RU2531097C1 - Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation - Google Patents
Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531097C1 RU2531097C1 RU2013119644/28A RU2013119644A RU2531097C1 RU 2531097 C1 RU2531097 C1 RU 2531097C1 RU 2013119644/28 A RU2013119644/28 A RU 2013119644/28A RU 2013119644 A RU2013119644 A RU 2013119644A RU 2531097 C1 RU2531097 C1 RU 2531097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- model
- angle
- frame
- aerodynamic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов.The invention relates to the field of experimental aerodynamics of aircraft.
Важность определения статических и нестационарных аэродинамических производных летательных аппаратов в широком диапазоне углов атаки и скольжения обусловлена, прежде всего, необходимостью обеспечения безопасности эксплуатации самолета, в частности предотвращением возникновения сваливания самолета и попадания его в штопор. По мировой статистике, более половины аварий и катастроф происходит именно по этой причине (Авиация общего назначения. Рекомендации для конструкторов. Под ред. д.т.н. проф. В.Г. Микеладзе, М., ЦАГИ, 2001, с.213).The importance of determining static and unsteady aerodynamic derivatives of aircraft in a wide range of angles of attack and slip is due, first of all, to the need to ensure the safe operation of the aircraft, in particular to prevent the aircraft from stalling and falling into a tailspin. According to world statistics, more than half of accidents and disasters occur precisely for this reason (General aviation. Recommendations for designers. Edited by Prof. V.G. Mikeladze, M., TsAGI, 2001, p.213 )
Из существующего уровня техники известен способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний, при котором модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно связанных осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель аэродинамические нагрузки и ее угловое положение (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, с.32-34). Недостатком данного способа является невозможность определения продольных статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов и характеристик рыскания при углах скольжения, не равных нулю, в случае, если угол атаки модели не равен нулю, а также характеристик крена при углах скольжения, не равных нулю, во всем диапазоне углов атаки модели.From the existing level of technology there is a known method for determining static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models in a wind tunnel by the forced-oscillation method, in which the model is installed in a movable support device using tensile weights and holders, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately relative to the connected axes Ox, Oy and Oz, measure in time the aerodynamic loads acting on the model and its angular position (G.S.Bushgens, R.V. Studnev , Aerodynamics of an airplane. Dynamics of longitudinal and lateral movement. M., Mechanical Engineering, 1979, p. 32-34). The disadvantage of this method is the inability to determine longitudinal static and unsteady aerodynamic derivative models of aircraft and yaw characteristics at non-zero sliding angles if the model’s angle of attack is not zero, as well as roll characteristics at non-zero sliding angles the entire range of angles of attack of the model.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, при котором испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок, а затем производят вычисления статических и комплексов нестационарных и вращательных аэродинамических производных (Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, с.5-6). Недостатком указанного способа является то, что он также не позволяет определить статические и нестационарные аэродинамические производные моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля.Closest to the claimed technical solution is a method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, in which tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device using tensile weights and the holder, the model is oscillated with a fixed frequency and with small amplitude alternately relative to the axes Ox, Oy and Oz, the loads acting on the model and its angular position are measured in time, produced in reading inertial and weight loads, and then calculating static and complexes of non-stationary and rotational aerodynamic derivatives (Experimental studies and mathematical modeling of non-stationary aerodynamic characteristics of aircraft models. TsAGI proceedings - collection of articles. M., 2010, issue 2689, p.5- 6). The disadvantage of this method is that it also does not allow to determine static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models at non-zero gliding angles.
