2696942 C1 RU 2696942C1 RU 2018141285 A RU2018141285 A RU 2018141285A RU 2018141285 A RU2018141285 A RU 2018141285A RU 2696942 C1 RU2696942 C1 RU 2696942C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aerodynamic
attack
angles
angle
slip
Prior art date
Application number
RU2018141285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Георгиевич Марков
Сергей Викторович Свергун
Тамара Ивановна Трифонова
Дмитрий Валерьевич Шуховцов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority to RU2018141285A priority Critical patent/RU2696942C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696942C1 publication Critical patent/RU2696942C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to experimental aerodynamics of aircraft during experimental research in a wind tunnel. Method consists in that the analyzed model is installed in the working part of the aerodynamic pipe on the supporting device. No flow is measured. After the pipe is set to the operating mode (preset flow rate is set) with the help of the drive, the model is moved along the angle of attack (sliding) from the initial to the specified final angle and back. Indications of aerodynamic scales, an angle of attack (slip) sensor and a pressure sensor with sampling frequency of not less than 1 kHz are recorded simultaneously with the beginning of movement and to its end. Further processing involves taking detrimental aerodynamic loads from measured readings, which are filtered with a Butterworth low-pass filter with cutoff frequency of 2–5 Hz. As a result, obtaining quasi-static aerodynamic dependencies, from which position of "catastrophic" transitions on angles of attack (slip), as well as angles of attack (slip) of the beginning of aerodynamic shaking and its development on angles of attack (slip) are determined.
EFFECT: location of features in the form of "catastrophic transitions" in aerodynamic characteristics, as well as in determination of angles of attack and sliding at which "pre-threshold" aerodynamic shaking and its development with increase of these angles begins to appear.
1 cl, 7 dwg

Description

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

В работе (Д.В. Шуховцов «Бифуркации и катастрофы в аэродинамических характеристиках». - Журнал «Известия РАН. Механика жидкости и газа». Москва, 2013 г., №3, С. 70-76) показано, что на отрывных режимах обтекания могут иметь место скачкообразные изменения значений коэффициентов продольных аэродинамических характеристик летательных аппаратов (ЛА) (фиг. 1 Приложения). Скачкообразные переходы, как внезапный отклик системы на гладкое воздействие, являются предметом изучения теории катастроф, а сами переходы называются «катастрофами» (Тим Постон и Иэн Стюарт «Теория катастроф и ее приложения». - Издательство: «Мир», Москва, 1980 г., С. 115) или пороговыми нелинейностями (А.Т. Филиппов «Многоликий солитон». - Издательство: «Наука», Москва, 1990 г., С. 74-75). В этой же работе были приведены некоторые параметры, характеризующие «катастрофы». Так, показано, что резкое возникновение пикирующего момента модели маневренного самолета происходит в узком диапазоне углов атаки Δα=0.05 град за время ΔТ=0.1 сек. Также было установлено, что попадание балансировочного значения угла атаки в окрестность «катастрофы» приводит к возникновению динамической неустойчивости самолета с аттрактором типа предельный цикл. Кроме того, «допороговое» состояние объекта характеризуется нарастанием аэродинамической тряски, которая затем переходит в неустойчивость в виде «катастрофы», характеризующейся переходом объекта из одного стационарного состояния в другое. «Катастрофические» переходы так же были обнаружены и в боковых аэродинамических характеристиках (фиг. 2 Приложения). Таким образом, выявление «катастроф» в аэродинамических характеристиках является принципиально важной задачей, так как дает возможность летчику и системе управления адекватно реагировать на поведение ЛА.In the work (DV Shukhovtsov “Bifurcations and catastrophes in aerodynamic characteristics.” - Journal “Izvestia RAN. Fluid and Gas Mechanics. Moscow, 2013, No. 3, pp. 70-76) it was shown that in tear-off modes flow around can take place abrupt changes in the values of the coefficients of the longitudinal aerodynamic characteristics of aircraft (LA) (Fig. 1 Applications). Hopping transitions, like the sudden response of a system to a smooth effect, are the subject of catastrophe theory, and the transitions themselves are called “disasters” (Tim Poston and Ian Stewart, “Catastrophe Theory and Its Applications.” - Publisher: Mir, Moscow, 1980 , P. 115) or threshold nonlinearities (A.T. Filippov “The Many-Faced Soliton.” - Publisher: Nauka, Moscow, 1990, pp. 74-75). In the same work, some parameters characterizing the "disaster" were given. So, it is shown that a sharp occurrence of a diving moment of a model of a maneuverable aircraft occurs in a narrow range of angles of attack Δα = 0.05 degrees in a time ΔТ = 0.1 sec. It was also found that getting the balancing value of the angle of attack in the vicinity of the "disaster" leads to the emergence of dynamic instability of an airplane with a limit cycle type attractor. In addition, the “subthreshold” state of the object is characterized by an increase in aerodynamic jolting, which then turns into instability in the form of a “catastrophe”, characterized by the transition of the object from one stationary state to another. “Catastrophic” transitions were also found in the lateral aerodynamic characteristics (Fig. 2 of the Appendix). Thus, the identification of “catastrophes” in aerodynamic characteristics is a fundamentally important task, as it enables the pilot and control system to adequately respond to aircraft behavior.

