RU2708680C1

RU2708680C1 - Device for changing position of model in working part of aerodynamic pipe

Info

Publication number: RU2708680C1
Application number: RU2019112199A
Authority: RU
Inventors: Александр Константинович Алёшин; Виктор Николаевич Андреев; Виктор Аркадьевич Глазунов; Виктор Андреевич Козловский; Игорь Михайлович Кондратьев; Вячеслав Иванович Лагутин; Александр Васильевич Макушин; Алексей Евгеньевич Надеждин; Гагик Володяевич Рашоян; Сергей Александрович Скворцов
Original assignee: Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (АО "ЦНИИмаш")
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-12-11

Abstract

FIELD: experimental aerodynamics.

SUBSTANCE: invention relates to experimental aerodynamics, particularly to devices for changing position of tested model in working part of aerodynamic pipe. Device comprises a holder assembly for mounting a model and three pairs of posts articulated with vertices with a holder attachment assembly at two points spaced along its length, and bases by means of three pairs of hinges – with carriages interacting with autonomous drives, arranged with possibility of longitudinal movement on two guides installed in working part symmetrically relative to its vertical longitudinal plane, note here that said hinge arranged in holder attachment assembly is displaced in vertical relative to its axis at distance corresponding to its maximum turn in vertical plane. Device is also provided with a replaceable flat element oriented along the axis of the holder attachment assembly and connected to it at the location of the tail hinge, wherein connection of the said element to the holder attachment assembly is performed with the possibility of changing their mutual angular orientation.

EFFECT: technical result consists in reduction of power consumption of drives and provision of stable operation of device at limitation of cross-section dimensions and reduction of aerodynamic resistance of its elements.

1 cl, 3 dwg

Description

Предложение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы.The proposal relates to experimental aerodynamics, in particular to devices for changing the position of the tested model in the working part of the wind tunnel.

Известно устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы (авт. свид. №636952, 1977 г., МПК G01M 9/00), содержащее узел крепления державки для установки модели и три стойки, соединенные с одной стороны с шарнирами, установленными в двух точках, разнесенных по длине узла крепления державки, а с другой стороны - с тремя шарнирами, установленными на ползунах, размещенных на закрепленной в рабочей части продольной направляющей и взаимодействующих с автономными приводами.A device is known for changing the position of the model in the working part of the wind tunnel (author certificate. No. 636952, 1977, IPC G01M 9/00), comprising a holder for attaching a holder for installing the model and three racks connected on one side with hinges installed in two points spaced along the length of the holder mount, and on the other hand, with three hinges mounted on sliders placed on a longitudinal guide fixed to the working part and interacting with autonomous drives.

Устройство обеспечивает изменение положений модели по осям - продольной х и вертикальной у и углу атаки α.The device provides a change in the position of the model along the axes - longitudinal x and vertical y and angle of attack α.

Его недостатком является малая жесткость в боковом (нормальном к плоскости углов атаки модели) и вертикальном направлениях при больших углах атаки модели, когда точка крайнего шарнира на узле крепления державки значительно отклоняется от среднего положения и требуется значительное удлинение или укорочение связанных с этой точкой стоек (в зависимости от направления угла атаки α), приводящее к снижению жесткости.Its disadvantage is low rigidity in the lateral (normal to the plane of the model’s angles of attack) and vertical directions at large angles of attack of the model, when the point of the extreme hinge on the holder attachment site deviates significantly from the middle position and significant elongation or shortening of the racks associated with this point is required (in depending on the direction of the angle of attack α), leading to a decrease in stiffness.