Из существующего уровня техники также известно устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле стойки, привод, связанный тягой с державкой, датчик угла поворота державки (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, с.32-34). Недостатком описанного устройства является невозможность проведения испытаний при колебаниях модели в продольном канале и по рысканию при углах скольжения, не равных нулю, в случае, если угол атаки модели не равен нулю, а также отсутствие возможности проведения испытаний при углах скольжения, не равных нулю, во всем диапазоне углов атаки модели при ее колебаниях по крену.A prior art device is also known for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, comprising a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a model holder with tensile weights mounted in the bearing assembly of the rack, a drive coupled by a rod to the holder, holder rotation angle sensor (G. S. Byushgens, R. V. Studnev, Aerodynamics of an airplane. Dynamics of longitudinal and lateral movement. M., Mechanical Engineering, 1979, p. 32-34). The disadvantage of the described device is the impossibility of testing when the model oscillates in the longitudinal channel and yaw at sliding angles not equal to zero, if the angle of attack of the model is not equal to zero, as well as the inability to test at sliding angles not equal to zero, in the entire range of angles of attack of the model with its oscillations along the roll.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, подвижную Г-образную раму, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле рамы, привод, связанный тягами с рамой и державкой, датчики угла поворота рамы и державки (Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, с.5-6). Недостатком этого устройства является то, что оно также не позволяет проводить испытания по определению статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля.Closest to the claimed technical solution is a device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, comprising a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a movable L-shaped frame, a model holder with tensile weights mounted in the bearing assembly of the frame, drive connected by rods to the frame and holder, angle sensors of rotation of the frame and holder (Experimental studies and mathematical modeling of unsteady rodinamicheskih characteristics of aircraft models, Trudy TsAGI -. a collection of articles, Moscow, 2010, edition of 2689, s.5-6).. The disadvantage of this device is that it also does not allow testing to determine the static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models at non-zero gliding angles.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание способа и устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при наличии угла скольжения во всем диапазоне углов атаки, что увеличивает безопасность эксплуатации самолета, в частности, позволяет предотвратить возникновение сваливания самолета и попадание его в штопор.The objective and technical result of the invention is the creation of a method and device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft in the presence of a sliding angle in the entire range of angles of attack, which increases the safety of operation of the aircraft, in particular, prevents the occurrence of stalling of the aircraft and falling into a tailspin.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, заключающемся в том, что испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок, в процессе испытаний модель вместе с державкой и тензовесами поворачивают на фиксированные углы крена, результаты эксперимента при колебаниях относительно осей Oy и Oz обрабатывают совместно, при этом значения статических и нестационарных аэродинамических производных определяют по формуламThe solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, which consists in the fact that the tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support by means of tensors and a holder the device, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately with respect to the axes Ox, Oy and Oz, the loads acting on the model and its angles are measured in time position, subtract the inertial and weight loads, during the test, the model, together with the holder and the tensile weights, are rotated to fixed roll angles, the experimental results are processed together with vibrations relative to the Oy and Oz axes, and the values of static and unsteady aerodynamic derivatives are determined by the formulas
где C=Cy, Cx, mx, my или mz, Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения,
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что в устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, подвижную Г-образную раму, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле рамы, привод, связанный тягами с рамой и державкой, датчики угла поворота рамы и державки, введен механизм дистанционной установки державки, состоящий из корпуса, установленного на подшипниковом узле рамы посредством подшипников, электрического мотор-редуктора и выходного вала с упругим диском-шестерней, установленных соосно державке и соединенных с ее свободным концом, пневмотормоза диска, установленного в корпусе и охватывающего упругий диск-шестерню, дополнительного датчика угла установки державки по крену, который вынесен от оси державки и связан с диском-шестерней, рычага-зажима, установленного на наружной поверхности корпуса механизма с возможностью фиксации корпуса относительно рамы и соединения тягой с приводом.The solution of the problem and the technical result are also achieved by the fact that in the device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, containing a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a movable L-shaped frame, a model holder with tensile weights mounted in the bearing unit of the frame, the drive connected by rods to the frame and holder, the angle sensors of rotation of the frame and holder, introduced the mechanism for remote installation of the holder, consisting of a housing mounted on the bearing assembly of the frame by means of bearings, an electric motor gearbox and an output shaft with an elastic gear disk mounted coaxially to the holder and connected to its free end, a pneumatic brake of the disc mounted in the housing and covering the elastic gear disk, an additional installation angle sensor the holder along the roll, which is extended from the axis of the holder and connected with the gear wheel, the clamp lever mounted on the outer surface of the mechanism body with the possibility of fixing the relative body but the frame and connecting rod drive.
