Пристрій для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі

Винахід відноситься до техніки експериментальних досліджень і, зокрема, до пристроїв для визначення нестаціонарних аеродинамічних характеристик моделей літальних апаратів (ЛА) під час випробувань в аеродинамічній трубі. Відомий пристрій для визначення обертальних похідних [1], що містить державку для кріплення моделі в аеродинамічній трубі і систему приводів для її орієнтації щодо потоку і динамічної зміни її положення відносно потоку. Недоліком цього пристрою є недостатній частотний діапазон створюваних вимушених коливань для випробувань високоманеврових ЛА. Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для визначення обертальних похідних [2], що містить електропривід із муфтою, маховик, кривошипно-шатунний механізм, а також державку з закріпленою на ній моделлю. Недоліком цього пристрою є низька точність відтворюваної функції коливань моделі ЛА в потоці. Метод визначення обертальних похідних, реалізований цим пристроєм, дозволяє створення гармонійних коливань на моделі, що знаходиться в потоці [3, с.214-215]. Кривошипно-шатунний механізм на моделі ЛА створює полігармонічне коливання, причому зі збільшенням амплітуди коливань моделі вплив полігармонік збільшується і виділення корисного сигналу, що характеризує першу обертальну похідну, ускладнюється. Іншими словами, зростає зашумленість корисного сигналу і збільшується похибка вимірів у процесі експерименту. В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі, у якому шляхом з'єднання державки із шатуном через два послідовно з'єднані за допомогою гнучкого зв'язку профільовані шківи, причому перший шків з'єднаний із шатуном і має кривизну постійного радіуса, а другий шків, розташований нерухомо на осі державки і має кривизну змінного радіуса, які забезпечують моногармонічні коливання моделі ЛА в потоці і за рахунок цього забезпечується підвищення точності експерименту. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі, що містить електропривід із муфтою, маховик, кривошипно-шатунний механізм, а також державку з закріпленою на ній моделлю, згідно з винаходом державка із шатуном з'єднана через два послідовно з'єднані за допомогою гнучкого зв'язку профільованих шківів. Причому перший шків з'єднаний із шатуном і має кривизну постійного радіуса, а другий шків, розташований нерухомо на осі державки, має кривизну змінного радіуса. На фіг.1 наведена схема пристрою для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі. На фіг.2 наведена кінематична схема взаємодії шківів і кривошипно-шатунного механізму. Пристрій для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі складається з електропривода 1 з'єднаного з муфтою 2, маховика 3, кривошипно-шатунного механізму 4, профільованих шківів 5, 6, з'єднаних гнучким зв'язком 7, що забезпечує передачу руху від шківа 5 до шківа 6 без ковзання, державки 8, на який кріпиться модель 9, яка розташована в потоці повітря, що набігає в аеродинамічній трубі (НП). Причому кривошип виконаний разом із маховиком 3 і дозволяє змінювати амплітудне значення кута коливань моделі 9. Пристрій для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічній трубі функціонує в такий спосіб. Електропривід 1 через муфту 2 задає обертання маховику 3, а кривошипно-шатунний механізм 4 перетворює цей рух у коливальний рух шківу 5, що має постійну кривизну, що при будь-якій амплітуді коливань не буде моногармонічним. Коливальний рух за допомогою гнучкого зв'язку 7 передається зі шківа постійної кривизни 5 на шків 6, що має кривизну змінного радіуса, на державку 8, на якій кріпиться модель 9. На моделі 9 відтворюється моногармонічне коливання постійної амплітуди з частотою обертання маховика 3. Муфта 2 призначена для від'єднання маховика 3 від електропривода 1 при досягненні заданої частоти обертання під час оцінювання коефіцієнтів моментів, що демпфують модель ЛА. Принцип перетворення коливального руху на шківах 5, 6 полягає в наступному, фіг.2. Маховик 3 задає кривошипу 4 круговий рух j1 = w1 * t, де w1 - кругова частота обертання маховика 3 і кривошипа 4. Закон зміни руху моделі, одержуваний у прототипі [2] при цьому C B j2 = arc sin arc sin = F j1, a, b, R1, L , A2 + B2 A 2 + B2 де ( ) A = b - sin j1; B = a + cos j1; ( ) 2 é ù 2 2 C = - ê1 + R1 + a + b2 - L2 + 2 a * cos j1 - b * sin j1 ú / 2R1 ; ë û a = a / R1; b = b / R1; L = L / R1; R1 = R1 / R1max ; R1 - регульована довжина кривошипа 4, що задається і визначає амплітуду коливань моделі 9; L - довжина шатуна; а, b - базові розміри взаємного розташування осей обертання маховика 3 і шківа 5; R1max - максимальна довжина кривошипа 4. Очевидно закон зміни руху шківа 5 буде полігармонічним. Необхідно мати гармонійні коливання на досліджуваній моделі 9, як це припускає використовуваний метод робіт, реалізований у таких випробувальних установках [3]. На моделі 9 потрібно мати коливання наступного виду j 3 = j 3a * SIN(w1 * t ) де j 3 a - амплітудне значення гармонійного коливання моделі 9. Для профільованого шківа 6 змінного радіуса кривизни, закон зміни радіуса R3 від кута повороту j 3 визначається розв'язком диференційного рівняння ¶R 3 ¶j 3 = R2 j 3a * COS(w1 * t ) ´ ¶F (j1, a, b, R1L ) ¶j1 . Таким чином, використовуючи профільований за законом R3=F( j 3 ) шків 6, можна отримати неспотворене гармонійне коливання моделі 9 у потоці аеродинамічної труби. Створення і використання запропонованого пристрою для визначення обертальних похідних моделей в аеродинамічних трубах дозволить істотно підвищити точність і розширити спектр наземних аеродинамічних досліджень перспективних моделей як транспортних, так і високоманеврових типів ЛА. Джерела інформації 1. Патент №5345818, USA, МКИ G01М9/00 /Управляемый потоком манипулятор для аэродинамической трубы. 2.А.С. №378738, СССР, МКИ G01М9/00 /Устройство для определения вращательных производных моделей в аэродинамических трубах. 3. Белоцерковский С.М., Скрипач Б.К., Табачников В.Г. Крыло в нестационарном потоке газа. М.: Наука. 1971. -768с.(с.215 рис.8.8)