Устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы

Предложение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы.

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 одного конца с шарнирами, установленными в двух точках, разнесенных по длине узла крепления державки, а с другого конца - с тремя шарнирами, установленными на ползунах, размещенных на закрепленной в рабочей части продольной направляющей и взаимодействующих с автономными приводами.

Устройство обеспечивает ввод державки и модели в рабочей части аэродинамической трубы из начального положения вне рабочего потока в рабочий поток (и вывод из потока по окончании испытаний) и изменение положений модели в рабочем потоке аэродинамической трубы: в продольном (по оси x) и вертикальном (по оси y) направлениях и по углу атаки α (поворот в плоскости yOx).

Его недостатком является малая жесткость в боковом направлении, нормальном к плоскости углов атаки модели.

Повышенная боковая жесткость такого типа устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы обеспечена в известном техническом решении, наиболее близком к рассматриваемому предложению (Патент на изобретение №2629696 от 21.10.2016, МПК G01M 9/04). Это устройство содержит узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных одним концом с узлом крепления державки в двух сечениях, разнесенных по его длине, а другим концом, посредством трех пар шарниров, - с тремя каретками, размещенными на двух установленных в рабочей части продольных направляющих с возможностью перемещения посредством автономных приводов. Повышенная боковая жесткость обеспечена за счет введения дополнительных стоек и перемычек и образования жесткой системы подвижных структур стоек ферменного типа.

Недостатком известного устройства является большая длина и рабочий ход стоек, обеспечивающие вертикальное перемещение модели при ее вводе в поток и связанные с этим снижение жесткости и быстродействия устройства.

Задачами, на решение которых направлено данное предложение, являются повышение жесткости и быстродействия устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы.

Техническая сущность данного предложения заключается в разделении функций управления устройством при вводе модели в поток (выводе из потока) и управления заданием требуемых положений модели при испытаниях.

Этот результат достигается тем, что в известном устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы, выбранном в качестве прототипа и содержащем узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных одним концом с узлом крепления державки в двух сечениях, разнесенных по его длине, а другим концом, посредством трех пар шарниров, - с тремя каретками, размещенными на двух установленных в рабочей части продольных направляющих с возможностью перемещения посредством автономных приводов, одна из направляющих установлена с возможностью поворота вокруг собственной продольной оси, а другая - жестко связанная с первой, - снабжена автономным приводом поворота и механизмом фиксации устройства в требуемых угловых положениях вокруг оси первой направляющей.

Техническая сущность предложения заключается в обеспечении ввода в поток державки и модели сразу в ее рабочем положении путем поперечного перемещения узла крепления державки по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от продольной оси потока до продольной оси направляющей. При этом длина стоек обеспечивает только требуемое продольно-поперечное и угловое позиционирование модели в рабочем потоке, а поворот устройства в поперечной плоскости - ввод - вывод модели в поток - из потока. В этом случае удается сократить на 5…10% длину и величину рабочего хода стоек, соответственно, повысить жесткость и быстродействие устройства.

Фигуры 1-3 иллюстрируют схему устройства для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы и его функционирование.

На фиг. 1 представлены конфигурации устройства: а) при нахождении модели в потоке аэродинамической трубы при угле атаки α=0 (после ввода модели в поток и перед ее выводом из потока) и б) при максимальном угле атаки α=max. На фиг. 2 показан вид устройства сзади: в) при нахождении модели в потоке при угле атаки α=0 (после ввода модели в поток и перед ее выводом из потока) и г) положение модели вне потока. На фиг. 3 показан продольный разрез узла крепления модели.

В соответствии с представленными фигурами 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 и 2 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, жестко связанных между собой (на схемах не показано) и закрепленных в рабочей части 1 аэродинамической трубы параллельно оси сопла 2 вне границ рабочего потока симметрично относительно вертикальной плоскости yOx рабочей части. Каждая из кареток 15, 16. 17, взаимодействует с автономным приводом 20 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.

Одна из направляющих 18 установлена с возможностью поворота вокруг собственной продольной оси, а другая - 19, жестко связанная с первой, снабжена автономным приводом поворота 21 и механизмом фиксации устройства 22 в требуемых угловых положениях γ (фиг. 2) вокруг оси первой направляющей. 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 ϕ испытываемой модели 6.

Работа устройства осуществляется с помощью программно-управляемых приводов 20, 21 и 24 следующим образом.

Перед началом испытаний в аэродинамической трубе устройство с установленной на нем испытываемой моделью 6 находится в рабочей части в положении α=0, обеспечиваемым соответствующим положением кареток 15, 16, 17 на направляющих 18 и 19. При этом направляющая 19 зафиксирована с помощью механизма фиксации 22 в положении γ=γ₀ - фиг. 2 г), в котором во время запуска и выхода аэродинамической трубы на расчетный режим модель изолирована от воздействия рабочего потока из сопла 2 и пусковых перегрузок.

Далее производят перемещение модели в поток. Для этого осуществляют расфиксацию (с помощью механизма 22) и программно-управляемое перемещение (с помощью автономного привода 21) направляющей 19 в положение в) при γ=γ_р, в котором снова фиксируют направляющую 19. При этом устройство переходит в рабочее положение (фиг. 1 а)), а модель 6 находится по оси сопла 2 при α=0.

Задание державке 5 и модели 6 требуемых положений вдоль осей х и y и углов атаки α (при фиксированном 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.

Одно из показанных на фиг. 1 б) положений 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 ее поворотом (с помощью привода 24) на угол ϕ=180° в положении α=max.

Задание державке 5 и модели 6 требуемых углов крена ϕ осуществляется с помощью привода 24 в любом из положений модели по х, y и углу атаки α.

Перед сходом с режима аэродинамической трубы устройство с программно-управляемым смещением кареток 15, 16, 17 с помощью приводов 20 возвращают в положение модели α=0 - фиг. 1 а), а затем переводят в исходное положение - фиг. 2 г) вне потока аэродинамической трубы.

Таким образом, разработанное устройство обеспечивает его работу при повышении его жесткости и быстродействия за счет сокращения длины и рабочего хода стоек.