WO2009013325A1 - Versuchsanordnung mit einem versuchsmodell und einer befestigungsvorrichtung, windkanalanordnung sowie eine solche befestigungsvorrichtung - Google Patents

Versuchsanordnung mit einem versuchsmodell und einer befestigungsvorrichtung, windkanalanordnung sowie eine solche befestigungsvorrichtung Download PDF

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WO2009013325A1
WO2009013325A1 PCT/EP2008/059675 EP2008059675W WO2009013325A1 WO 2009013325 A1 WO2009013325 A1 WO 2009013325A1 EP 2008059675 W EP2008059675 W EP 2008059675W WO 2009013325 A1 WO2009013325 A1 WO 2009013325A1
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WO
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fastening device
experimental
arrangement
wind tunnel
model
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PCT/EP2008/059675
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Inventor
Andreas Wildschek
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Eads Deutschland Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G01M9/062—Wind tunnel balances; Holding devices combined with measuring arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a test arrangement with a test model, which can be acted upon by flow for the dynamic dynamic examination and which has at least one control element substantially influencing the flow behavior of the test model and with a fastening device for holding the test model. Furthermore, the invention relates to a wind tunnel arrangement with a wind tunnel and such a test arrangement. Furthermore, the invention relates to a fastening device for holding such a test model.
  • an experimental model such as an aircraft model, must be positioned and held in an appropriate position within the wind tunnel to be in during the Attempt to investigate occurring fluid dynamic loads.
  • the fluid mechanics could not be dynamically examined.
  • the experimental model freely movable on ropes, so that it is supported by its own buoyancy.
  • the disadvantage here is that would be generated by the cable suspension pendulum modes that adversely affect the flow behavior to be examined, for example, flight behavior.
  • the object of the invention is to refine the experimental arrangement mentioned at the beginning in such a way that the results of the flight mechanic behavior which are as a result of errors in the flow dynamics of the test model are as low as possible. Furthermore, a suitable fastening device and a wind tunnel arrangement should be specified.
  • test arrangement having the features of claim 1.
  • a wind tunnel arrangement provided with such a test arrangement and a fastening device are subject matter of the additional claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are subject matter of the subclaims.
  • the fastening device is designed and positioned relative to the flow and the experimental model such that the control element is not located in a fault zone caused by the flow acting on the fastening device.
  • the fault zone resulting from the flow of the fastening device downstream of the fastening device substantially does not affect the control element (s), such as the rudder, another tail or the like.
  • One advantage is that, in particular in the case of an aircraft model as an experimental model, the tailings substantially simulating the flight behavior are exposed to little or no disturbance of the air flow as the control elements. This way, better test results can be achieved. be targeted.
  • the aerodynamics are only disturbed below the model fuselage. The flow of the vertical stabilizer, however, remains largely undisturbed. In this way, the situation of a free-flying aircraft model in the wind tunnel can be simulated in a simple manner without disturbing the aerodynamics, the flight mechanics or the structural dynamics of the wind tunnel model.
  • the attachment device is positioned to hold the trial model from below.
  • the fastening device is arranged, aligned and / or dimensioned so that it can remove the incurred in a wind tunnel test due to the air flow dynamic forces substantially in a downward direction.
  • the fastening device extends on the test model in a direction substantially perpendicular to the main flow direction, and in particular in a substantially vertical direction.
  • the fastening device can be made substantially slim, so that it forms only a small impact surface for the resulting air flow and thus fewer disturbances are generated downstream of the fastening device.
  • the fastening device can also be inclined to the vertical, for example by means of a plurality of struts, are formed. It is advantageous, however, if the fastening device provides an as low as possible attack surface for the wind with respect to the flow, ie, for example, by only a vertical strut is formed.
  • the fastening device extends substantially perpendicular.
  • the fastening device has at least one degree of freedom with regard to the mobility of the test model.
  • the degree of freedom preferably relates to a height adjustability of the test model. This height adjustment can be provided for example by a spring and / or damper unit.
  • control devices such as structure regulators on the flight mechanical behavior of aircraft, such as aircraft, or to investigate the flight mechanics properties in the wind tunnel itself advantageous to hang a test model of the aircraft in the wind tunnel freely such that it from its own Buoyancy is born.
  • the fastening device with the degree of freedom in the vertical direction is suitable, which serves to hold the test model so that it can "fly” as freely as possible and for this purpose is not displaceably mounted in the direction of the flow, thus simulating the fastening force the thrust.
  • the degree of freedom relates to a rotatability of the test model with respect to a rotation axis.
  • This axis of rotation may be aligned substantially parallel and / or substantially perpendicular to a direction of flow.
  • the fastening device prevents a movement of the test model in the direction of flow in order to simulate a thrust force.
  • an up and down movement of the test model which is made possible by height adjustability, enables a further improved simulation of the flight behavior.