Сущность предложенных способа и устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов поясняется на фиг.1-6, на которых представлены:The essence of the proposed method and device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft is illustrated in figures 1-6, which show:
на фиг.1 - схема проведения испытаний для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при колебаниях относительно различных связанных осей;figure 1 - diagram of the tests to determine the static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft with oscillations relative to various associated axes;
на фиг.2 - схема заявляемого устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов;figure 2 - diagram of the inventive device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft;
на фиг.3 - схема механизма для дистанционной установки державки под заданным углом крена;figure 3 is a diagram of a mechanism for remote installation of the holder at a given angle of heel;
на фиг.4 - график зависимостей углов атаки α и скольжения β от угла поворота круга в рабочей части аэродинамической трубы θ и угла крена державки γ;figure 4 is a graph of the dependence of the angles of attack α and slip β from the angle of rotation of the circle in the working part of the wind tunnel θ and the angle of heel of the holder γ;
на фиг.5, 6, 7 - графики зависимостей статических и нестационарных аэродинамических производных модели треугольного крыла от угла атаки для различных значений угла скольжения.5, 6, 7 are graphs of the dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model of a triangular wing on the angle of attack for various values of the angle of slip.
Перечень используемых позиций в описании изобретения.The list of used items in the description of the invention.
1. Поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы.1. The turntable in the working part of the wind tunnel.
2. Подвижная Г-образная рама.2. Movable L-shaped frame.
3. Стойка.3. The stand.
4. Тяга.4. Thrust.
5. Привод.5. The drive.
6. Державка.6. The holder.
7. Тензовесы.7. Tennis weights.
8. Механизм дистанционной установки державки.8. The mechanism for remote installation of the holder.
9. Модель летательного аппарата.9. Aircraft model.
10. Датчик угла поворота рамы.10. The sensor angle of rotation of the frame.
11. Подшипниковый узел рамы.11. The bearing assembly of the frame.
12. Выходной вал.12. The output shaft.
13. Электрический мотор-редуктор.13. Electric gear motor.
14. Упругий диск-шестерня.14. Elastic gear wheel.
15. Датчик угла установки державки по крену.15. Roll angle sensor.
16. Корпус.16. Case.
17. Пневмотормоз диска.17. Pneumatic brake disc.
18. Подшипник.18. Bearing.
19. Рычаг-зажим.19. Lever-clamp.
20. Датчик угла поворота державки.20. Sensor angle of rotation of the holder.
Способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов заключается в том, что испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок. Для этого устройство последовательно собирают в конфигурации для проведения исследований производных модели при ее колебаниях относительно одной из связанных осей (фиг.1). Модель летательного аппарата 9 устанавливают в подвижное поддерживающее устройство - державку 8 с тензовесами 7 (фиг.2). При помощи механизма дистанционной установки державки 8 модель поворачивают на фиксированный угол крена γi, при помощи поворотного круга в рабочей части аэродинамической трубы 1 модель 9 устанавливают под углом θi к оси потока аэродинамической трубы (фиг.2). Привод 5 настраивают на нужные величины амплитуды А и круговой частоты ω и колеблют подвижную Г-образную раму 2 по гармоническому законуThe method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft consists in the fact that tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device by means of tens weights and a holder, the model is oscillated with a fixed frequency and low amplitude alternately relative to axes Ox, Oy and Oz, measure the loads acting on the model and its angular position in time, subtract the inertial and weight loads. To do this, the device is sequentially assembled in a configuration for conducting studies of derivatives of a model when it fluctuates with respect to one of the associated axes (Fig. 1). A model of the aircraft 9 is installed in a movable supporting device - holder 8 with tenzovy 7 (Fig.2). Using the mechanism for remote installation of the holder 8, the model is rotated by a fixed roll angle γ i , using a turntable in the working part of the wind tunnel 1, model 9 is set at an angle θ i to the flow axis of the wind tunnel (Fig. 2).
Величина амплитуды колебаний является малой и равна 2÷3°. Без потока в аэродинамической трубе в течение шестнадцати периодов колебаний производят измерение тензовесами 7 и запись пяти компонент нагрузок, действующих на модель Y, Z, Mx, My, Mz, а также показаний датчиков угла поворота державки 20 и рамы 10. Исследования проводят для нескольких значений углов θi. Определяют значение инерционных и весовых нагрузок. Затем включают поток в аэродинамической трубе и указанные операции повторяют. Из нагрузок, полученных в потоке, вычитают инерционные и весовые нагрузки. Затем получают зависимости статических и нестационарных аэродинамических производных модели с использованием алгоритма, описанного ниже.The magnitude of the amplitude of the oscillations is small and equal to 2 ÷ 3 °. Without flow in the wind tunnel for sixteen periods of vibration, a tensor 7 is measured and five components of the loads acting on the model Y, Z, M x , M y , M z are recorded, as well as the readings of the angle sensors of the
Для проведения испытаний при заданных средних значениях угла атаки αi и скольжения βi модель необходимо устанавливать под соответствующими углами γi и θi. Связь между величинами указанных углов описывается системой уравненийTo conduct tests at given average values of the angle of attack α i and slip β i, the model must be installed at the corresponding angles γ i and θ i . The relationship between the values of these angles is described by a system of equations
При решении этой системы уравнений получают требуемые значения углов поворота круга θi и державки γi для заданных значений углов атаки и скольжения по следующим формуламWhen solving this system of equations, the required values of the rotation angles of the circle θ i and the holder γ i are obtained for the given values of the angle of attack and slip according to the following formulas
Графически приведенные зависимости представлены на фиг.4. При проведении исследований необходимые значения углов θ и γ по заданным углам α и β рассчитывают в реальном времени на компьютере.Graphically shown dependencies are presented in figure 4. When conducting research, the necessary values of the angles θ and γ at the given angles α and β are calculated in real time on a computer.