Повышенная жесткость обеспечена в известном устройстве для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы (патент РФ на изобретение №2629696, 2016 г., МПК G01M 9/04), выбранном в качестве прототипа и содержащем узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных вершинами с узлом крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, а основаниями посредством трех пар шарниров - с взаимодействующими с автономными приводами каретками, размещенными с возможностью продольного перемещения на двух направляющих, установленных в рабочей части симметрично относительно ее вертикальной продольной плоскости, причем шарнир, расположенный в хвостовой части узла крепления державки смещен по вертикали относительно ее оси на расстояние, соответствующее ее максимальному повороту в вертикальной плоскости.Increased rigidity is provided in the known device for changing the position of the model in the working part of the wind tunnel (RF patent for the invention No. 2629696, 2016, IPC G01M 9/04), selected as a prototype and containing a holder mount for mounting the model and three pairs of racks pivotally connected by vertices to the holder attachment point at two points spaced along its length, and the bases by means of three pairs of hinges - with carriages interacting with autonomous drives placed with the possibility of longitudinal movement by two x rails installed in the working section is symmetric with respect to its vertical longitudinal plane, with a hinge located in the rear part of the attachment holder is offset vertically relative to the axis by a distance corresponding to its maximum rotation in a vertical plane.

Недостатком этого устройства является значительная неравномерность распределения по стойкам эксплуатационных нагрузок, возникающих при аэродинамическом нагружении испытываемой модели и элементов самого устройства. При этом часть нагрузок (на хвостовые стойки) оказывается сжимающими и значительной величины, что приводит к необходимости увеличения мощности приводов и к проблемам, связанным с обеспечением устойчивости работающих на сжатие стоек при ограничении размеров поперечного сечения для снижения их аэродинамического сопротивления.The disadvantage of this device is the significant non-uniformity of distribution among the racks of operational loads arising from aerodynamic loading of the tested model and elements of the device itself. At the same time, some of the loads (on the tail racks) are compressive and significant, which leads to the need to increase the power of the drives and to problems associated with ensuring the stability of the racks working on compression while limiting the size of the cross section to reduce their aerodynamic drag.

Задачами, на решение которых направлено данное предложение, являются снижение потребной мощности приводов и обеспечение устойчивой работы устройства при ограничении размеров поперечного сечения и снижения аэродинамического сопротивления его элементов.The tasks to which this proposal is directed are to reduce the required drive power and ensure stable operation of the device while limiting the size of the cross section and reducing the aerodynamic drag of its elements.

Технический результат, который достигается данным предложением, заключается в снижении нагрузок на стойки и приводы устройства за счет организации аэродинамической разгрузки его элементов.The technical result achieved by this proposal is to reduce the loads on the racks and drives of the device by organizing the aerodynamic unloading of its elements.

Этот результат достигается тем, что устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы, содержащее узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных вершинами с узлом крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, а основаниями посредством трех пар шарниров - с взаимодействующими с автономными приводами каретками, размещенными с возможностью продольного перемещения на двух направляющих, установленных в рабочей части симметрично относительно ее вертикальной продольной плоскости, причем шарнир, расположенный в хвостовой части узла крепления державки смещен по вертикали относительно ее оси на расстояние, соответствующее ее максимальному повороту в вертикальной плоскости, снабжено сменным плоским элементом, ориентированным по оси узла крепления державки и соединенным с ним в месте расположения хвостового шарнира, при этом соединение указанного элемента с узлом крепления державки осуществлено с возможностью изменения их взаимной угловой ориентации.This result is achieved by the fact that the device for changing the position of the model in the working part of the wind tunnel, containing the holder holder for mounting the model and three pairs of racks pivotally connected by vertices with the holder holder in two points spaced along its length, and the bases through three pairs hinges - with carriages interacting with autonomous drives, placed with the possibility of longitudinal movement on two guides installed in the working part symmetrically relative to its vertical the native plane, and the hinge located in the rear of the holder attachment point is offset vertically relative to its axis by a distance corresponding to its maximum rotation in the vertical plane, equipped with a removable flat element oriented along the axis of the holder attachment unit and connected to it at the location of the tail joint , while the connection of the specified element with the mount holder holder is made with the possibility of changing their relative angular orientation.

Техническая сущность предложения заключается в создании дополнительной аэродинамической нагрузки, способствующей более равномерному распределению по стойкам устройства эксплуатационных нагрузок, возникающих при аэродинамическом нагружении испытываемой модели и элементов самого устройства, и обеспечивающей снижение потребной мощности приводов и устойчивость стоек при ограничении размеров их поперечного сечения.The technical essence of the proposal is to create an additional aerodynamic load, which contributes to a more uniform distribution of the operational loads that arise during aerodynamic loading of the tested model and elements of the device itself among the racks of the device, and which reduces the required power of the drives and the stability of the racks while limiting the size of their cross section.