  • the simulation behavior of the test model can be further improved by means of a rotatability, preferably about a vertical axis. In this way, the influence of so-called yawing can be taken into account.
  • the fastening device comprises a movable in a vertical direction cylinder or rod segment.
  • this cylinder or rod segment is multi-part, ie equipped with a plurality of cylinder or rod components which can be moved one inside the other.
  • the fastening device and in particular the cylinder or rod segment is telescopic. This allows the aforementioned up and down movement for height adjustment of the experimental model.
  • the fastening device is fastened to a lower side of the test model. Furthermore, it is preferable to form the fastening device in the direction of flow streamlined.
  • the above-mentioned lifting cylinder may be shaped in cross-section approximately elliptical, drop-shaped or the like.
  • the experimental model is freely rotatably mounted in one, one or more directions on a telescopic pole as the fastening device.
  • the telescopic rod prevents movement of the test model in the direction of flow, but allows an up and down movement and possibly also rotation about the axis of the telescopic rod.
  • the experimental model flies freely in the wind tunnel.
  • the wind tunnel arrangement according to the invention is provided with a wind tunnel and the test arrangement according to the invention, and makes use of the advantages mentioned above with respect to the test arrangement in the first place.
  • the wind tunnel is bounded by a sheath comprising a lower portion, wherein the Befest Trentsvorrich- device is connected to the lower portion.
  • the sheath preferably has an approximately circular or rectangular cross section.
  • the fastening device is rotatably mounted relative to the lower portion.
  • the rotatable mounting can be designed such that the fastening device is rotatably mounted about an axis substantially perpendicular to the main flow direction and / or about an axis substantially parallel to the flow direction.
  • the fastening device can be mounted on the shell, in particular on the lower section, via at least one spring and / or damper unit.
  • the fastening device can be mounted on the lower section via at least one joint, preferably a rotary or ball joint.
  • a leveling compound can be in operative connection with the fastening device.
  • the fastening device can be mounted relative to the wind tunnel such that the Fastening device and / or the experimental model can perform torsional vibrations.
  • the fastening device according to the invention for holding a test model in a wind tunnel has a telescopic suspension with at least one degree of freedom that generates the mobility of the test model.
  • it is a wind tunnel telescopic suspension.
  • a "suspension” is to be understood as meaning a structural unit which holds the experimental model of a side facing away from the control elements to be examined, in particular.
  • an aircraft model is used as the experimental model.
  • other experimental models can also be used to investigate the flight behavior of other aircraft types.
  • At least two degrees of freedom are provided, wherein a first degree of freedom permits a translational movement of the test model and a second degree of freedom allows a rotational movement of the test model.
  • the fastening device comprises at least one spring and / or damper unit.
  • the fastening device has at least one joint, preferably a rotary or ball joint.
  • the fastening device can be in operative connection with or equipped to compensate for vibrations with a leveling compound. Reference is made to the above explanations of the wind tunnel arrangement.
  • FIG. 1 shows a side view of a longitudinal section through a wind tunnel arrangement with a wind tunnel and a test arrangement with a fastening device according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a Befest onlysvoutter according to a second embodiment
  • Fig. 3 is a Befest onlysvoutter according to a third embodiment.
  • the wind tunnel 40 extends along a horizontal direction H and is bounded by an outer shell 42 comprising a lower portion 44, the shell 42 providing a tunnel-like measuring path and viewed in cross-section, i. perpendicular to the plane in Fig. 1, is substantially circular or rectangular.
  • the test arrangement 10 comprises an experimental model 20 in the form of an aircraft model to be acted upon by a flow S and a fastening device 50 for holding the test model 20 in the wind tunnel 40.
  • the flow S is generated by a blower 30 along a direction of flow, essentially in the present case the horizontal direction H corresponds.
  • the experimental model 20 comprises a fuselage 21 and a plurality of control elements in the form of two wings 22 with ailerons 23, a rudder 24 with a rudder 25 and two elevators 26.
  • the fastening device 50 is designed and positioned with respect to the flow S and the experimental model 20 that at least a control element 22, 23, 24, 25, 26 does not lie in or outside a fault zone Z caused by the flow S impinging on the fastening device 50.
  • the fastening device 50 holds the test model 20 from below such that a displacement of the test model 20 in the direction of flow is avoided.
  • the fastening device 50 extends substantially in a vertical direction V, i. in a direction substantially perpendicular to the main flow direction S.
  • the fastening device 50 may be attached with its lower end to the shell 42.
  • the fastening device 50 comprises a cylinder or rod element 52, which at its upper end, i. directed toward the fuselage 21, a support surface 58 and at its lower end, i. directed toward the shell 42, has a termination surface 59.
  • the experimental model 20 is placed and fixed rigid or movable.
  • the cylinder or rod element 52 has three cylinder or rod components 54, 55, 56 which can be telescoped in the vertical direction V.