Известен способ исследования аэродинамических характеристик при статических испытаниях объектов, который заключается в получении аэродинамических зависимостей при фиксированном шаге изменения углов атаки (скольжения) (Н.П. Ильяшенко, И.В. Колин, В.Г. Марков, В.Л. Суханов, Т.И. Трифонова, Д.В. Шуховцов «Влияние турбулентности потока аэродинамической трубы на характеристики гистерезиса в статических аэродинамических силах и моментах» - Журнал «Ученые записки ЦАГИ». Москва, 2008 г., том XXXIX, №3, С. 37).There is a method of studying the aerodynamic characteristics during static testing of objects, which consists in obtaining aerodynamic dependencies with a fixed step of changing the angle of attack (slip) (N.P. Ilyashenko, I.V. Kolin, V.G. Markov, V.L. Sukhanov, TI Trifonova, DV Shukhovtsov “The influence of wind tunnel flow turbulence on hysteresis characteristics in static aerodynamic forces and moments” - TsAGI Uchenye Zapiski Magazine, Moscow, 2008, vol. XXXIX, No. 3, P. 37 )

В статических испытаниях временные зависимости получают на неподвижных объектах при заданных углах атаки (скольжения), а затем их осредняют (А.З. Тарасов, Т.И. Трифонова, Д.В. Шуховцов «Исследование временных зависимостей аэродинамических сил и моментов на больших углах атаки». - Журнал «Техника Воздушного Флота». Москва, 2000 г., том LXXIV, №1-2, С. 64). Таким образом, каждому углу атаки (скольжения) из выбранного диапазона соответствует математическое ожидание временного ряда аэродинамических коэффициентов.In static tests, time dependences are obtained on stationary objects at given angles of attack (slip), and then they are averaged (A.Z. Tarasov, T.I. Trifonova, D.V. Shukhovtsov “Study of temporal dependences of aerodynamic forces and moments at large angles attacks. ”-“ Air Fleet Technique ”magazine. Moscow, 2000, volume LXXIV, No. 1-2, P. 64). Thus, each angle of attack (slip) from the selected range corresponds to the mathematical expectation of the time series of aerodynamic coefficients.

Такой способ исследования имеет следующие недостатки:This research method has the following disadvantages:

1. Отсутствие важнейшей информации о поведении аэродинамических характеристик внутри шага изменения угла атаки (скольжения); например, в трубах АДТ Т-102,1. The lack of critical information about the behavior of the aerodynamic characteristics within the step of changing the angle of attack (slip); for example, in pipes ADT T-102,

Т-103 ЦАГИ минимальный шаг изменения угла атаки (скольжения) составляет 1 градус.T-103 TsAGI minimum step of changing the angle of attack (slip) is 1 degree.

2. Отсутствие информации о появлении и динамике развития аэродинамической тряски по углам атаки (скольжения).2. Lack of information about the appearance and dynamics of the development of aerodynamic shaking at the angles of attack (slip).

3. При записи данных на неподвижной модели в реализацию могут попасть различные переходные режимы из одного стационарного состояния в другое (Д.В. Шуховцов «Бифуркации и катастрофы в аэродинамических характеристиках». - Журнал «Известия РАН. Механика жидкости и газа». Москва, 2013 г., №3, С. 70-76), что приводит к некорректным результатам при обработке данных («катастрофа» «АВ» на фиг. 3 Приложения).3. When recording data on a stationary model, various transitional modes from one stationary state to another can be realized (DV Shukhovtsov, “Bifurcations and catastrophes in aerodynamic characteristics.” - Journal of Izvestia RAN. Fluid and Gas Mechanics. Moscow, 2013, No. 3, pp. 70-76), which leads to incorrect results when processing data ("disaster" "AB" in Fig. 3 of the Appendix).