При повороте модели с тензовесами по крену при колебаниях по тангажу и рысканию угловая скорость вращения модели имеет проекцию одновременно на две оси связанной системы координат модели - ωz и ωy (фиг.2). В связи с этим, результаты эксперимента при колебаниях относительно осей Oy и Oz обрабатывают совместно - только одновременная обработка результатов колебаний по тангажу и рысканию с последующим решением соответствующей линейной системы уравнений позволяет получить требуемые зависимости статических и нестационарных аэродинамических производных модели.When you rotate the model with tensile weights on the roll when fluctuating in pitch and yaw, the angular velocity of rotation of the model has a projection simultaneously on two axes of the associated coordinate system of the model - ω z and ω y (Fig. 2). In this regard, the experimental results for oscillations about the Oy and Oz axes are processed together - only the simultaneous processing of the oscillation results in pitch and yaw with the subsequent solution of the corresponding linear system of equations allows us to obtain the required dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model.
Рассмотрим малые колебания модели по тангажу. Пусть угол поворота рамы установки изменяется по законуConsider the small pitch fluctuations of the model. Let the angle of rotation of the installation frame change according to the law
Где ∈0<<1 - амплитуда колебаний, ω=2πf - частота. Тогда малые изменения углов атаки и скольжения модели относительно средних значений можно представить формуламиWhere ∈ 0 << 1 is the oscillation amplitude, ω = 2πf is the frequency. Then small changes in the angles of attack and glide of the model relative to average values can be represented by the formulas
Компоненты угловой скорости движения модели можно выразить следующим образом:The components of the angular velocity of the model can be expressed as follows:
где
Следовательно, при наличии поворота модели по углу крена при колебаниях по тангажу в связанной системе координат возникают угловые скорости вращения модели ωy и ωz, в отличие от случая γ=0, когда ωy=0.Consequently, in the presence of a rotation of the model along the roll angle during fluctuations in pitch in the associated coordinate system, angular rotational velocities of the model ω y and ω z arise, in contrast to the case γ = 0, when ω y = 0.
Выражения для производных по времени углов атаки и скольжения можно найти с помощью кинематических соотношений:Expressions for the time derivatives of the angles of attack and slip can be found using the kinematic relations:
С учетом (6), можно получитьGiven (6), we can obtain
Следовательно, в линейном приближении, с учетом (5), (6) и (8), при колебаниях по тангажу аэродинамические коэффициенты можно представить в следующем видеTherefore, in the linear approximation, taking into account (5), (6) and (8), when fluctuating in pitch, the aerodynamic coefficients can be represented as follows
где C=Cy, Cz, mx, my или mz.where C = C y , C z , m x , m y or m z .