  • the lowermost segment 56 can be rotatably mounted perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1 and / or parallel to the flow S in order to simulate the phygoid and / or roll / yaw oscillations (wobble oscillations).
  • the fastening device 50 may alternatively or in addition to the telescopic cylinder or rod member 52 may be provided with a preferably vertically acting spring and / or damper unit.
  • the lowermost segment 56 may be over at least one of them Spring and / or damper unit to be connected to the support.
  • the spring may also be designed as a torsion spring.
  • the fastening device 50 preferably the lowermost segment 56
  • the joint 60 may be designed as a rotary or ball joint.
  • a balancing mass 62 may be provided which is rigidly connected via a suspension 64 with the fastening device 50, preferably with the lowermost segment 56, and thus can compensate for vibrations in different directions.
  • the embodiments of the fastening device 50 shown in FIGS. 2 and 3 can be provided additionally or alternatively to the embodiment of the fastening device 50 shown in FIG.
  • connection between the upper end of the fastening device 50 and the test model 20 provides two degrees of freedom with regard to the mobility of the test model 20.
  • height adjustment in the vertical direction V is possible by virtue of the combination of the three cylinders or rod components 54, 55, 56 which can be telescoped with the least possible resistance.
  • no displacement is given in the horizontal direction H.
  • a second rotational degree of freedom a rotatability of the test model 20 around a vertical axis of rotation is provided. This axis of rotation runs along the longitudinal axis of the lifting cylinder 52 and thus in the vertical direction V.
  • a third degree of freedom with a rotatability of the test model 20 with respect to a rotation axis oriented perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1 could be provided.
  • a further degree of freedom with a rotatability about an axis of rotation parallel to the horizontal direction H and / or about a plane of the drawing of FIG. 1 approximately vertically aligned axis of rotation are provided.
  • the fastening device 50 in the form of a cylinder or rod element 52 as a telescopic suspension, it is advantageously possible to move the test model 20 up and down in the vertical direction V, but not in the horizontal direction H.
  • the rotatability about a vertical axis of rotation also provides a rotational degree of freedom. In this way, by means of the experimental arrangement 10, the free flight can be well simulated.
  • the fastening device 50 is arranged in an area of the wind tunnel 40 and in an environment of the test model 20, so that at least one of the control elements 22 to 26 is in a test run outside a fault zone Z caused by the flow S impinging on the fastening device.
  • the fastening device 50 is positioned with respect to the test model 20 such that the test model 20 is held from below and at the same time have the least possible influence on the flow S influencing the tail of the test model 20.
  • the flow of the vertical stabilizer 24 remains largely undisturbed. Any flow disturbances downstream of the fastening device 50 only cause negligible disturbances or disturbances which are not decisive for the flight mechanics behavior. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Versuchsanordnung (10) mit einem Versuchsmodell (20), das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung (S) beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells (20) im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) aufweist, und mit einer Befestigungsvorrichtung (50) zur Halterung des Versuchsmodells (20). Die Befestigungsvorrichtung (50) ist derart ausgebildet und bezüglich der Strömung (S) und des Versuchsmodells (20) positioniert, dass das Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) nicht in einer durch die die Befestigungsvorrichtung (50) beaufschlagende Strömung (S) hervorgerufenen Störungszone (Z) liegt. Die Erfindung betrifft ferner eine Windkanalanordnung mit einem Windkanal (40) und einer solchen Versuchsanordnung (10) sowie eine Befestigungsvorrichtung (50) zur Halterung des Versuchsmodells (20).

Description

Versuchsanordnung mit einem Versuchsmodell und einer Befestigungsvorrichtung, Windkanalanordnung sowie eine solche Befestigungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versuchanordnung mit einem Versuchsmodell, das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement aufweist und mit einer Befestigungsvorrichtung zur Halterung des Versuchsmodells. Ferner betrifft die Erfindung eine Windkanalanordnung mit einem Windkanal und einer solchen Versuchsanordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Befestigungsvorrichtung zur Halterung eines solchen Versuchsmodells.
Um den Einfluss von Strukturreglern auf das flugmechanische Verhalten von Flugzeugen oder anderen Luftfahrtgeräten oder flugmechanische Eigenschaften an sich in einem Windkanal zu untersuchen, muss ein Versuchsmodell, wie beispielsweise ein Flugzeugmodell, in einer geeigneten Position innerhalb des Windkanals positioniert und gehalten werden, um die während des Versuches auftretenden strömungsdynamischen Belastungen untersuchen zu können.