За прототип принят способ исследования аэродинамических характеристик объектов при непрерывном изменении углов атаки (скольжения) с постоянной угловой скоростью. Методика проведения такого рода испытаний дается, например, в работе (А.Н. Жук, К.А. Колинько, О.Л. Миатов, А.Н. Храбров «Исследование нелинейных аэродинамических характеристик при непрерывном движении треугольного крыла». - Москва: Журнал «Ученые Записки ЦАГИ». №1-2, том XXXV, 2004. С. 32-39). В работе в качестве объекта исследования использовалось треугольное крыло, которое перемещалось в потоке рабочей части аэродинамической трубы с постоянной угловой скоростью 3 град/с. Регистрацию экспериментальных данных осуществляли с частотой опроса 100 Гц при общем количестве точек, равным 3000. Дальнейшая обработка заключалась в фильтрации полученных экспериментальных данных фильтром Баттерворта нижних частот 6-го порядка с частотой среза 0.5 Гц. На фиг. 4 Приложения приведены результаты измерений нормальной силы Y треугольного крыла со стреловидностью 70 град, полученные при непрерывном изменении угла атаки.The prototype adopted a method of studying the aerodynamic characteristics of objects with a continuous change in the angle of attack (slip) with a constant angular velocity. The methodology for this kind of testing is given, for example, in (A.N. Zhuk, K.A. Kolinko, O.L. Miatov, A.N. Khrabrov “Investigation of nonlinear aerodynamic characteristics during continuous movement of a delta wing.” - Moscow: The journal “Scientific notes of TsAGI.” No. 1-2, volume XXXV, 2004. P. 32-39). In the work, as a research object, a triangular wing was used, which moved in the flow of the working part of the wind tunnel with a constant angular velocity of 3 deg / s. The experimental data were recorded with a sampling frequency of 100 Hz with a total number of points equal to 3000. Further processing consisted of filtering the obtained experimental data with a 6th order Butterworth filter with a cutoff frequency of 0.5 Hz. In FIG. 4 Appendix shows the results of measurements of the normal force Y of a triangular wing with a sweep of 70 degrees, obtained by continuously changing the angle of attack.

Недостатки прототипа состоят в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:

1. Учитывая, что «катастрофические» переходы происходят в быстрой временной шкале, необходимо иметь высокую частоту опроса, а, следовательно, и большое количество собираемых точек временных реализаций. Выбранные же в прототипе значения частоты опроса и количество точек, равные соответственно 100 Гц и 3000 точек, явно недостаточны для проведения квазистатических испытаний.1. Given that "catastrophic" transitions occur in a fast timeline, it is necessary to have a high polling frequency, and, consequently, a large number of collected points of temporary realizations. Selected in the prototype values of the polling frequency and the number of points equal to 100 Hz and 3000 points, respectively, are clearly insufficient for quasistatic tests.

2. Фильтрация полученных экспериментальных данных производилась с частотой среза фильтра равной 0.5 Гц; при такой низкой частоте среза сглаживаются все скачки, если они имеют место в аэродинамических характеристиках.2. Filtering the obtained experimental data was carried out with a filter cutoff frequency of 0.5 Hz; at such a low cutoff frequency, all jumps are smoothed if they occur in the aerodynamic characteristics.

Задачей изобретения является разработка способа экспериментального определения аэродинамических характеристик при проведении квазистатических испытаний в аэродинамических трубах для определения топологии зависимостей аэродинамических характеристик с целью выявления «катастрофических переходов», а также динамики развития аэродинамической тряски по углам атаки и скольжения.The objective of the invention is to develop a method for the experimental determination of aerodynamic characteristics when conducting quasi-static tests in wind tunnels to determine the topology of the dependencies of the aerodynamic characteristics in order to identify "catastrophic transitions", as well as the dynamics of the development of aerodynamic shaking at the angles of attack and slip.