Таким образом, каждый канал тензовесов при малых колебаниях по тангажу воспринимает некоторое среднее значение C0 и сигналы в фазе с опорным сигналом Δθ(t) и в фазе с сигналом Ω(t)=Δθ(t). Составляющая сигнала в фазе с опорным сигналом пропорциональнаThus, each channel of tensile weights with small pitch oscillations perceives a certain average value of C 0 and signals in phase with a reference signal Δθ (t) and in phase with a signal Ω (t) = Δθ (t). The component of the signal in phase with the reference signal is proportional
Составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью (опережение по фазе на π/2 выражается следующим образомThe component of the signal in phase with angular velocity (phase advance by π / 2 is expressed as follows
Таким образом, при γ
Проанализируем теперь кинематику модели при колебаниях по рысканию. В этом случае рама установки повернута так, что бы ее колебания изменяли угол рыскания модели. При этом ее малые колебания (4) приводят к следующим изменениям мгновенных значений углов атаки и скольжения относительно средних значений, определяемых выражением (2)Let us now analyze the kinematics of the model with yaw fluctuations. In this case, the installation frame is rotated so that its vibrations change the yaw angle of the model. Moreover, its small fluctuations (4) lead to the following changes in the instantaneous values of the angles of attack and slip relative to the average values determined by the expression (2)
Компоненты угловой скорости имеют следующий видThe angular velocity components are as follows
Выражения для производных от углов атаки и скольжения в случае колебаний по рысканию определяются из вышеприведенных формул (12) с учетом кинематических соотношений (7):The expressions for the derivatives of the angles of attack and slip in the case of yaw oscillations are determined from the above formulas (12) taking into account the kinematic relations (7):
В линейном приближении коэффициенты сил и моментов, действующих на модель при колебаниях по рысканию, с учетом (11), (12) и (13) можно представить в виде:In the linear approximation, the coefficients of forces and moments acting on the model during yawing vibrations, taking into account (11), (12) and (13), can be represented as:
Таким образом, по аналогии со случаем колебаний по тангажу, при малых колебаниях по рысканию каждый канал тензовесов также воспринимает некоторое среднее значение C0 и сигналы в фазе с опорным сигналом Δθ(t) и в фазе с сигналом Ω(t)=Δθ(t):Thus, by analogy with the case of pitch oscillations, for small fluctuations in yaw, each channel of the tensile weights also perceives a certain average value of C 0 and signals in phase with a reference signal Δθ (t) and in phase with a signal Ω (t) = Δθ (t ):
С учетом выражений (9) и (14,) решая систему уравнений для нахождения производных Cα и Cβ, получимTaking into account expressions (9) and (14,), solving the system of equations for finding the derivatives C α and C β , we obtain
где Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения,
Аналогично, с учетом выражений (10) и (15), можно найти комплексы производныхSimilarly, taking into account expressions (10) and (15), one can find complexes of derivatives
В этом выражении
Обрабатывая совместно результаты эксперимента при колебаниях по тангажу и рысканию, можно найти все необходимые комплексы стационарных и нестационарных производных при заданных средних значениях углов атаки и скольжения.Processing together the experimental results for pitch and yaw fluctuations, one can find all the necessary complexes of stationary and non-stationary derivatives for given average values of the angle of attack and slip.
При колебаниях по крену для установочного угла γ≠0 отлична от нуля только одна компонента угловой скорости движения модели так же, как и в случае γ=0During roll oscillations for the installation angle γ ≠ 0, only one component of the angular velocity of the model motion is nonzero in the same way as in the case γ = 0
Т.е. для таких колебаний начальный поворот на некоторый постоянный угол крена не приводит к дополнительным взаимосвязям между комплексами аэродинамических производных.Those. for such oscillations, an initial rotation by a certain constant angle of heel does not lead to additional relationships between complexes of aerodynamic derivatives.
Выражения для производных углов атаки и скольжения имеют видThe expressions for the derivatives of the angles of attack and slip are of the form
Следовательно, в случае малых колебаний модели по крену коэффициент пропорциональности
Поэтому исследовать зависимость демпфирования крена от угла скольжения можно, не решая дополнительных систем линейных уравнений.Therefore, it is possible to investigate the dependence of roll damping on the slip angle without solving additional systems of linear equations.