Bei einer starren Aufhängung des Versuchsmodells könnte die Strömungsmechanik nicht dynamisch untersucht werden. Um die Mechanik auch in der Bewegung, beispielsweise die Flugmechanik im Flug, zu testen, könnte man zum Beispiel das Versuchsmodell frei beweglich an Seilen aufhängen, so dass es von seinem eigenen Auftrieb getragen wird. Nachteilig ist hierbei, dass durch die Seilaufhängung Pendelmoden generiert würden, die das zu untersuchendes Strömungsverhalten, beispielsweise Flugverhalten negativ beeinflussen. Ferner wäre es möglich, das Versuchsmodell frei beweglich an einer starren vertikalen Stange zu befestigen. Bei einer solchen Aufhängung an einer starren Stange würde allerdings die Aerodynamik insbesondere im Bereich eines Seitenleitwerkes stark gestört.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Versuch- anordnung dahingehend weiterzubilden, dass bei einer strömungsdynamischen Untersuchung des Versuchsmodells möglichst wenig fehlerbehaftete Ergebnisse des flugmechanischen Verhaltens erzielt werden. Ferner soll eine hierfür geeignete Befestigungsvorrichtung und eine Windkanalanordnung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Versuchsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine mit einer solchen Versuchsanordnung versehene Windkanalanordnung sowie eine Befestigungsvorrichtung sind Gegenstände der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge- genstand der Unteransprüche.
Eine Idee der Erfindung liegt dagegen im Vergleich zu den zuvor erläuterten möglichen Aufhängungen darin, dass die Befestigungsvorrichtung derart ausgebildet und bezüglich der Strömung und des Versuchsmodells positio- niert ist, dass das Steuerelement nicht in einer durch die die Befestigungsvorrichtung beaufschlagenden Strömung hervorgerufenen Störungszone liegt. Mit anderen Worten beeinflusst die infolge der Anströmung der Befestigungsvorrichtung sich ergebende Störungszone stromabwärts der Befestigungsvorrichtung im Wesentlichen nicht das oder die Steuerelemente, wie beispielsweise das Seitenleitwerk, ein anderes Leitwerk oder dergleichen.
Ein Vorteil besteht darin, dass insbesondere bei einem Flugzeugmodell als Versuchsmodell, die das Flugverhalten im Wesentlichen simulierenden Leitwerke als die Steuerelemente nur geringen oder gar keinen Störungen der Luftströmung ausgesetzt sind. So können bessere Versuchsergebnisse er- zielt werden. Beispielsweise wird bei einer am unteren Rumpf eines Flugzeugversuchsmodells angebrachten Befestigungsvorrichtung die Aerodynamik nur unterhalb des Modellrumpfes gestört. Die Anströmung des Seitenleitwerks bleibt hingegen weitgehend ungestört. So lässt sich auf einfache Weise die Situation eines freifliegenden Flugzeugmodells im Windkanal si- mulieren, ohne dass die Aerodynamik, die Flugmechanik oder die Strukturdynamik des Windkanalmodells gestört wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Befestigungsvorrichtung derart positioniert, dass sie das Versuchsmodell von unten hält. Mit anderen Worten ist die Befestigungsvorrichtung derart angeordnet, ausgerichtet und/oder bemessen, dass sie die die bei einem Windkanaltest infolge der Luftströmung anfallenden dynamischen Kräfte im Wesentlichen in einer Richtung nach unten abtragen kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Befestigungsvorrichtung an dem Versuchsmodell in einer im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Richtung, und insbesondere in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung. Auf diese Weise kann die Befestigungsvorrichtung weitgehend schlank ausgebildet werden, so dass sie nur eine gerin- ge Aufprallfläche für die anfallende Luftströmung bildet und somit weniger Störungen stromabwärts der Befestigungsvorrichtung generiert werden. Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung auch zur Vertikalen geneigt, beispielsweise mittels mehrerer Streben, ausgebildet werden. Von Vorteil ist jedoch, wenn die Befestigungsvorrichtung eine hinsichtlich der Anströmung möglichst geringe Angriffsfläche für den Wind bereitstellt, d.h. beispielsweise durch lediglich eine Vertikal strebe ausgebildet ist. So ist es bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die Befestigungsvorrichtung im Wesentlichen senkrecht erstreckt. Um das Flugverhalten möglichst gut simulieren zu können, weist die Befestigungsvorrichtung hinsichtlich der Bewegbarkeit des Versuchsmodells wenigstens einen Freiheitsgrad auf. Vorzugsweise betrifft der Freiheitsgrad eine Höhenverstellbarkeit des Versuchsmodells. Diese Höhenverstellbarkeit kann beispielsweise durch eine Feder- und/oder Dämpfereinheit bereitgestellt werden. Insbesondere ist es zur Untersuchung von Regelvorrichtungen, wie z.B. Strukturreglern auf das flugmechanische Verhalten von Luftfahrzeugen, wie z.B. Flugzeugen, oder zur Untersuchung der flugmechanischen Eigenschaften an sich im Windkanal vorteilhaft, ein Versuchsmodell des Luftfahrzeuges im Windkanal frei beweglich derart aufzuhängen, dass es von seinem eigenen Auftrieb getragen wird. Hierzu ist die Befestigungsvorrichtung mit dem Freiheitsgrad in vertikaler Richtung geeignet, die dazu dient, das Versuchsmodell so festzuhalten, dass es möglichst frei „fliegen" kann und hierzu in Richtung der Anströmung nicht verschiebbar gelagert ist. So simuliert die Befestigungsvorrichtung die Schubkraft.
