Устройство для подвешивания моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе

Устройство для подвешивания моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе

Реферат

 

(19)RU(11)692347(13)C(51)  МПК ⁵    _{G01M9/08G01M9/02}Статус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕШИВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ

Изобретение относится к разделу технической физики, а именно к экспериментальным устройствам, предназначенным для динамических испытаний моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе при исследованиях их частотных характеристик и демпфирования колебаний. К устройствам указанного назначения предъявляются требования достаточного точного воспроизведения условий натурного полета летательного аппарата, обеспечения при этом возможности для свободных вертикальных и угловых колебаний испытываемой модели и заданного положения ее относительно рабочей части трубы независимо от изменения подъемной силы. От точности воспроизведения условий полета при непрерывном или дискретном изменении скоростного напора потока воздуха зависит точность определения амплитудно-фазовых частотных характеристик и аэроупругой устойчивости исследуемой модели. Известно устройство указанного назначения, содержащее державку, несущую модель, выполненную в виде маятника, опора которого вынесена за пределы аэродинамической трубы, фотоэлектpический датчик смещения и электромагнитную катушку с постоянным магнитом. Однако это устройство не обеспечивает условий для свободных вертикальных и угловых колебаний модели и не позволяет с требуемой точностью определять ее частотные характеристики в потоке газа. Известно устройство для подвешивания моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе, содержащее штангу, установленную в направляющих и снабженную шарнирным элементом для установки модели, систему тросов, силовозбудитель, закрепленный на подвижной опоре, и преобразователь силы. Однако это устройство из-за сравнительно большого собственного демпфирования и наличия присоединенной подвижной массы искажает собственные колебательные характеристики модели, не позволяет регулировать ее низшую частоту колебаний и не обеспечивает необходимой точности воспроизведения условий натурного полета летательных аппаратов. Вследствие этого снижается точность определения собственных частот, форм и колебаний и демпфирования модели в потоке аэродинамической трубы. Целью изобретения является повышение точности воспроизведения условий натурного полета летательного аппарата при испытаниях его модели в аэродинамической трубе. Для этого в предложенном устройстве силовозбудитель выполнен в виде катушки электродинамического типа, сердечник которой через преобразователь силы соединен со штангой, а цепь ее питания снабжена двумя линиями обратной связи - по силе и смещению, причем линии обратной связи содержат регуляторы амплитуды и фазы электрических сигналов. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит силовозбудитель 1 с катушкой 2 электродинамического типа, сердечник 3 которой через преобразователь 4 силы соединен со штангой 5, установленной в направляющих 6. На свободном конце штанги 5 через шарнирный элемент 7 установлена испытываемая модель 8, поддерживаемая гибкими тросами 9. Цепь питания катушки 2 снабжена двумя линиями обратной связи - по силе и смещению. Линия обратной связи по силе содержит преобразователь 4 силы, усилитель 10, ограничитель 11, регулятор 12 амплитуды и фазовращатель 13, выход которого соединен с сумматором 14. Линия обратной связи по смещению содержит преобразователь 15 смещения, усилитель 16, интегратор 17, регулятор 18 амплитуды и фазовращатель 19, соединенный с сумматором 14, выход которого соединен с усилителем 20 мощности, соединенным с катушкой 2. Силовозбудитель 1 вынесен за пределы рабочей части аэродинамической трубы 21 и закреплен на подвижной опоре 22. Устройство работает следующим образом. Управляющее напряжение U_о через сумматор 14 подается на усилитель 20 мощности и преобразуется в ток, протекающий через катушку 2. При взаимодействии тока катушки с магнитным полем силовозбудителя 1 возникает механическая сила, компенсирующая силу тяжести модели 8. В состоянии равновесия катушка 2 устанавливается в среднем положении относительно высоты воздушного зазора. В потоке воздуха при действии подъемной силы первоначальное положение модели 8 в вертикальной плоскости поддерживается автоматически с помощью отрицательной обратной связи по смещению. При этом сигнал преобразователя 15 смещения, пропорциональный отклонению модели 8 от заданного положения, усиливается усилителем 16 и через интегратор 17, регулятор 18 амплитуды и фазовращатель 19 подается на сумматор 14. Приращение выходного сигнала последнего с помощью силовозбудителя 1 преобразуется в силу, действующую в сторону уменьшения этого отклонения. Интегратор 17 служит для фильтрации сигнала от высокочастотных составляющих, исключая влияние обратной связи на характеристики собственных колебаний модели 8. Требуемые амплитуда и фаза сигнала U(Z_о) выбираются с помощью регулятора 18 амплитуды и фазовращателя 19. Требуемое значение низшей частоты собственных вертикальных колебаний модели 8 обеспечивается с помощью обратной связи по силе. При этом сигнал с преобразователя 4, пропорциональный силовым воздействиям, развиваемым в штанге 5 при колебаниях модели 8, усиливается усилителем 10 и через ограничитель 11, регулятор 12 амплитуды и фазовращатель 13 подается на сумматор 14. В зависимости от амплитуды и знака сигнал U(F) силовозбудитель 1 создает дополнительную силу или препятствующую (при повышении собственной частоты), или способствующую (при понижении собственной частоты) возбуждению колебаний модели 8. Амплитуда сигнала U(F) задается регулятором 12, а фазовый сдвиг - фазовращателем 13. С помощью ограничителя 11 задаются предельные значения сигнала обратной связи для предохранения системы от перегрузок. Направляющие 6 создают возможность для смещения модели 8 в вертикальной плоскости, а шарнирный элемент 7 обеспечивает степени свободы в горизонтальной плоскости и вокруг трех главных осей. Собственным демпфированием силовозбудителя 1 можно пренебречь ввиду его малой величины. Устройство позволяет имитировать условия натурного полета летательного аппарата при испытаниях модели в аэродинамических трубах. Оно позволяет изменять частоту колебаний модели в широких пределах. Начиная от десятых долей герца, компенсировать силу тяжести и подъемную силу модели внешними силами, не искажая собственных упругомассовых характеристик, а также автоматически поддерживать модель на заданной высоте в аэродинамической трубе. Устройство позволяет существенно повысить точность воспроизведения условий натурного полета и уменьшить (на 30-40%) погрешности экспериментального определения демпфирования и частотных характеристик моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе. При подвешивании модели в двух точках с помощью двух силовозбудителей обеспечивается возможность вариации соотношением частот вертикальных и тангажных колебаний, что позволяет уменьшить опасность возникновения паразитных автоколебаний при изменении скоростного напора в широких пределах.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕШИВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ, содержащее штангу, установленную в направляющих и снабженную шарнирным элементом для установки модели, систему тросов, силовозбудитель, закрепленный на подвижной опоре, и преобразователь силы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения условий натурного полета летательного аппарата, силовозбудитель выполнен в виде катушки электродинамического типа, сердечник которой через преобразователь силы соединен со штангой, а цепь ее питания снабжена двумя линиями обратной связи - по силе и смещению. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линии обратной связи содержат регуляторы амплитуды и фазы электрических сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1