Результат интеллектуальной деятельности: Аэродинамическая модель летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем

Предлагаемое изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при исследовании аэродинамических характеристик сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА) с воздушно-реактивным двигателем (ВРД) при испытаниях моделей ЛА в аэродинамических трубах (АДТ).

В процессе создания современного ЛА с ВРД получение его аэродинамических характеристик становится крайне актуальным из-за сильного влияния притекающего ко входу воздухозаборника ВРД значительной массы воздуха, необходимой для создания потребной тяги силовой установки с ВРД, что приводит к заметному влиянию на картину обтекания ЛА и резкому росту внутреннего сопротивления ВРД и, как следствие, к существенному изменению аэродинамических характеристик ЛА.

На сегодняшний день единственным способом определить данное влияние является моделирование процесса обтекания изделия с использованием аэродинамической модели ЛА при испытаниях в АДТ. В этом случае аэродинамическую модель необходимо выполнять с внутренним протоком воздуха.

Главным требованием является обеспечение необходимого расхода воздуха через воздухозаборник, потребного для работы двигателя на заданном режиме, и такого поля полных и статических давлений на выходе из проточной части модели, которое могло бы дать необходимую точность измерения расхода воздуха через проток.

Это достигается с помощью соответствующего профилирования канала протока и точного соблюдения кольцевого зазора между внутренней поверхностью модели и внешней поверхностью центрального тела в продольном сечении.

Для контроля расхода воздуха через канал протока может быть использован метод двух статик - по перепаду двух статических давлений перед соплом и в сопле.

Характерной особенностью метода двух статик является то, что при этом методе одновременно с замером расхода воздуха через канал протока можно проводить весовые испытания модели.

Также на модели предусмотрено специальное выравнивающее поток устройство в виде продольных перегородок, соединяющих корпус модели с центральным телом.

С учетом вышеизложенных требований к модели и принятой компоновки испытания до сегодняшнего времени проводятся в АДТ с использованием внешних аэродинамических тензовесов.

В качестве ближайшего аналога такого рода модели можно принять модель ЛА с ВРД, конструктивная схема и техническое описание которой приведено в [1] на стр. 92. ([1] - книга авторов Краснова Н.Ф., Кошевого В.Н., Данилова А.Н. и др. Прикладная аэродинамика, М.: Высшая школа, 1974.).

Модель ЛА с протоком закрепляется с помощью державки на дугообразной стойке, закрытой обтекателем. При проведении эксперимента аэродинамические силы и моменты, действующие на модель, через державку, массивную стойку и тяги передаются на упругие весовые элементы с тензодатчиками, вызывая их деформацию, что приводит к изменению электрического сопротивления тензодатчиков, по которому можно определить величины аэродинамических сил и моментов.

Данный способ замеров аэродинамических сил и моментов, принятый за ближайший аналог, не лишен недостатков.

1) Так как измерительные устройства внешних аэродинамических тензовесов находятся вне рабочей части АДТ, то есть дистанционно удалены от объекта испытания - исследуемой модели ЛА, то аэродинамические силы и моменты, действующие непосредственно на модель, необходимо определять путем пересчета измеренных аэродинамических нагрузок методом переносных моментов. В этом случае необходимо точно определить расстояние от точки замера аэродинамической нагрузки до центра давления модели ЛА, что невозможно сделать без определенной погрешности.

2) Как правило, внешние аэродинамические тензовесы настроены и оттарированы на максимальные аэродинамические нагрузки, что негативно сказывается на точность измерения при относительно небольших аэродинамических нагрузках, действующих на модель ЛА.

3) Конструкция внешних аэродинамических тензовесов должна обладать достаточной жесткостью, что отражается в большой массе ее подвижных элементов, тем самым делая конструкцию инерционной. Поэтому замер аэродинамических нагрузок на датчиках возникает с некоторой задержкой от начала эксперимента, что значительно удлиняет время дорогостоящего эксперимента в сверхзвуковых АДТ.

С целью устранения указанных недостатков предлагается новое техническое решение для проведения весовых испытаний модели ЛА с протоком.

Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение точности определения аэродинамических характеристик модели ЛА с воздушно-реактивным двигателем.