Alternativ oder zusätzlich betrifft der Freiheitsgrad eine Drehbarkeit des Versuchsmodells bezüglich einer Drehachse. Diese Drehachse kann im Wesentlichen parallel und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Anströmrichtung ausgerichtet sein. Infolge der Generierung eines Freiheitsgrades oder mehre- rer Freiheitsgrade können weitere Verbesserungen hinsichtlich der Versuchsergebnisse zur Simulation des Flugverhaltens erzielt werden.
Vorteilhafterweise verhindert die Befestigungsvorrichtung eine Bewegung des Versuchsmodells in der Anströmrichtung, um so eine Schubkraft zu si- mulieren. Zugleich ermöglicht eine durch eine Höhenverstellbarkeit ermöglichte Auf- und Abbewegung des Versuchsmodells eine weiter verbesserte Simulation des Flugverhaltens. Alternativ oder zusätzlich kann das Simulationsverhalten des Versuchsmodells mittels einer Drehbarkeit, vorzugsweise um eine Vertikalachse, weiter verbessert werden. Hierdurch kann der Ein- fluss des sogenannten Gierens berücksichtigt werden. In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Befestigungsvorrichtung ein in einer vertikalen Richtung bewegbares Zylinder- oder Stangensegment. Vorzugsweise ist dieses Zylinder- oder Stangensegment mehrteilig, d. h. mit mehreren ineinander verfahrbaren Zylinder- oder Stangenbauteilen ausges- tattet. Weiter bevorzugt ist die Befestigungsvorrichtung und insbesondere das Zylinder- oder Stangensegment teleskopierbar. Dies ermöglicht vorerwähnte Auf- und Abbewegung zur Höhenverstellbarkeit des Versuchsmodells.
Um den Einfluss der Befestigungsvorrichtung auf die Strömung möglichst gering zu halten, ist die Befestigungsvorrichtung an einer Unterseite des Versuchsmodells befestigt. Weiterhin ist es bevorzugt, die Befestigungsvorrichtung in der Anströmrichtung stromlinienförmig auszubilden. So kann beispielsweise oben genannter Hubzylinder im Querschnitt etwa ellipsenförmig, tropfenförmig oder dergleichen geformt sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Versuchsmodell in keine, eine oder mehrere Richtungen frei drehbar an einer Teleskopstange als die Befestigungsvorrichtung montiert. Die Teleskopstange verhindert die Bewe- gung des Versuchsmodells in Anströmrichtung, aber ermöglicht eine Auf- und Abbewegung und eventuell auch die Drehung um die Achse der Teleskopstange. Somit fliegt das Versuchsmodell frei im Windkanal.
Während alle bisher verwendeten Aufhängungen entweder physikalische Starrkörpermoden behindern (starre Aufhängung), unphysikalische Starrkörpermoden generieren, die Aerodynamik vor allem des Seitenleitwerks stören oder Strukturmoden von Luftfahrzeugmodellen beeinflussen, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung in bevorzugter Ausgestaltung der Einfluss von Regelvorrichtungen auf das flugmechanische Verhalten sowie die flugmechanischen Eigenschaften ohne Störung durch die Befestigung untersuchen.
Die erfindungsgemäße Windkanalanordnung ist mit einem Windkanal und der erfindungsgemäßen Versuchsanordnung versehen und macht sich vor- rangig die oben bezüglich der Versuchsanordnung genannten Vorteile zu Nutze.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Windkanal durch eine Hülle begrenzt, die einen unteren Abschnitt umfasst, wobei die Befestigungsvorrich- tung mit dem unteren Abschnitt verbunden ist. Hierdurch werden die Steuerelemente des Versuchsmodells am wenigsten durch etwaige Strömungsturbulenzen gestört. Die Hülle weist vorzugsweise einen etwa kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt auf.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Befestigungsvorrichtung relativ zu dem unteren Abschnitt drehbar gelagert. Die drehbare Lagerung kann derart ausgeführt sein, dass die Befestigungsvorrichtung um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung und/oder um eine Achse im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung drehbar gelagert ist.
