RU692347C

RU692347C - Device for suspension of aircraft models in wind tunnel

Info

Publication number: RU692347C
Authority: RU
Inventors: К.И. Васильев; В.И. Смыслов; В.И. Довбищук
Original assignee: Васильев Камиль Исхакович
Priority date: 1978-01-06
Filing date: 1978-01-06
Publication date: 1994-07-30

Description

Изобретение относится к разделу технической физики, а именно к экспериментальным устройствам, предназначенным для динамических испытаний моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе при исследованиях их частотных характеристик и демпфирования колебаний. The invention relates to the field of technical physics, namely to experimental devices designed for dynamic testing of aircraft models in a wind tunnel while studying their frequency characteristics and vibration damping.

К устройствам указанного назначения предъявляются требования достаточного точного воспроизведения условий натурного полета летательного аппарата, обеспечения при этом возможности для свободных вертикальных и угловых колебаний испытываемой модели и заданного положения ее относительно рабочей части трубы независимо от изменения подъемной силы. От точности воспроизведения условий полета при непрерывном или дискретном изменении скоростного напора потока воздуха зависит точность определения амплитудно-фазовых частотных характеристик и аэроупругой устойчивости исследуемой модели. The devices of the indicated purpose are required to accurately reproduce the full-scale flight conditions of the aircraft, while ensuring the possibility for free vertical and angular vibrations of the tested model and its predetermined position relative to the working part of the pipe, regardless of the change in lift. The accuracy of determining the amplitude-phase frequency characteristics and aeroelastic stability of the model under study depends on the accuracy of reproducing flight conditions during continuous or discrete changes in the velocity head of the air flow.

Известно устройство указанного назначения, содержащее державку, несущую модель, выполненную в виде маятника, опора которого вынесена за пределы аэродинамической трубы, фотоэлектpический датчик смещения и электромагнитную катушку с постоянным магнитом. A device of the indicated purpose is known, comprising a holder bearing a model made in the form of a pendulum, the support of which is extended outside the wind tunnel, a photoelectric displacement sensor and a permanent magnet electromagnetic coil.

Однако это устройство не обеспечивает условий для свободных вертикальных и угловых колебаний модели и не позволяет с требуемой точностью определять ее частотные характеристики в потоке газа. However, this device does not provide conditions for free vertical and angular oscillations of the model and does not allow to determine its frequency characteristics in the gas flow with the required accuracy.

Известно устройство для подвешивания моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе, содержащее штангу, установленную в направляющих и снабженную шарнирным элементом для установки модели, систему тросов, силовозбудитель, закрепленный на подвижной опоре, и преобразователь силы. A device for suspending aircraft models in a wind tunnel is known, comprising a rod installed in guides and provided with a hinge element for installing the model, a cable system, a power exciter mounted on a movable support, and a force transducer.

Однако это устройство из-за сравнительно большого собственного демпфирования и наличия присоединенной подвижной массы искажает собственные колебательные характеристики модели, не позволяет регулировать ее низшую частоту колебаний и не обеспечивает необходимой точности воспроизведения условий натурного полета летательных аппаратов. Вследствие этого снижается точность определения собственных частот, форм и колебаний и демпфирования модели в потоке аэродинамической трубы. However, this device, due to the relatively large intrinsic damping and the presence of attached moving mass, distorts the natural vibrational characteristics of the model, does not allow adjusting its lower frequency of oscillations, and does not provide the necessary accuracy for reproducing the conditions of full-scale flight of aircraft. As a result, the accuracy of determining the natural frequencies, shapes and vibrations, and damping of the model in the wind tunnel flow is reduced.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения условий натурного полета летательного аппарата при испытаниях его модели в аэродинамической трубе. The aim of the invention is to improve the accuracy of reproducing the conditions of full-scale flight of the aircraft when testing its model in a wind tunnel.

Для этого в предложенном устройстве силовозбудитель выполнен в виде катушки электродинамического типа, сердечник которой через преобразователь силы соединен со штангой, а цепь ее питания снабжена двумя линиями обратной связи - по силе и смещению, причем линии обратной связи содержат регуляторы амплитуды и фазы электрических сигналов. To do this, in the proposed device, the power exciter is made in the form of an electrodynamic type coil, the core of which is connected to a bar through a force transducer, and its power supply circuit is provided with two feedback lines - by force and bias, and the feedback lines contain amplitude and phase regulators of electrical signals.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. The drawing shows a block diagram of the proposed device.

