Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для управления положением модели в аэродинамической трубе

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и предназначено для определения аэродинамических характеристик моделей самолетов, ракет и др. в трансзвуковых аэродинамических трубах.

В современных аэродинамических трубах (АДТ) модели летательных аппаратов (ЛА) испытывают значительные нагрузки. При этом поддерживающие устройства, державки, стойки, механизмы привода должны обладать необходимой прочностью и жесткостью, минимально затеняя пространство потока.

Для управления положением исследуемых моделей в АДТ создаются сложные многозвенные стержневые кинематические устройства, например, АС №1336689 G01M 9/06, G01M 9/08 и №254835 МПК G 0m. Данные устройства для изменения угловых положений модели в аэродинамической трубе содержат два шарнирно соединенных между собой параллелограммных механизма, первый из которых шарнирно закреплен на платформе и посредством зубчатого сектора соединен с приводом для задания угла атаки модели, а второй, включающий силовую стойку и шарнирно связанное с ней поперечное звено, соединен с державкой для закрепления модели.

Однако такие устройства обладают недостаточной жесткостью и, как следствие, ограничением по воспринимаемым нагрузкам.

Известно устройство для изменения угла атаки модели в АДТ, принятое за прототип (А.К. Мартынов «Прикладная аэродинамика», издательство «Машиностроение», 1972 г., стр. 120, рис. 4.29), содержащее державку модели, двухопорную дугообразную стойку, привод, перемещающий стойку по круговым направляющим.

Данное устройство имеет фиксированные значения максимальных положительных и отрицательных углов атаки модели и при необходимости изменить это соотношение приходится изготавливать специальные «ломаные» державки. Наличие разнесенных круговых направляющих требует высокой точности их изготовления и установки, что для больших АДТ представляет значительные трудности, а несоблюдение этих требований приводит к подклиниванию стойки и ее неравномерному движению при непрерывном изменении угла атаки модели.

Данное устройство исключает возможность перемещения модели вдоль или поперек потока (оси X и Y), что для специальных исследований (например, для испытаний с разделяющимися объектами) требует создания дополнительных механизмов.

Задачей изобретения и техническим результатом является создание устройства, расширяющего экспериментальные возможности аэродинамической установки, менее трудоемкое для изготовления и монтажа, что в итоге приводит к экономии времени и средств.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве для управления положением модели в аэродинамической трубе, содержащем державку, серповидную стойку, привод и станину, привод выполнен в виде трех линейных цилиндров, одни концы которых закреплены шарнирно в трех точках на станине, а другие - в двух точках стойки, при этом цилиндры ориентированы так, чтобы обеспечить максимальную жесткость механизма и наименьшие усилия в приводе при эксплуатационных нагрузках и перемещениях модели. Кроме того, два линейных цилиндра расположены по направлению потока воздуха, а третий - перпендикулярно направлению потока воздуха. Устройство дополнительно содержит ограничители перемещения стойки в направлении, перпендикулярном ее плоскости.

На фигуре 1 приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит державку 3, серповидную стойку 2, привод 1 и станину 4. Привод состоит из трех линейных цилиндров (электроцилиндров или гидроцилиндров) 1, одни концы которых закреплены шарнирно в трех точках на станине 4, а другие - в двух точках серповидной стойки 2. При этом цилиндры ориентированы так, чтобы обеспечить максимальную жесткость механизма и наименьшие усилия в приводе при эксплуатационных нагрузках и перемещениях модели. Положение модели однозначно определяется положением точек крепления цилиндров 1 к серповидной стойке 2. Два линейных цилиндра расположены по направлению потока, а третий расположен перпендикулярно оси потока. Для предотвращения перемещения модели в плоскости перпендикулярной плоскости движения механизма, предусмотрены ограничители. Серповидная стойка 2 расположена между двумя ограничивающими плоскостями 5. При этом серповидная стойка может совершать любые перемещения в своей плоскости между двумя плоскостями в некоторых конструктивных пределах, ограниченных допустимыми ходами линейных приводов. Следует отметить, что в этих же пределах принципиально исключено заклинивание механизма.

Устройство работает следующим образом. Перед экспериментом рассчитывают необходимый угол альфа для модели, а также ее оптимальное положение относительно потока. Это положение модели задают в системе управления. Система управления высчитывает необходимое перемещение и оптимальную скорость линейных цилиндров 1 для обеспечения требуемого положения, заданного оператором. После этого линейные цилиндры 1 переводят модель в расчетное положение. При этом, модель перемещается вращательно относительно постоянной оси или же линейно по осям X и Y.

Произведенный кинематический, прочностной и конструктивный анализ математической модели устройства показал, что достигнут технический результат: механизм обладает широким диапазоном изменения положения модели, большей скоростью изменения положения, достаточной прочностью и более высокой жесткостью по сравнению с аналогичными существующими механизмами.