Weiterhin kann die Befestigungsvorrichtung über wenigstens eine Feder- und/oder Dämpfereinheit an der Hülle, insbesondere an dem unteren Abschnitt, gelagert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungsvor- richtung über wenigstens ein Gelenk, vorzugsweise ein Dreh- oder Kugelgelenk, an dem unteren Abschnitt gelagert sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Ausgleichsmasse mit der Befestigungsvorrichtung in Wirkverbindung stehen. Weiterhin kann die Befesti- gungsvorrichtung relativ zu dem Windkanal derart gelagert sein, dass die Befestigungsvorrichtung und/oder das Versuchsmodell Drehschwingungen ausführen kann.
Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zur Halterung eines Versuchsmodells in einem Windkanal weist eine Teleskopaufhängung mit we- nigstens einem die Bewegbarkeit des Versuchsmodells generierenden Freiheitsgrad auf. Mit anderen Worten handelt es sich um eine Windkanalteleskopaufhängung.
Unter einer "Aufhängung" soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Baueinheit verstanden werden, die das Versuchsmodell von insbesondere einer zu untersuchenden Steuerelementen abgewandten Seite aus hält. Vorzugsweise wird als Versuchsmodell ein Flugzeugmodell eingesetzt. Es können aber auch andere Versuchsmodelle zur Untersuchung des Flugverhaltens anderer Luftfahrzeugtypen herangezogen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Freiheitsgrade vorgesehen, wobei ein erster Freiheitsgrad eine translatorische Bewegung des Versuchsmodells und ein zweiter Freiheitsgrad eine rotatorische Bewegung des Versuchsmodells zulässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung wenigstens eine Feder- und/oder Dämpfereinheit. Alternativ oder zusätzlich weist die Befestigungsvorrichtung wenigstens ein Gelenk, vorzugsweise ein Dreh- oder Kugelgelenk, auf. Ferner kann die Befestigungs- Vorrichtung zur Kompensation von Schwingungen mit einer Ausgleichsmasse in Wirkverbindung stehen oder ausgestattet sein. Es wird auf obige Ausführungen zur Windkanalanordnung verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich- nungen näher erläutert. Dabei zeigen schematisch: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Längsschnittes durch eine Windkanalanordnung mit einem Windkanal und einer Versuchsanordnung mit einer Befestigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine Befestigungsvorichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 3 eine Befestigungsvorichtung gemäß einer dritten Ausführungs- form.
Wie Fig. 1 zeigt, erstreckt sich der Windkanal 40 entlang einer Horizontalrichtung H und ist durch eine äußere Hülle 42 begrenzt, welche einen unteren Abschnitt 44 umfasst, wobei die Hülle 42 eine tunnelartige Messstrecke be- reitstellt und im Querschnitt betrachtet, d.h. senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 , im Wesentlichen kreisförmig oder rechteckförmig ist.
Die Versuchsanordnung 10 umfasst ein durch eine Strömung S zu beaufschlagendes Versuchsmodell 20 in Form eines Flugzeugmodells und eine Befestigungsvorrichtung 50 zur Halterung des Versuchsmodells 20 in den Windkanal 40. Die Strömung S wird durch ein Gebläse 30 entlang einer Anströmrichtung erzeugt, die im vorliegenden Fall im Wesentlichen der Horizontalrichtung H entspricht.
Das Versuchsmodell 20 umfasst einen Rumpf 21 und mehrere Steuerelemente in Form zweier Tragflächen 22 mit Querrudern 23, eines Seitenleitwerks 24 mit einem Seitenruder 25 und zwei Höhenruder 26.
Generell ist die Befestigungsvorrichtung 50 derart ausgebildet und bezüglich der Strömung S und des Versuchsmodells 20 positioniert, dass wenigstens ein Steuerelement 22, 23, 24, 25, 26 nicht in beziehungsweise außerhalb einer durch die die Befestigungsvorrichtung 50 beaufschlagenden Strömung S hervorgerufenen Störungszone Z liegt.
So hält die Befestigungsvorrichtung 50 gemäß Fig. 1 das Versuchsmodell 20 von unten derart, dass eine Verlagerung des Versuchsmodells 20 in Anströ- mungshchtung vermieden wird. Wie Fig. 1 zeigt, erstreckt sich die Befestigungsvorrichtung 50 im Wesentlichen in einer Vertikalrichtung V, d.h. in einer zur Hauptströmungsrichtung S im Wesentlichen senkrechten Richtung. Die Befestigungsvorrichtung 50 kann mit ihrem unteren Ende an der Hülle 42 befestigt sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Befestigungsvorrichtung 50 ein Zylinder- oder Stangenelement 52, das an seinem oberen Ende, d.h. zum Rumpf 21 hin gerichtet, eine Abstützfläche 58 und an seinem unteren Ende, d.h. zur Hülle 42 hin gerichtet, eine Abschlussfläche 59 aufweist. Auf der Auflagefläche 58 ist das Versuchsmodell 20 aufgelegt und starr oder beweglich fixiert. Über die Abstützfläche 59 werden die auftretenden statischen und dynamischen Kräfte in die Hülle 42 oder ein darunter liegendes Auflager abgeführt. Wie aus Fig. 1 ferner zu entnehmen, weist das Zylinder- oder Stangen- element 52 drei in Vertikalrichtung V teleskopierbare Zylinder- oder Stangenbauteile 54, 55, 56 auf.