Устройство содержит силовозбудитель 1 с катушкой 2 электродинамического типа, сердечник 3 которой через преобразователь 4 силы соединен со штангой 5, установленной в направляющих 6. На свободном конце штанги 5 через шарнирный элемент 7 установлена испытываемая модель 8, поддерживаемая гибкими тросами 9. Цепь питания катушки 2 снабжена двумя линиями обратной связи - по силе и смещению. Линия обратной связи по силе содержит преобразователь 4 силы, усилитель 10, ограничитель 11, регулятор 12 амплитуды и фазовращатель 13, выход которого соединен с сумматором 14. Линия обратной связи по смещению содержит преобразователь 15 смещения, усилитель 16, интегратор 17, регулятор 18 амплитуды и фазовращатель 19, соединенный с сумматором 14, выход которого соединен с усилителем 20 мощности, соединенным с катушкой 2. Силовозбудитель 1 вынесен за пределы рабочей части аэродинамической трубы 21 и закреплен на подвижной опоре 22. The device contains a power exciter 1 with a coil 2 of electrodynamic type, the core 3 of which is connected through a force transducer 4 to a rod 5 installed in the guides 6. At the free end of the rod 5, a test model 8 is installed through the hinge element 7, supported by flexible cables 9. The power supply circuit of the coil 2 equipped with two feedback lines - by force and bias. The force feedback line contains a force transducer 4, an amplifier 10, a limiter 11, an amplitude controller 12 and a phase shifter 13, the output of which is connected to an adder 14. The bias feedback line contains a bias converter 15, an amplifier 16, an integrator 17, an amplitude controller 18 and a phase shifter 19 connected to an adder 14, the output of which is connected to a power amplifier 20 connected to a coil 2. The exciter 1 is moved outside the working part of the wind tunnel 21 and is mounted on a movable support 22.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Управляющее напряжение U_о через сумматор 14 подается на усилитель 20 мощности и преобразуется в ток, протекающий через катушку 2. При взаимодействии тока катушки с магнитным полем силовозбудителя 1 возникает механическая сила, компенсирующая силу тяжести модели 8. В состоянии равновесия катушка 2 устанавливается в среднем положении относительно высоты воздушного зазора. В потоке воздуха при действии подъемной силы первоначальное положение модели 8 в вертикальной плоскости поддерживается автоматически с помощью отрицательной обратной связи по смещению. При этом сигнал преобразователя 15 смещения, пропорциональный отклонению модели 8 от заданного положения, усиливается усилителем 16 и через интегратор 17, регулятор 18 амплитуды и фазовращатель 19 подается на сумматор 14. Приращение выходного сигнала последнего с помощью силовозбудителя 1 преобразуется в силу, действующую в сторону уменьшения этого отклонения.The control voltage U _about through the adder 14 is supplied to the power amplifier 20 and is converted into a current flowing through the coil 2. When the coil current interacts with the magnetic field of the exciter 1, a mechanical force arises to compensate for the gravity of model 8. In equilibrium, coil 2 is installed in the middle position relative to the height of the air gap. In the air flow under the action of the lifting force, the initial position of the Model 8 in the vertical plane is maintained automatically by negative feedback on the offset. In this case, the signal of the displacement transducer 15, proportional to the deviation of the model 8 from the given position, is amplified by the amplifier 16 and through the integrator 17, the amplitude controller 18 and the phase shifter 19 are supplied to the adder 14. The increment of the output signal of the latter with the help of the exciter 1 is converted into a downward force this deviation.

Интегратор 17 служит для фильтрации сигнала от высокочастотных составляющих, исключая влияние обратной связи на характеристики собственных колебаний модели 8. The integrator 17 serves to filter the signal from high-frequency components, eliminating the influence of feedback on the characteristics of the natural oscillations of model 8.

Требуемые амплитуда и фаза сигнала U(Z_о) выбираются с помощью регулятора 18 амплитуды и фазовращателя 19.The required amplitude and phase of the signal U (Z _o ) are selected using the amplitude controller 18 and the phase shifter 19.