Технический результат заключается в нахождении положения особенностей в виде «катастрофических переходов» в аэродинамических характеристиках, а также в определении углов атаки и скольжения, при которых начинает появляться «допороговая» аэродинамическая тряска и ее развитие при увеличении этих углов.The technical result consists in finding the position of the features in the form of "catastrophic transitions" in the aerodynamic characteristics, as well as in determining the angles of attack and slip, at which the "subthreshold" aerodynamic jolting begins to appear and its development with increasing these angles.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе экспериментального определения аэродинамических характеристик модели при проведении квазистатических испытаний в аэродинамической трубе, включающем перемещение модели в потоке рабочей части аэродинамической трубы по углу атаки (скольжения), измерение мгновенных аэродинамических нагрузок, сбор экспериментальных данных и их фильтрование, сбор экспериментальных данных осуществляют с частотой опроса не менее 1000 Гц, фильтрование экспериментальных данных осуществляют с частотой среза 2-5 Гц, а также дополнительно на основании собранных экспериментальных данных определяют положение скачкообразных переходов в аэродинамических характеристиках, начало и развитие аэродинамической тряски по углам атаки и скольжения.The task and technical result are achieved by the fact that in the method of experimental determination of the aerodynamic characteristics of the model during quasistatic tests in a wind tunnel, including moving the model in the flow of the working part of the wind tunnel by the angle of attack (slip), measuring instantaneous aerodynamic loads, collecting experimental data and their filtering, collecting experimental data is carried out with a sampling frequency of at least 1000 Hz, filtering of experimental data is carried out tvlyayut with a cutoff frequency of 2-5 Hz, and further based on the collected experimental data determine the position of abrupt transitions in aerodynamic characteristics, and the beginning of the development of the aerodynamic angle of attack by shaking and sliding.

На фиг. 1 показаны статические аэродинамические характеристики cy=cy(α), mz=mz(α) треугольного крыла.In FIG. 1 shows the static aerodynamic characteristics c y = c y (α), m z = m z (α) of a triangular wing.

На фиг. 2 приведены квазистатические зависимости аэродинамических коэффициентов cy, mz треугольного крыла от угла атаки.In FIG. Figure 2 shows the quasistatic dependences of the aerodynamic coefficients c y , m z of the triangular wing on the angle of attack.

На фиг. 3 проиллюстрировано сравнение результатов квазистатических mz=mz(α) и динамических испытаний

Figure 00000001
, полученных для треугольного крыла.In FIG. 3 illustrates a comparison of the results of quasistatic m z = m z (α) and dynamic tests
Figure 00000001
obtained for the delta wing.

На фиг. 4 показано сравнение зависимостей

Figure 00000002
, полученных в летных испытаниях магистрального самолета с результатами трубных квазистатических испытаний его модели mz=mz(α).In FIG. 4 shows a comparison of dependencies
Figure 00000002
obtained in flight tests of a main aircraft with the results of quasistatic tube tests of its model m z = m z (α).

На фиг. 5 приведено сравнение квазистатической зависимости коэффициента момента тангажа mz=mz(α) с полетной характеристикой

Figure 00000003
при больших забросах на углы атаки в режиме «дача» рулей.In FIG. Figure 5 shows a comparison of the quasistatic dependence of the pitch moment coefficient m z = m z (α) with the flight characteristic
Figure 00000003
with large casts on the angles of attack in the “cottage” mode of the rudders.

На фиг. 6 приведены квазистатическая mz=mz(α) и нестационарная

Figure 00000004
характеристики коэффициента момента, полученные при трубных испытаниях модели магистрального самолета.In FIG. Figure 6 shows the quasistatic m z = m z (α) and non-stationary
Figure 00000004
torque coefficient characteristics obtained during pipe tests of a model of a main aircraft.

На фиг. 7 показано сравнение среднеквадратических отклонений коэффициента момента тангажа σMz по результатам испытаний модели в аэродинамической трубе (АДТ) и самолета в летных испытаниях (ЛИ).In FIG. Figure 7 shows a comparison of the standard deviations of the pitch moment coefficient σ Mz from the results of testing a model in a wind tunnel (ADT) and an airplane in flight tests (LI).