Данная техническая задача достигается за счет того, что в корпусе модели летательного аппарата выполнен профилированный проточный канал, в котором с зазором размещено центральное тело, жестко связанное с корпусом модели летательного аппарата при помощи пилонов, при этом модель летательного аппарата снабжена внутренней цилиндрической обечайкой, жестко закрепленной на центральном теле модели с образованием внутренней полости для размещения в ней внутримодельных аэродинамических тензовесов, с одной стороны жестко соединенных через посадочное место с центральным телом модели летательного аппарата, а с другой стороны - через посадочное место с кормовой державкой, при этом на внутренней цилиндрической обечайке и жестко закрепленном на ней сопловом насадке установлены датчики давления.

Такая конструкция позволяет удовлетворить требованиям соблюдения постоянства кольцевого зазора, так как перемещение кормовой державки внутри модели ЛА из-за упругости внутримодельных аэродинамических тензовесов при приложении к ним нагрузки происходит в пределах внутренней полости, при этом внешняя полость с проточным каналом остается неизменной.

Графические материалы, иллюстрирующие предлагаемое техническое предложение, приведены на фигуре, где

1 - центральное тело;

2 - внутренняя цилиндрическая обечайка;

3 - сопловой насадок;

4, 5 - пилоны;

6 - корпус модели ЛА;

7 - внутренняя полость;

8 - внутримодельные аэродинамические тензовесы;

9, 10 - посадочные места;

11 - кормовая державка;

12 - профилированный проточный канал;

13 - датчики давления.

Аэродинамическая модель ЛА с ВРД содержит внутреннюю центральную часть, состоящую из центрального тела (1), жестко соединенного с внутренней цилиндрической обечайкой (2), соплового насадка (3), закрепленного на внутренней цилиндрической обечайке (2). Центральное тело (1) жестко соединяется через пилоны (4) и (5) с корпусом модели ЛА (6). Внутри центрального тела модели имеется внутренняя полость (7) в которой располагаются внутримодельные аэродинамические тензовесы (8), жестко соединенные с одной стороны через посадочное место (9) в центральном теле (1), а с другой стороны - через посадочное место (10) с кормовой державкой модели (11). Внутренние обводы корпуса (6) и внешние обводы центральной части модели, соединенные с помощью пилонов (4) и (5), формируют профилированный проточный канал (12). В задней части модели на внутренней цилиндрической обечайке (2) и на сопловом насадке (3) устанавливаются датчики давления (13), необходимые для измерения внутреннего сопротивления протока. Модель ЛА с ВРД в сборе устанавливается в рабочей части АДТ через кормовую державку (11).

Предложенная конструкция модели ЛА с ВРД позволяет использовать малогабаритные, быстродействующие внутримодельные аэродинамические тензовесы взамен внешних аэродинамических тензовесов с вышеуказанными недостатками.

Порядок проведения экспериментального исследования по определению аэродинамических характеристик модели ЛА с ВРД состоит в следующем.

Модель ЛА с ВРД с установленными внутрь внутримодельными аэродинамическми тензовесами (8) закрепляется на кормовой державке (11) в рабочей части АДТ. Внутримодельные аэродинамические тензовесы (8) через соединительные кабеля, проложенные в кормовой державке (11), соединяются с регистрирующей аппаратурой.

Под действием набегающего потока трубы возникают аэродинамические силы и моменты, действующие на модель ЛА. В результате чего, за счет упругости внутримодельных аэродинамических тензовесов (8) модель перемещается относительно неподвижной кормовой державки (11), жестко связанной с поддерживающим устройством АДТ. Указанное перемещение происходит в границах внутренней полости (7), поэтому геометрия проточного канала (12) не нарушается.

После запуска АДТ и выхода ее на заданный режим происходит снятие показаний с внутримодельных аэродинамических тензовесов (8), по которым затем определяют аэродинамические силы и моменты, действующие на модель ЛА с ВРД.

Предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить точность измерения аэродинамических нагрузок, действующих на модель ЛА с ВРД при проведении продувок в АДТ, благодаря использованию более точных внутримодельных аэродинамических тензовесов, которые лишены недостатков внешних аэродинамических тензовесов и на сегодняшний день в обязательном порядке [2] ([2] - книга автора Горлина С.М. Экспериментальная аэромеханика. М.: Высшая школа, 1970. 423 с.) используются при проведении весовых испытаний.

Предлагаемая конструкция аэродинамической модели ЛА с ВРД позволяет по результатам весовых испытаний в АДГ получить точные и достоверные аэродинамические характеристики ЛА с учетом моделирования работы силовой установки с ВРД, что крайне важно при создании современных ЛА, осуществляющих полет в пределах атмосферы и при сверхзвуковых скоростях.