Предлагаемый способ реализуется при помощи устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, собираемого в одном из трех вариантов для колебаний модели относительно одной из связанных осей (фиг.1). Устройство содержит поворотный круг 1 в рабочей части аэродинамической трубы (фиг.2), стойку 3 на поворотном круге, подвижную Г-образную раму 2, державку 6 модели с тензовесами 7, смонтированную в подшипниковом узле рамы 11, привод 5, связанный тягами 4 с рамой или державкой (в зависимости от конфигурации устройства), датчики угла поворота рамы 10 и державки 6. При колебаниях модели по тангажу Г-образная рама 2 устанавливается в вертикальной плоскости (фиг.1), при колебаниях по рысканию подвижная Г-образная рама 2 переводится в горизонтальное положение, при этом используется стойка 3 большей высоты. При колебаниях модели по крену тяга от привода крепится не к Г-образной раме 2, а к рычагу-зажиму 19 механизма 8. Для дистанционно управляемого поворота державки на заданный угол крена в устройстве использован механизм дистанционной установки державки 8, состоящий из корпуса 16, установленного на подшипниковом узле рамы 11 посредством подшипников 18 (фиг.3), электрического мотор-редуктора 13 и выходного вала 12 с упругим диском-шестерней 14, установленных соосно державке 6 и соединенных с ее свободным концом, пневмотормоза диска 17, установленного в корпусе и охватывающего упругий диск-шестерню, дополнительного датчика угла установки державки по крену 15, который вынесен от оси державки и связан с диском-шестерней, рычага-зажима 19, установленного на наружной поверхности корпуса механизма с возможностью фиксации корпуса относительно рамы и соединения тягой с приводом. Дополнительный датчик угла установки державки по крену 15 служит для измерения угла поворота державки 6 относительно корпуса 16.The proposed method is implemented using a device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, assembled in one of three options for oscillation of the model relative to one of the associated axes (figure 1). The device comprises a turntable 1 in the working part of the wind tunnel (Fig. 2), a stand 3 on the turntable, a movable L-shaped frame 2, a
Работает устройство следующим образом. Устройство собирают в нужной конфигурации для проведения исследований аэродинамических производных модели при ее колебаниях относительно одной из связанных осей (фиг.1). При проведении испытаний по тангажу и рысканию привод 5 посредством тяги 4 заставляет подвижную Г-образную раму 2 совершать гармонические периодические колебания с заданной малой амплитудой и частотой относительно оси стойки 3. Корпус механизма 8 зафиксирован относительно подшипникового узла рамы 11 рычагом-зажимом 19. При этом модель летательного аппарата 9, закрепленная на державке 6 и тензовесах 7, также совершает колебания относительно оси стойки. При проведении испытаний по крену подвижная Г-образная рама 2 фиксируется относительно стойки 3. Корпус механизма 8 освобождается и соединяется при помощи тяги 4 и рычага-зажима 19 с приводом 5. В этом случае модель 9 с тензовесами 7 и державкой 6 колеблется относительно оси державки. Для поворота модели на угол θi используется поворотный круг 1, для поворота державки на угол γi служит механизм дистанционной установки державки 8. Силы и моменты, действующие на модель, измеряются при помощи тензовесов 7. Поворот рамы устройства измеряется датчиком угла 10, угол поворота державки - датчиком 20. Поворот державки 6 с моделью 9 на необходимый угол крена осуществляется механизмом 8. При этом сначала пневмотормоз 17 отключается и разблокирует диск-шестерню 14 относительно корпуса 16. Включается электрический мотор-редуктор 13 и вращает державку 6 через выходной вал 12. При этом угол установки державки по крену измеряется датчиком 15. При достижении державкой нужного угла установки мотор-редуктор 13 выключается, на пневмотормоз 17 подается сжатый воздух, он блокирует диск-шестерню 14, фиксируя державку 6 от проворачивания относительно корпуса механизма 16. Рычаг-зажим 19 в случае колебаний модели по тангажу и рысканию смещается так, что он при затяжке одновременно обжимает наружные поверхности корпуса механизма 16 и подшипникового узла рамы 11, жестко фиксируя их между собой. При колебаниях модели по крену рычаг-зажим 19 сдвигается полностью на корпус 16 и зажимается на нем. К рычагу присоединяется тяга 4 от привода 5. При этом механизм 8, поворачиваясь на подшипниках 18 относительно рамы 2, передает малые угловые колебания державке 6.The device operates as follows. The device is assembled in the desired configuration for studies of the aerodynamic derivatives of the model when it fluctuates relative to one of the associated axes (figure 1). During the pitch and yaw tests, the
Таким образом, достигается ожидаемый технический результат, а именно становится возможным проводить испытания по определению статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля во всем диапазоне углов атаки.Thus, the expected technical result is achieved, namely, it becomes possible to conduct tests to determine the static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft at gliding angles other than zero in the entire range of angles of attack.