Существо предложения поясняется фигурами 1-3, на которых показаны общий вид устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы в различных конфигурациях и элементы устройства: фиг. 1- положение а) - модель вне потока аэродинамической трубы при угле атаки α=0, положение б) - модель в потоке аэродинамической трубы при угле атаки α=0, положение в) - модель в потоке аэродинамической трубы при максимальном угле атаки α=max; фиг. 2 - вид устройства сзади; фиг. 3-продольный разрез узла крепления модели.The essence of the proposal is illustrated by figures 1-3, which shows a General view of the device for changing the position of the model in the working part of the wind tunnel in various configurations and device elements: FIG. 1- position a) —a model outside the wind tunnel at an angle of attack α = 0, position b) —a model in the wind tunnel at an angle of attack α = 0, position c) —a model in the wind tunnel at a maximum angle of attack α = max ; FIG. 2 is a rear view of the device; FIG. 3-longitudinal section of the model mount.

Устройство для изменения положения модели размещено в рабочей части 1 аэродинамической трубы между соплом 2 и диффузором 3 и содержит узел крепления 4 державки 5, на которой установлена испытываемая модель 6. Узел крепления 4 с помощью трех пар стоек 7, 8, 9 (элементы, указанные на фиг. 1 цифрами в скобках, находятся за видимыми на схемах) и двух пар шарниров 10 и 11, установленных симметрично относительно вертикальной плоскости на узле крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, соединен с тремя парами шарниров 12, 13, 14, установленных на каретках 15, 16, 17. Указанные каретки размещены на направляющих 18 и 19, закрепленных в рабочей части 1 аэродинамической трубы параллельно оси сопла 2 вне границ рабочего потока симметрично относительно вертикальной плоскости уОх рабочей части. Каждая из кареток 15, 16, 17, взаимодействует с автономным приводом 20 ее продольного перемещения по направляющим 18 и 19. Шарниры 11 и (11), размещенные на хвостовой части узла крепления 4 державки, смещены по вертикали относительно продольной оси узла крепления и державки на расстояние, соответствующее максимальному повороту модели 6 в вертикальной плоскости. Части стоек 7, 8, 9, размещаемые в потоке аэродинамической трубы, выполнены обтекаемой формы.A device for changing the position of the model is placed in the working part 1 of the wind tunnel between the nozzle 2 and the diffuser 3 and contains a mount 4 of the holder 5, on which the tested model 6 is mounted. Mount 4 with three pairs of struts 7, 8, 9 (elements indicated in Fig. 1, the numbers in brackets are behind the visible on the diagrams) and two pairs of hinges 10 and 11 mounted symmetrically with respect to the vertical plane on the holder attachment point at two points spaced along its length, connected to three pairs of hinges 12, 13, 14 established by the carriages 15, 16, 17. Said carriage placed on rails 18 and 19 fixed in the working part 1 of the wind tunnel parallel to the axis of nozzle 2 is boundaries workflow symmetrically relative to the vertical plane Vox working part. Each of the carriages 15, 16, 17 interacts with an autonomous drive 20 of its longitudinal movement along the guides 18 and 19. The hinges 11 and (11), located on the rear of the holder mount 4 of the holder, are displaced vertically relative to the longitudinal axis of the mount and holder on the distance corresponding to the maximum rotation of the model 6 in a vertical plane. Parts of the struts 7, 8, 9, placed in the flow of the wind tunnel, are streamlined.

В месте расположения шарнира 11(11) к хвостовой части узла крепления 4 державки прикреплен плоский элемент 21, выполненный в виде плоской прямоугольной или треугольной пластины с заостренными передними кромками, ориентированный по оси узла крепления державки с возможностью фиксации с помощью элемента 22 под требуемым углом к продольной оси узла крепления 4.At the location of the hinge 11 (11), a flat element 21 is made to the rear of the holder attachment 4, made in the form of a flat rectangular or triangular plate with pointed front edges, oriented along the axis of the holder attachment with the possibility of fixing with the element 22 at the required angle to the longitudinal axis of the mount 4.