Способ осуществляют следующим образом. Исследуемую модель устанавливают в рабочей части аэродинамической трубы на поддерживающем устройстве. Проводят измерения без потока. После выхода трубы на рабочий режим (устанавливают заданную скорость потока), с помощью привода осуществляют перемещение модели в потоке рабочей части аэродинамической трубы по углу атаки (скольжения) с постоянной угловой скоростью 0.5 град/с с начального угла до конечного и обратно. При этом одновременно с началом движения модели и до его окончания производят измерение мгновенных аэродинамических нагрузок, сбор экспериментальных данных с частотой опроса не менее 1000 Гц с показаний аэродинамических весов, датчика угла атаки (скольжения) и датчика давления. Далее собранные данные обрабатывают. Обработка включает получение из «сырых» данных размерных, аэродинамические нагрузки обезразмеривают, а затем фильтруют фильтром нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой среза 2-5 Гц. Дополнительно на основании собранных экспериментальных данных определяют положение скачкообразных переходов в аэродинамических характеристиках, начало и развитие аэродинамической тряски.The method is as follows. The investigated model is installed in the working part of the wind tunnel on a supporting device. Measure without flow. After the pipe enters the operating mode (set the specified flow rate), the model is moved in the flow of the working part of the wind tunnel along the angle of attack (slip) with a constant angular velocity of 0.5 deg / s from the initial angle to the final one and vice versa using the drive. In this case, simultaneously with the beginning of the model’s movement and until its end, instantaneous aerodynamic loads are measured, experimental data is collected with a sampling frequency of at least 1000 Hz from the readings of the aerodynamic balance, the angle of attack (slip) sensor and the pressure sensor. Further, the collected data is processed. Processing involves obtaining dimensional data from the raw data, aerodynamic loads are un-dimensioned, and then filtered by a 4th-order Butterworth low-pass filter with a cutoff frequency of 2-5 Hz. Additionally, based on the collected experimental data, the position of the jump-like transitions in the aerodynamic characteristics, the beginning and development of the aerodynamic jolting are determined.

Нижнюю границу частоты опроса (1000 Гц) выбирают, исходя из длительности скачкообразного перехода (ΔT≤0.1 сек). При длительности скачка ΔT=0.1 сек и частоте опроса 1000 Гц на пороговую нелинейность приходится 100 точек, что достаточно для корректного определения «катастрофы» в аэродинамических характеристиках. При меньших значениях частоты опроса, например, при 100 Гц (как указано в прототипе) количество точек, приходящихся на скачок, уменьшается до 10, что явно недостаточно для построения перехода в аэродинамических характеристиках. При скачкообразных переходах, возникающих в более быстрой временной шкале (за более короткий промежуток времени, чем 0.1 сек), частота опроса должна быть более высокой (≥1000 Гц).The lower limit of the polling frequency (1000 Hz) is selected based on the duration of the hopping transition (ΔT≤0.1 sec). With a jump duration of ΔT = 0.1 sec and a sampling frequency of 1000 Hz, 100 points are generated per threshold nonlinearity, which is sufficient for the correct determination of a “catastrophe” in aerodynamic characteristics. At lower values of the polling frequency, for example, at 100 Hz (as indicated in the prototype), the number of points per jump decreases to 10, which is clearly not enough to build a transition in aerodynamic characteristics. For spasmodic transitions occurring in a faster timeline (in a shorter period of time than 0.1 sec), the polling frequency should be higher (≥1000 Hz).

Выбор указанного в способе диапазона частоты среза фильтра нижних частот (2-5 Гц) определяется из условий:The choice of the low-pass filter cutoff frequency range specified in the method (2-5 Hz) is determined from the conditions:

1. нижний предел диапазона частоты среза должен быть таким, чтобы не «вырезать» скачкообразный переход в аэродинамических характеристиках объекта, в прототипе (фиг. 3 Приложения) выбранная частота среза 0.5 Гц привела к сглаживанию участка в аэродинамических характеристиках, где наблюдается целый ряд «катастрофических» переходов;1. the lower limit of the cutoff frequency range should be such as not to “cut out” the jump-like transition in the aerodynamic characteristics of the object, in the prototype (Fig. 3 of the Appendix) the selected cut-off frequency of 0.5 Hz led to smoothing of the section in the aerodynamic characteristics, where there are a number of “catastrophic” "Transitions;

2. верхний предел диапазона частоты среза выбирают таким образом, чтобы оставить в спектральном составе аэроупругие частоты в квазистатических аэродинамических зависимостях для оценки начала и развития аэродинамической тряски.2. The upper limit of the cutoff frequency range is chosen in such a way as to leave aeroelastic frequencies in the spectral composition in quasistatic aerodynamic dependences to assess the onset and development of aerodynamic jolting.