Требуемое значение низшей частоты собственных вертикальных колебаний модели 8 обеспечивается с помощью обратной связи по силе. При этом сигнал с преобразователя 4, пропорциональный силовым воздействиям, развиваемым в штанге 5 при колебаниях модели 8, усиливается усилителем 10 и через ограничитель 11, регулятор 12 амплитуды и фазовращатель 13 подается на сумматор 14. В зависимости от амплитуды и знака сигнал U(F) силовозбудитель 1 создает дополнительную силу или препятствующую (при повышении собственной частоты), или способствующую (при понижении собственной частоты) возбуждению колебаний модели 8. The required value of the lowest frequency of natural vertical oscillations of model 8 is provided by force feedback. In this case, the signal from the transducer 4, which is proportional to the force acting on the rod 5 during the oscillations of model 8, is amplified by the amplifier 10 and, through the limiter 11, the amplitude regulator 12 and the phase shifter 13, are supplied to the adder 14. Depending on the amplitude and sign, the signal U (F) force exciter 1 creates additional force either preventing (with increasing natural frequency), or contributing (with decreasing natural frequency) excitation of model 8 oscillations.

Амплитуда сигнала U(F) задается регулятором 12, а фазовый сдвиг - фазовращателем 13. С помощью ограничителя 11 задаются предельные значения сигнала обратной связи для предохранения системы от перегрузок. The amplitude of the signal U (F) is set by the regulator 12, and the phase shift is set by the phase shifter 13. Using the limiter 11, limit values of the feedback signal are set to protect the system from overloads.

Направляющие 6 создают возможность для смещения модели 8 в вертикальной плоскости, а шарнирный элемент 7 обеспечивает степени свободы в горизонтальной плоскости и вокруг трех главных осей. Собственным демпфированием силовозбудителя 1 можно пренебречь ввиду его малой величины. Устройство позволяет имитировать условия натурного полета летательного аппарата при испытаниях модели в аэродинамических трубах. Оно позволяет изменять частоту колебаний модели в широких пределах. Начиная от десятых долей герца, компенсировать силу тяжести и подъемную силу модели внешними силами, не искажая собственных упругомассовых характеристик, а также автоматически поддерживать модель на заданной высоте в аэродинамической трубе. The guides 6 make it possible to displace the model 8 in a vertical plane, and the hinge element 7 provides degrees of freedom in the horizontal plane and around the three main axes. Own damping of the exciter 1 can be neglected due to its small size. The device allows you to simulate the conditions of full-scale flight of the aircraft when testing the model in wind tunnels. It allows you to change the oscillation frequency of the model over a wide range. Starting from tenths of a hertz, compensate the model’s gravity and lift by external forces without distorting its own elastic-mass characteristics, and also automatically maintain the model at a given height in the wind tunnel.

Устройство позволяет существенно повысить точность воспроизведения условий натурного полета и уменьшить (на 30-40%) погрешности экспериментального определения демпфирования и частотных характеристик моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе. The device allows to significantly increase the accuracy of reproducing the conditions of full-scale flight and to reduce (by 30-40%) the errors of the experimental determination of damping and frequency characteristics of aircraft models in a wind tunnel.

При подвешивании модели в двух точках с помощью двух силовозбудителей обеспечивается возможность вариации соотношением частот вертикальных и тангажных колебаний, что позволяет уменьшить опасность возникновения паразитных автоколебаний при изменении скоростного напора в широких пределах. When the model is suspended at two points using two power exciters, it is possible to vary the ratio of the frequencies of vertical and pitch vibrations, which reduces the risk of spurious auto-oscillations when changing the pressure head over a wide range.

Claims

1. DEVICE FOR SUSPENSION OF MODELS OF AIRCRAFT IN AERODYNAMIC TUBE, comprising a rod installed in the guides and equipped with a hinge element for mounting the model, a cable system, a power exciter mounted on a movable support, and a force transducer, characterized in that, with the aim of increasing the accuracy, to increase the accuracy conditions of the natural flight of the aircraft, the exciter is made in the form of an electrodynamic type coil, the core of which is connected to the rod through a force transducer, and its circuit Tanya has two feedback lines - in force and displacement.

2. The device according to claim 1, characterized in that the feedback lines contain amplitude and phase regulators of electrical signals.