Предлагаемые способ и устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов были использованы при испытании модели треугольного крыла удлинением λ=1.5 со стреловидностью χ≈70° и корневой хордой ba=1,2 м при скорости потока V∞=25 м/с, что соответствует числу Рейнольдса Re=2.0·106 по корневой хорде. Центр колебаний модели располагался в точке χT - 0.5 ba. Эксперименты проводились в диапазоне углов атаки α=0÷60° для углов скольжения β=0, 5, 10 и 15°. Амплитуда колебаний составляла Δθ=3°, частота f=1.5 Гц, что соответствует безразмерной круговой частоте
Таким образом, показано, что данное техническое решение позволяет определять статические и нестационарные аэродинамические производные моделей летательных аппаратов при наличии угла скольжения во всем диапазоне углов атаки. Это увеличивает безопасность эксплуатации самолета, в частности позволяет предотвратить возникновение сваливания самолета и попадание его в штопор.Thus, it is shown that this technical solution allows the determination of static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models in the presence of a sliding angle in the entire range of angles of attack. This increases the safety of operation of the aircraft, in particular, helps prevent the occurrence of stalling of the aircraft and falling into a tailspin.
Claims (2)
,
,
,
,
где C=Cy, Cx, mx, my или mz, Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения, - комплекс продольных вращательной и нестационарной аэродинамических производных; - комплекс боковых вращательной и нестационарных аэродинамических производных, γ - угол поворота державки по крену, - составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, - составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, - составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, - составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, l - размах крыла модели, ba - средняя аэродинамическая хорда (САХ) модели.1. A method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, which consists in the fact that the tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device by means of tensors and a holder, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately relative to the axes Ox, Oy and Oz, measure the loads acting on the model and its angular position in time, subtract the inertial and weight loads, distinguish in that during the test the model, together with the holder and the tensile weights, is rotated at fixed roll angles, the experimental results are processed together with oscillations about the Oy and Oz axes, and the values of static and non-stationary aerodynamic derivatives are determined by the formulas
,
,
,
,
where C = C y , C x , m x , m y or m z , C α is the static derivative of the aerodynamic coefficient from the angle of attack, C β is the static derivative of the aerodynamic coefficient from the angle of slip, - a complex of longitudinal rotational and non-stationary aerodynamic derivatives; - a complex of lateral rotational and non-stationary aerodynamic derivatives, γ is the angle of rotation of the holder along the roll, - the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations relative to the axis Oz, - the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations about the axis Oy, - the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model during oscillations about the axis Oz, is the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model with oscillations about the Oy axis, l is the wing span of the model, b a is the average aerodynamic chord (SAX) of the model.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2531097C1 true RU2531097C1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53381896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531097C1 (en) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179254U1 (en) * | 2017-11-08 | 2018-05-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Electromechanical stand |
CN109029903A (en) * | 2018-10-08 | 2018-12-18 | 西北工业大学 | Continous way transonic wind tunnel Airfoil dynamic experiment mean angle of attack regulating mechanism |
CN110940483A (en) * | 2019-11-13 | 2020-03-31 | 中国航天空气动力技术研究院 | Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft |
CN110793718B (en) * | 2019-12-03 | 2021-01-26 | 中国空气动力研究与发展中心 | Vertical wind tunnel tail spin test model rotational inertia measurement torsion pendulum table |
CN112525472A (en) * | 2020-12-07 | 2021-03-19 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic |
CN115343012A (en) * | 2022-07-07 | 2022-11-15 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Unsteady-state large-amplitude oscillation test method |
CN115597823A (en) * | 2022-09-08 | 2023-01-13 | 成都流体动力创新中心(Cn) | Open wind tunnel unmanned aerial vehicle wing type aerodynamic force measurement system and method |
CN115993229A (en) * | 2023-03-24 | 2023-04-21 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane |
CN116754172A (en) * | 2023-08-17 | 2023-09-15 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method |
CN116933400A (en) * | 2023-09-13 | 2023-10-24 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty |
CN117147093A (en) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2358254C1 (en) * | 2007-10-25 | 2009-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по промышленности (Роспром) | Method of determining rotation and non-stationary derivatives of coefficients of linear aerodynamic forces and moments using forced oscillation method and device to this end |