В качестве примера, на фиг. 1 и 2 представлены, соответственно, продольные статические и квазистатические аэродинамические зависимости от угла атаки, полученные для того же треугольного крыла, что и в прототипе. Конечный шаг изменения угла атаки не дает возможности полного представления о поведении статических зависимостей cy=cy(α), mz=mz(α) (фиг. 1), тогда как в квазистатических зависимостях cy=cy(α), mz=mz(α) (фиг. 2) виден целый ряд «катастрофических» переходов (один скачок в окрестности α=47 град, два скачкообразных перехода в окрестности α=48 град, далее при α=50 и 51 град). Присутствие «катастроф» хорошо видно и в динамических зависимостях, полученных при гармонических колебаниях треугольного крыла в окрестности «катастрофических» углов атаки (фиг. 3). Видно, что на этих углах атаки динамические петли имеют практически вертикальные боковые границы. На фиг. 3 показаны три петли, две из которых вынесены вправо от «квазистатики», чтобы не загромождать график. Также из графиков на фиг. 3 хорошо видно, что на угле атаки α=38 град появляется «допороговая» аэродинамическая тряска, амплитуда которой увеличивается с увеличением углов атаки.As an example, in FIG. 1 and 2 show, respectively, longitudinal static and quasistatic aerodynamic dependences on the angle of attack, obtained for the same triangular wing as in the prototype. The final step of changing the angle of attack does not provide a complete picture of the behavior of the static dependences c y = c y (α), m z = m z (α) (Fig. 1), whereas in the quasistatic dependences c y = c y (α) , m z = m z (α) (Fig. 2) a number of “catastrophic” transitions are visible (one jump in the vicinity of α = 47 degrees, two jump-like transitions in the vicinity of α = 48 degrees, then at α = 50 and 51 degrees) . The presence of "catastrophes" is also clearly visible in the dynamic dependences obtained with harmonic oscillations of the triangular wing in the vicinity of the "catastrophic" angles of attack (Fig. 3). It can be seen that at these angles of attack, the dynamic loops have almost vertical lateral boundaries. In FIG. Figure 3 shows three loops, two of which are placed to the right of the "quasistatic", so as not to clutter the graph. Also from the graphs in FIG. 3 it is clearly seen that at the angle of attack α = 38 degrees there is a “subthreshold” aerodynamic jolting, the amplitude of which increases with increasing angle of attack.

Технический результат подтверждается тем, что пороговые нелинейности, обнаруженные в аэродинамических характеристиках при трубных испытаниях модели, также были обнаружены и в аэродинамических характеристиках реальных самолетов при проведении летных испытаний (В.Г. Марков, С.В. Свергун, Т.И. Трифонова, Ю.Ф. Шелюхин, Д.В. Шуховцов «Математическое моделирование продольных нестационарных аэродинамических характеристик регионального самолета на больших углах атаки». - Материалы XXVI Научно-Технической Конференции по Аэродинамике 26-27 февраля 2015 г. в п. Володарского, С. 162-163). На фиг. 4 показаны графики зависимости коэффициента момента тангажа от угла атаки, полученные в летных испытаниях магистрального самолета при реализации режима «дача» и квазистатическая зависимость коэффициента момента тангажа от угла атаки, полученная в трубных испытаниях его модели. Видно, что на угле атаки α=13 град в обеих зависимостях имеет место «катастрофический» переход из одного стационарного состояния в другое. На фиг. 5 в режиме «дача» осуществлен «заброс» на больший угол атаки 14.5 град. Видно, что при прямом ходе изменения угла атаки реализуется скачкообразный переход на нижнюю ветвь зависимости mz=mz(α), при обратном ходе реализуются два «катастрофических» перехода. На фиг. 6 показаны квазистатическая и динамическая зависимости mz=mz(α), полученные в аэродинамической трубе. Видно, что динамические петли, полученные в трубных испытаниях, повторяют динамические петли, полученные в летных испытаниях.The technical result is confirmed by the fact that the threshold non-linearities found in the aerodynamic characteristics during tube tests of the model were also found in the aerodynamic characteristics of real aircraft during flight tests (V.G. Markov, S.V. Svergun, T.I. Trifonova, Yu.F. Shelyukhin, DV Shukhovtsov “Mathematical modeling of longitudinal non-stationary aerodynamic characteristics of a regional aircraft at large angles of attack.” - Materials of the XXVI Scientific and Technical Conference on Aerodynamics February 26-27 2 015 in the village of Volodarsky, S. 162-163). In FIG. Figure 4 shows graphs of the dependence of the pitch moment coefficient on the angle of attack obtained in flight tests of a long-range airplane during the "summer cottage" mode and the quasistatic dependence of the pitch moment coefficient on the angle of attack obtained in tube tests of its model. It can be seen that at the angle of attack α = 13 deg in both dependences there is a “catastrophic" transition from one stationary state to another. In FIG. 5 in the “cottage” mode, “casting” was carried out at a larger angle of attack of 14.5 degrees. It can be seen that in the direct course of the change in the angle of attack, a jump-like transition to the lower branch of the dependence m z = m z (α) is realized, with the reverse course, two “catastrophic” transitions are realized. In FIG. Figure 6 shows the quasistatic and dynamic dependences m z = m z (α) obtained in a wind tunnel. It can be seen that the dynamic loops obtained in the tube tests repeat the dynamic loops obtained in the flight tests.