Das unterste Segment 56 kann senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 und/oder parallel zur Strömung S drehbar gelagert sein, um die Phygoid- und/oder Roll/Gierschwingungen (Taumelschwingungen) zu simulieren. Für diesen Zweck kann die Befestigungsvorrichtung 50 alternativ oder zusätzlich zu dem teleskopierbaren Zylinder- oder Stangenelement 52 mit einer vorzugsweise vertikal wirkenden Feder- und/oder Dämpfereinheit versehen sein. Beispielsweise kann das unterste Segment 56 über wenigstens eine solche Feder- und/oder Dämpfereinheit mit dem Auflager verbunden sein. Diesbezüglich kann die Feder auch als Drehfeder ausgebildet sein.
Wie in Fig. 2 angedeutet, kann die Befestigungsvorrichtung 50, vorzugsweise das unterste Segment 56, über ein Gelenk 60 an dem unteren Abschnitt 44 gelagert sein. Das Gelenk 60 kann als Dreh- oder Kugelgelenk ausgeführt sein. Weiterhin kann, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, eine Ausgleichsmasse 62 vorgesehen sein, die über eine Aufhängung 64 mit der Befestigungsvorrichtung 50, vorzugsweise mit dem untersten Segment 56, starr verbunden ist und so Schwingungen in verschiedenen Richtungen kompen- sieren kann. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausgestaltungen der Befestigungsvorrichtung 50 können zusätzlich oder alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung 50 vorgesehen werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die Verbindung zwischen dem oberen Ende der Befestigungsvorrichtung 50 und dem Versuchsmodell 20 zwei Freiheitsgrade hinsichtlich der Bewegbarkeit der Versuchsmodells 20 bereit. Als ein erster translatorischer Freiheitsgrad ist durch die mit möglichst geringem Widerstand teleskopierbaren Zusammenstellung der drei Zylinder oder Stangenbauteile 54, 55, 56 eine Höhenverstellbarkeit in Vertikalrichtung V möglich. Um während eines Versuches eine Schubkraft zu simulieren, ist in der Horizontalrichtung H jedoch keine Verschiebbarkeit gegeben. Als zweiter rotatorischer Freiheitsgrad ist eine Drehbarkeit des Versuchsmodells 20 um eine vertikale Drehachse bereitgesellt. Diese Drehachse verläuft entlang der Längsachse des Hubzylinders 52 und somit in Vertikalrichtung V.
Bei Bedarf könnte zusätzlich oder alternativ zu einer der beiden vorgenannten Freiheitsgrade ein dritter Freiheitsgrad mit einer Drehbarkeit des Versuchsmodells 20 bezüglich einer senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 ge- richteten Drehachse bereitgestellt werden. Ferner könnte zusätzlich oder al- ternativ ein weiterer Freiheitsgrad mit einer Drehbarkeit um eine zur Horizontalrichtung H parallele Drehachse und/oder um eine zur Zeichenebene von Fig. 1 etwa senkrecht ausgerichtete Drehachse vorgesehen werden.
Mit der Befestigungsvorrichtung 50 in Form eines Zylinder- oder Stangen- elements 52 als Teleskopaufhängung wird in vorteilhafter Weise eine Auf- und Abbewegung des Versuchsmodells 20 in der Vertikalrichtung V, jedoch nicht in der Horizontalrichtung H ermöglicht. Zudem wird durch die Drehbarkeit um eine vertikale Drehachse auch ein rotatorischer Freiheitsgrad bereitgestellt. Auf diese Weise kann mittels der Versuchsanordnung 10 der freie Flug gut simuliert werden.