Державка 5 для установки испытываемой модели размещена в узле крепления 4 с помощью подшипников 23 (фиг. 3), обеспечивающих возможность ее поворота вокруг продольной оси и снабжена управляемым приводом 24 осевого поворота державки для задания требуемого угла крена ср испытываемой модели 6.The holder 5 for installing the test model is placed in the mount 4 using bearings 23 (Fig. 3), which make it possible to rotate around the longitudinal axis and is equipped with a controllable drive 24 for axial rotation of the holder to set the desired roll angle cp of the tested model 6.

Работа устройства осуществляется с помощью программно-управляемых приводов 20 и 24 следующим образом.The operation of the device is carried out using software-controlled drives 20 and 24 as follows.

Перед началом испытаний в аэродинамической трубе испытываемая модель 6 находится вне потока в рабочей части 1 в положении α=0, фиг. 1 - а), обеспечиваемом соответствующим положением кареток 15, 16, 17 на направляющих 18 и 19. При этом во время запуска и выхода аэродинамической трубы на расчетный режим модель изолирована от воздействия рабочего потока из сопла 2 и соответствующих пусковых перегрузок.Before starting the tests in the wind tunnel, the tested model 6 is located outside the flow in the working part 1 in the position α = 0, FIG. 1 - a), provided by the corresponding position of the carriages 15, 16, 17 on the guides 18 and 19. At the same time, during the start-up and exit of the wind tunnel to the design mode, the model is isolated from the influence of the working flow from nozzle 2 and the corresponding starting overloads.

Далее производят перемещение модели в поток. Для этого с помощью приводов 20 осуществляют программно-управляемое перемещение кареток 15, 16, 17 на направляющих 18 и 19 в положение фиг. 1 - б). При этом устройство переходит в рабочее положение, а модель 6 находится по оси сопла 2 при α=0.Next, the model is moved to the stream. For this, with the help of the drives 20, program-controlled movement of the carriages 15, 16, 17 on the guides 18 and 19 to the position of FIG. 1 - b). In this case, the device goes into working position, and model 6 is located on the axis of the nozzle 2 at α = 0.

Задание державке 5 и модели 6 требуемых положений вдоль осей х и у и углов атаки α (при положении оси вращения модели, обусловленном местом расположения оптических окон в стенках рабочей части для регистрации картин обтекания модели) осуществляют соответствующим программно-управляемым смещением кареток 15, 16, 17 по направляющим 18, 19 с помощью автономных приводов 20.The holder 5 and model 6 are set with the required positions along the x and y axes and the angles of attack α (when the model axis of rotation is determined by the location of the optical windows in the walls of the working part for registering patterns around the model) by the corresponding program-controlled offset of the carriages 15, 16, 17 along the guides 18, 19 using self-contained drives 20.

Показанное на фиг. 1 положение в) соответствует максимальному значению угла атаки α=max. В рассматриваемой конструкции предусмотрена возможность задания значения минимального угла атаки α, немного отличающегося от нулевого (~ - 5°); при необходимости полный диапазон отрицательных углов атаки α=min модели 6 может быть обеспечен поворотом ее державки 5 (с помощью привода 24) на угол ϕ=180° в положении α=max.Shown in FIG. 1 position c) corresponds to the maximum value of the angle of attack α = max. In this design, it is possible to set the minimum angle of attack α, slightly different from zero (~ - 5 °); if necessary, the full range of negative angles of attack α = min of model 6 can be achieved by turning its holder 5 (using drive 24) by an angle ϕ = 180 ° in the position α = max.

Задание державке 5 и модели 6 требуемых углов крена ϕ осуществляют с помощью привода 24 в любом из положений модели по х, у и углу атаки α.The task of the holder 5 and model 6 of the required roll angles ϕ is carried out using the actuator 24 in any of the model positions in x, y and angle of attack α.

Перед сходом с режима аэродинамической трубы устройство программно-управляемым смещением кареток 15, 16, 17 с помощью приводов 20 возвращают в положение модели при α=0 (фиг. 1 - б), а затем переводят в исходное положение - фиг. 1- а) вне потока аэродинамической трубы.Before leaving the wind tunnel mode, the device with program-controlled displacement of the carriages 15, 16, 17 using the drives 20 is returned to the model position at α = 0 (Fig. 1 - b), and then transferred to its original position - Fig. 1- a) outside the flow of the wind tunnel.