Технический результат также подтверждается тем, что начало и развитие аэродинамической тряски по углам атаки, полученной в трубных испытаниях модели, согласуются с данными, полученными в полете реального самолета.The technical result is also confirmed by the fact that the beginning and development of aerodynamic jolting along the angles of attack obtained in the tube tests of the model are consistent with the data obtained in flight of a real aircraft.

На фиг. 7 приведено сравнение результатов исследований аэродинамической тряски модели в аэродинамической трубе, проведенных по оценке интенсивности колебаний коэффициента аэродинамического момента тангажа mz относительно среднего значения (среднеквадратического отклонения σMz), с результатами испытаний самолета в полете, полученных на основании обработки результатов летных записей (А.З. Тарасов, Т.И. Трифонова, Д.В. Шуховцов «Исследование временных зависимостей аэродинамических сил и моментов на больших углах атаки». - Журнал «Техника Воздушного Флота». Москва, 2000 г., том LXXIV, №1-2, С. 64-65). Из фиг. 7 видно, что имеет место совпадение по углу атаки начала и развития аэродинамической тряски до угла атаки α=15 град.In FIG. 7 compares the results of studies of the aerodynamic jolting of the model in a wind tunnel, carried out by assessing the intensity of fluctuation of the coefficient of the aerodynamic moment of pitch m z relative to the average value (standard deviation σ Mz ), with the results of airplane flight tests obtained based on the processing of flight records (A. Z. Tarasov, TI Trifonova, DV Shukhovtsov “Investigation of the temporal dependencies of aerodynamic forces and moments at large angles of attack.” - Journal “Technique Air Fleet. ”Moscow, 2000, volume LXXIV, No. 1-2, S. 64-65). From FIG. 7 it is seen that there is a coincidence in the angle of attack of the beginning and development of aerodynamic shaking to the angle of attack α = 15 deg.

Способ экспериментального определения аэродинамических характеристик при проведении квазистатических испытаний будет широко применяться в аэродинамических трубах для экспериментального исследования нелинейной аэродинамики объектов.The method of experimental determination of aerodynamic characteristics during quasistatic tests will be widely used in wind tunnels for experimental research of nonlinear aerodynamics of objects.

Claims (1)

Способ экспериментального определения аэродинамических характеристик модели при проведении квазистатических испытаний в аэродинамической трубе, включающий перемещение модели в потоке рабочей части аэродинамической трубы по углу атаки (скольжения), измерение мгновенных аэродинамических нагрузок, сбор экспериментальных данных и их фильтрование, отличающийся тем, что сбор экспериментальных данных осуществляют с частотой опроса не менее 1000 Гц, фильтрование экспериментальных данных осуществляют с частотой среза 2-5 Гц, а также дополнительно на основании собранных экспериментальных данных определяют положение скачкообразных переходов в аэродинамических характеристиках, начало и развитие аэродинамической тряски по углам атаки и скольжения.A method for experimentally determining the aerodynamic characteristics of a model during quasistatic tests in a wind tunnel, including moving the model in the flow of the working part of the wind tunnel by the angle of attack (slip), measuring instant aerodynamic loads, collecting experimental data and filtering them, characterized in that the experimental data are collected with a sampling frequency of at least 1000 Hz, filtering of experimental data is carried out with a cutoff frequency of 2-5 Hz, and will also complement flax based on the collected experimental data determine the position of abrupt transitions in aerodynamic characteristics, and the beginning of the development of the aerodynamic angle of attack by shaking and sliding.
RU2018141285A 2018-11-23 2018-11-23 Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel RU2696942C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018141285A RU2696942C1 (en) 2018-11-23 2018-11-23 Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018141285A RU2696942C1 (en) 2018-11-23 2018-11-23 Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696942C1 true RU2696942C1 (en) 2019-08-07