In vorteilhafter weise ist die Befestigungsvorrichtung 50 in einem Bereich des Windkanals 40 und in einer Umgebung des Versuchsmodells 20 angeordnet, so dass wenigstens eines der Steuerelemente 22 bis 26 bei einem Testversuch außerhalb einer durch die die Befestigungsvorrichtung beaufschlagende Strömung S hervorgerufene Störungszone Z ist. Die Befestigungsvorrichtung 50 ist derart bezüglich des Versuchsmodells 20 positioniert, dass das Versuchsmodell 20 von unten gehalten wird und zugleich einen möglichst geringen Einfluss auf die die Leitwerke des Versuchsmodells 20 beeinflussende Strömung S haben. So bleibt insbesondere die Anströmung des Seitenleitwerks 24 weitgehend ungestört. Etwaige Strömungsstörungen stromabwärts der Befestigungsvorrichtung 50 rufen lediglich zu vernachlässigende oder für das flugmechanische Verhalten nicht maßgebliche Störungen hervor. Bezugszeichenliste
10 Versuchsanordnung
20 Versuchsmodell
21 Rumpf
22 Tragfläche
23 Querruder
24 Seitenleitwerk
25 Seitenruder
26 Höhenruder 30 Gebläse
40 Windkanal
42 Hülle
44 Unterer Abschnitt
50 Befestigungsvorrichtung
52 Zylinder- oder Stangenelement
54 Zylinder- oder Stangenbauteil
55 Zylinder- oder Stangenbauteil
56 Zylinder- oder Stangenbauteil
58 Auflagefläche
59 Abstützfläche
60 Gelenk
62 Ausgleichsmasse
64 Aufhängung
S Strömung
H Horizontalrichtung
V Vertikalrichtung Z Störungszone

Claims

Patentansprüche
1. Versuchsanordnung (10) mit einem Versuchsmodell (20), das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung (S) beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodell (20) im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) aufweist und mit einer Befestigungsvorrichtung (50) zur Halterung des Versuchsmodells (20), wobei die Befestigungsvorrichtung (50) derart ausgebildet und bezüglich der Strömung (S) und des Versuchsmodells (20) positioniert ist, dass das Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) nicht in einer durch die die Befestigungsvorrichtung (50) beaufschlagenden Strömung (S) hervorgerufenen Störungszone (Z) liegt.
2. Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) derart positioniert ist, dass sie das Versuchsmodell (20) von unten hält.
3. Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) das Versuchsmodell (20) im Wesentlichen vertikal hält.
4. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befestigungsvorrichtung (50) im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung (S) erstreckt.
5. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) hinsichtlich der Bewegbarkeit des Versuchsmodells (20) wenigstens einen Freiheitsgrad aufweist.
6. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiheitsgrad eine Höhenver- stellbarkeit des Versuchsmodells (20) betrifft.
7. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellbarkeit durch eine Feder- und/oder Dämpfereinheit bereitgestellt wird.
8. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiheitsgrad eine Drehbarkeit des Versuchsmodells (20) bezüglich einer Drehachse betrifft.
9. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptanströmrichtung ausgerichtet ist.
10. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) ein Zylinder- oder Stangenelement (52) umfasst.
11. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50), insbesondere das Zylinder- oder Stangenelement (52), in seiner Längsrichtung bewegbar ausgebildet oder längenveränderlich und/oder teleskopierbar ausgebildet ist.
12. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) an einer Unterseite des Versuchsmodells (20) befestigt ist.
13. Versuchsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) in der Anströmrichtung stromlinienförmig ausgebildet ist.
14. Windkanalanordnung mit einem Windkanal (40) und einer Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Windkanalanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkanal (40) durch eine Hülle (42) begrenzt ist, die einen unteren Abschnitt (44) umfasst, wobei die Befestigungsvorrichtung (50) mit dem unteren Abschnitt (44) verbunden ist.
16. Windkanalanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) relativ zu dem unteren Abschnitt (44) drehbar gelagert ist.
17. Windkanalanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (H) und/oder im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (S) drehbar gelagert ist.
18. Windkanalanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) über wenigstens eine Feder- und/oder Dämpfereinheit an dem unteren Abschnitt (44) gelagert ist.
19. Windkanalanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) über wenigstens ein Gelenk (60), vorzugsweise ein Dreh- oder Kugelgelenk, an dem unteren Abschnitt (44) gelagert ist.
20. Windkanalanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgleichsmasse (62) mit der Befestigungsvorrichtung (50) in Wirkverbindung steht.
21. Windkanalanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (50) relativ zu dem Windkanal (40) derart gelagert ist, dass die Befestigungsvorrichtung (50) und/oder das Versuchsmodell Drehschwingungen ausführen kann.
22. Befestigungsvorrichtung (50) zur Halterung eines Versuchsmodells (20) in einem Windkanal (40), gekennzeichnet durch eine Teleskopaufhängung mit wenigstens einem die Bewegbarkeit des Versuchsmodells (20) generierenden Freiheitsgrad.
23. Befestigungsvorrichtung (50) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Freiheitsgrade vorgesehen sind, wobei ein erster Freiheitsgrad eine translatorische Bewegung des Versuchsmodells (20) und ein zweiter Freiheitsgrad eine rotatorische Bewegung des Versuchsmodells (20) zulässt.
24. Befestigungsvorrichtung (50) nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch wenigstens eine Feder- und/oder Dämpfereinheit.
25. Befestigungsvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, gekennzeichnet durch wenigstens ein Gelenk (60), vorzugsweise ein Dreh- oder Kugelgelenk.
26. Befestigungsvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, gekennzeichnet durch eine Ausgleichsmasse (62) zur Kompensation von Schwingungen.
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