RU2477460C1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end |
-
2013
- 2013-04-29 RU RU2013119644/28A patent/RU2531097C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2358254C1 (en) * | 2007-10-25 | 2009-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по промышленности (Роспром) | Method of determining rotation and non-stationary derivatives of coefficients of linear aerodynamic forces and moments using forced oscillation method and device to this end |
RU2477460C1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, стр.32-34 * |
Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, стр.5-6. * |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179254U1 (en) * | 2017-11-08 | 2018-05-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Electromechanical stand |
CN109029903B (en) * | 2018-10-08 | 2024-02-09 | 西北工业大学 | Average attack angle adjusting mechanism for continuous transonic wind tunnel wing type dynamic experiment |
CN109029903A (en) * | 2018-10-08 | 2018-12-18 | 西北工业大学 | Continous way transonic wind tunnel Airfoil dynamic experiment mean angle of attack regulating mechanism |
CN110940483A (en) * | 2019-11-13 | 2020-03-31 | 中国航天空气动力技术研究院 | Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft |
CN110940483B (en) * | 2019-11-13 | 2021-12-07 | 中国航天空气动力技术研究院 | Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft |
CN110793718B (en) * | 2019-12-03 | 2021-01-26 | 中国空气动力研究与发展中心 | Vertical wind tunnel tail spin test model rotational inertia measurement torsion pendulum table |
CN112525472A (en) * | 2020-12-07 | 2021-03-19 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic |
CN112525472B (en) * | 2020-12-07 | 2022-03-22 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic |
CN115343012A (en) * | 2022-07-07 | 2022-11-15 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Unsteady-state large-amplitude oscillation test method |
CN115343012B (en) * | 2022-07-07 | 2023-04-07 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Unsteady-state large-amplitude oscillation test method |
CN115597823A (en) * | 2022-09-08 | 2023-01-13 | 成都流体动力创新中心(Cn) | Open wind tunnel unmanned aerial vehicle wing type aerodynamic force measurement system and method |
CN115993229B (en) * | 2023-03-24 | 2023-05-16 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane |
CN115993229A (en) * | 2023-03-24 | 2023-04-21 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane |
CN116754172A (en) * | 2023-08-17 | 2023-09-15 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method |
CN116754172B (en) * | 2023-08-17 | 2023-11-03 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method |
CN116933400A (en) * | 2023-09-13 | 2023-10-24 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty |
CN116933400B (en) * | 2023-09-13 | 2023-11-21 | 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 | Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty |
CN117147093A (en) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft |
CN117147093B (en) * | 2023-10-30 | 2024-01-23 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2531097C1 (en) | Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation | |
US8393206B1 (en) | Dry wind tunnel system | |
RU2477460C1 (en) | Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end | |
CN106441779B (en) | The device of aircraft three-freedom moving steadiness parameter is measured in a kind of high-speed wind tunnel | |
CN103674425A (en) | Rotational inertia measuring method and device | |
CN104155054A (en) | Rotational inertia frequency domain detection method based on floating torsion pendulum table | |
Olmedo et al. | Experimental determination of the inertial properties of small robotic systems using a torsion platform | |
Cameron et al. | Transient hub loads and blade deformation of a mach-scale coaxial rotor in hover | |
RU179254U1 (en) | Electromechanical stand | |
Fujii et al. | Instrument for measuring the body mass of astronauts under microgravity conditions | |
Jung et al. | Evaluation of rotor structural and aerodynamic loads using measured blade properties | |
Gatto | Application of a pendulum support test rig for aircraft stability derivative estimation | |
Hamade et al. | Modal analysis of UH-60A instrumented rotor blades | |
RU2564375C1 (en) | Method to determine centre of mass of aircraft and device for realisation | |
Altun et al. | Dynamic Stability derivatives of a manuevering combat aircraft model | |
RU2703018C1 (en) | Method of determining characteristics of swinging aerodynamic surface of an unmanned aerial vehicle | |
RU2717748C1 (en) | Device for analysis of non-stationary aerodynamic characteristics of model in wind tunnel | |
RU2781860C1 (en) | Stand for measuring aerodynamic forces and moments | |
De Marqui Junior et al. | Design of an experimental flutter mount system | |
Babbar et al. | An Approach for Prescribed Experiments for Aerodynamic-Structural Dynamic Interaction | |
Guglieri et al. | Dynamic stability derivatives evaluation in a low-speed wind tunnel | |
RU2699756C1 (en) | Ballistic pendulum with variable weight | |
Evstifeev et al. | Requirements for MEMS gyro shock tests | |
Babcock et al. | Experimental estimation of the rotary damping coefficients of a pliant wing | |
Verstraelen | Aeroelastic limit cycle oscillations mitigation using linear and nonlinear tuned mass dampers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150430 |