Family

ID=67586712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018141285A RU2696942C1 (en) 2018-11-23 2018-11-23 Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696942C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383801A (en) * 2021-12-20 2022-04-22 中国航天空气动力技术研究院 Wind tunnel virtual flight test system and method for morphing aircraft

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1799462A3 (en) * 1991-03-07 1993-02-28 Гocудapctbehhый Coюзhый Cибиpckий Haучho-Иccлeдobateльckий Иhctиtуt Abиaции Иm.C.A.Чaплыгиha (Cибhиa) Method of prediction of buffeting of airplane
RU84554U1 (en) * 2009-03-12 2009-07-10 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" MEASURING AND CONTROL COMPUTER COMPLEX OF AERODYNAMIC PIPE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1799462A3 (en) * 1991-03-07 1993-02-28 Гocудapctbehhый Coюзhый Cибиpckий Haучho-Иccлeдobateльckий Иhctиtуt Abиaции Иm.C.A.Чaплыгиha (Cибhиa) Method of prediction of buffeting of airplane
RU84554U1 (en) * 2009-03-12 2009-07-10 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" MEASURING AND CONTROL COMPUTER COMPLEX OF AERODYNAMIC PIPE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Н. Жук, К.А. Колинько, О.Л. Миатов, А.Н. Храбров "Исследование нелинейных аэродинамических характеристик при непрерывном движении треугольного крыла". - М.: Журнал "Ученые Записки ЦАГИ". 1-2, том XXXV, 2004. стр.32-39. *
Д.В. Шуховцов "Бифуркации и катастрофы в аэродинамических характеристиках". - Журнал "Известия РАН. Механика жидкости и газа". М., 2013 г., 3, с.70-76. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383801A (en) * 2021-12-20 2022-04-22 中国航天空气动力技术研究院 Wind tunnel virtual flight test system and method for morphing aircraft
CN114383801B (en) * 2021-12-20 2024-03-19 中国航天空气动力技术研究院 Wind tunnel virtual flight test system and method for variant aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Muller et al. Experimental studies of the onset of oscillatory instability in viscoelastic Taylor-Couette flow
CN112629647B (en) Real-time identification, monitoring and early warning method for vortex vibration event of large-span suspension bridge
Lawson et al. Characterisation of buffet on a civil aircraft wing
Alonso et al. Galloping stability of triangular cross-sectional bodies: a systematic approach
Alonso et al. Hysteresis phenomena in transverse galloping of triangular cross-section bodies
KR20180125285A (en) Method for measuring the axial force of bolts
RU2696942C1 (en) Method for experimental determination of aerodynamic characteristics of a model during quasi-static tests in a wind tunnel
CN110619106A (en) Bridge damage positioning method and quantitative method thereof
CN108955983A (en) Cable tension test method based on the drag-line vibration shape and photogrammetric technology
Poels et al. Localization of flow separation and transition over a pitching NACA0012 airfoil at transitional Reynolds numbers using hot-films
CN111521257A (en) Early warning method for rock block collapse
CN108549847A (en) A kind of girder structure crack damage recognition methods under the conditions of no reference data
He et al. Probabilistic and testing analysis for the variability of load spectrum damage in a fleet
CN114485788A (en) Slope dangerous rock body collapse early warning method and device based on inclination and strong vibration characteristics
Chong et al. On the three-dimensional structure of turbulent spots
CN117387884A (en) Bridge deflection measurement method based on multi-sensor data fusion
CN110657882B (en) Bridge real-time safety state monitoring method utilizing single-measuring-point response
CN105181239A (en) Test platform dynamic performance evaluation method with input and output signal waveform comparison
CN110163134B (en) Structural damage region identification method based on sub-band weighted least square
RU2503940C1 (en) Method of determination of gas turbine intake area stability margin
Masdari et al. Experimental study of wake steadiness of an airfoil in pitch–hold–return motion
CN206885071U (en) A kind of gauge Monitoring on Dynamic Change device based on strain measurement inverting deformation acceleration responsive
Commerford et al. An exploratory investigation of the unsteady aerodynamic response ofa two-dimensional airfoil at high reduced frequency
RU2710519C1 (en) Control method of thin-wall fiberglass shells
Hawboldt et al. Experimental study of shock wave and hypersonic boundary layer interactions near a convex corner