При функционировании устройства испытываемая модель 6 и элементы устройства - державка 5, узел ее крепления 4, и три пары стоек 7(7), 8(8), 9(9), - подвергаются силовому воздействию потока из сопла аэродинамической трубы, причем основную часть силового нагружения составляет аэродинамическая нагрузка на испытываемую модель 6.During the operation of the device, the tested model 6 and the elements of the device — a holder 5, its mount 4, and three pairs of struts 7 (7), 8 (8), 9 (9) —are subjected to the force of the flow from the nozzle of the wind tunnel, and the main part force loading is the aerodynamic load on the tested model 6.

Проведенные расчеты показали, что при этом стойки 7(7) и 8(8), связанные с передним шарниром 10(10), преимущественно подвергаются растягивающим нагрузкам, а стойки 9(9), связанные с задним шарниром 11(11), подвергаются сжимающим нагрузкам, по величине превосходящим нагрузки на стойки переднего шарнира. Такие сжимающие нагрузки могут явиться причиной потери устойчивости стоек 9(9) при ограниченном размере их поперечного сечения. Кроме того повышенный уровень нагрузок на стойки требует увеличения мощности привода каретки, связанной с этими стойками.The calculations showed that in this case, the uprights 7 (7) and 8 (8) associated with the front hinge 10 (10) are predominantly subjected to tensile loads, and the uprights 9 (9) associated with the rear hinge 11 (11) are subjected to compressive loads exceeding the loads on the front hinge pillars. Such compressive loads can cause stability loss of the uprights 9 (9) with a limited size of their cross section. In addition, the increased level of load on the racks requires an increase in the power of the carriage drive associated with these racks.

Введение элемента 21 в виде плоской прямоугольной или треугольной пластины с заостренными передними кромками, прикрепленной в районе заднего шарнира 11(11) и соответственно установленной по отношению к направлению потока, обеспечивает создание аэродинамической силы, разгружающей стойки, связанные с этим шарниром, причем при изменении угла атаки модели соответственно изменяется угловое положение державки, узла ее крепления и угла атаки пластины, т.е. изменение величины разгружающей аэродинамической силы следует за изменением нагружающей силы, приложенной к модели (в том числе, и при изменении ее направления). Возможность регулирования углового положения элемента 21 с помощью фиксирующего элемента 22 обеспечивает дополнительную возможность регулирования величины разгружающей аэродинамической силы.The introduction of the element 21 in the form of a flat rectangular or triangular plate with pointed front edges attached in the region of the rear hinge 11 (11) and correspondingly installed with respect to the direction of flow, creates an aerodynamic force unloading the struts associated with this hinge, and when changing the angle the model’s attack, respectively, changes the angular position of the holder, its attachment site and the angle of attack of the plate, i.e. a change in the magnitude of the unloading aerodynamic force follows a change in the loading force applied to the model (including when its direction changes). The ability to adjust the angular position of the element 21 using the locking element 22 provides an additional opportunity to control the magnitude of the unloading aerodynamic force.

Таким образом, разработанное устройство обеспечивает повышение устойчивости работы стоек при ограниченном размере их поперечного сечения и позволяет снизить потребную мощность привода.Thus, the developed device provides increased stability of the racks with a limited size of their cross-section and reduces the required drive power.

Claims

A device for changing the position of the model in the working part of the wind tunnel, containing a holder mount for mounting the model and three pairs of racks pivotally connected by vertices to the holder mounts of the holder at two points spaced along its length, and the bases through three pairs of hinges - with interacting with autonomous drives of carriages placed with the possibility of longitudinal movement on two guides installed in the working part symmetrically with respect to its vertical longitudinal plane, and the hinge, located in the rear of the holder attachment point, is offset vertically relative to its axis by a distance corresponding to its maximum rotation in the vertical plane, characterized in that it is provided with a removable flat element oriented along the axis of the holder attachment point and connected to it at the location of the tail joint , while the connection of the specified element with the mount holder holder is made with the possibility of changing their relative angular orientation.