Способ аэрогидродинамических испытаний

СПОСОБ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ, основанный на размещении модели в потоке, изменении ее геометрической формы и определении усилий, действующих на модель с различными геометрическими формами, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности опытных данных, изменение геометрической формы модели осуществляют путем теплового воздействия на модель, а определение усилий осуществляют при соответствии полученной геометрической формы модели заданной.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при определении аэродинамических характеристик деформируемых моделей.
Целью изобретения является повышение достоверности опытных данных.
На фиг.1 приведена модель для реализации способа; на фиг.2 - различные формы модели.
Способ осуществляется на профилированном исследуемом теле 1, имеющем при отсутствии набегающего потока и нагрева пространственную аэродинамическую форму. Силовые элементы 2 и 3 профилированного тела состоят из двух слоев: активного 4 и пассивного 5. На силовых элементах 2 и 3 прикреплены тензорезисторы для измерения напряжений, которые являются контрольными точками а и б. На поверхности профилированного тела расположены контрольные участки 6, 7 и 8, по прогибу или кручению которых определяют пространственную форму профилированного тела.
По программе эксперимента профилированное тело, имеющее первоначальную пространственную форму, должно принимать пространственную форму Ф1, Ф2 и Ф3 в зависимости от угла поворота и параметров переменного набегающего потока 9.
На препарировочном столе без набегающего потока на профилированное тело воздействуют тепловыми потоками Q₁¹ и Q₂¹. При этом силовой элемент 2 прогибает носок профилированного тела вниз, так как активный слой 4, расположенный на верхней части силового элемента 2, удлиняется сильнее, чем пассивный слой 5, расположенный на нижней части силового элемента 2, а хвостик профилированного тела прогибается вниз, так как на силовом элементе 3 активный слой 4 расположен на нижней части силового элемента 3, а пассивный 5 - на верхней части. Профилированное тело нагружают тепловыми потоками Q₁¹ и Q₂¹ до тех пор, пока оно не примет заданную пространственную форму Ф1. Эта пространственная форма соответствует углу поворота профилированного тела ₁и параметрам набегающего потока 9 п1 потока и п2 потока. При этом замеряют величины прогибов (или углы закручивания) контрольных участков 6, 7, 8.
Затем на препарировочном столе на профилированное тело воздействуют тепловыми потоками Q₁² и Q₂² для придания ему пространственной формы Ф2. Эта пространственная форма соответствует углу поворота профилированного тела ₂ и параметрам набегающего потока 9. Замеряют величины прогибов контрольных участков 6, 7 и 8 и соответствующие им напряжения.
Составляют тарировочные диаграммы зависимости прогибов контрольных участков на поверхности профилированного тела от напряжений в контрольных точках силовых элементов.
Затем профилированное тело с заданной формой Ф1, соответствующей углу поворота ,нагружают набегающим потоком 9. Набегающий поток дополнительно деформирует исследуемое профилированное тело. Для того чтобы профилированное тело имело заданную форму Ф1, измеряют напряжения _аи _бв контрольных точках а и б силовых элементов. Сравнивают их с тарировочными значениями напряжений, соответствующих заданной пространственной форме Ф1 без набегающего потока и по результатам сравнения догружают силовые элементы тепловыми потоками до получения величины напряжения в контрольных точках, равного тарировочным и, тем самым, поддерживают под нагрузкой от набегающего потока заданную тарировочной диаграммой пространственную форму Ф1. Следовательно, в момент замера силовых и моментных характеристик исследуемое тело имеет заданную пространственную форму, не деформируемую набегающим потоком. Скорость изменения параметров набегающего потока, угла поворота профилированного тела и скорость изменения теплового потока можно подобрать так, что пространственная форма остается недеформируемой, заданной в течение эксперимента.
Затем меняют параметры набегающего потока. Пространственная форма профилированного тела по программе эксперимента должна оставаться Ф1, угол поворота составляет 1. Аналогично измеряют напряжения в контрольных точках и сравнивают с тарировочными. По результатам сравнения догружают силовые элементы тепловыми потоками до получения величины напряжения в контрольных точках, равного тарировочным. Тем самым поддерживают под нагрузкой от набегающего потока заданную пространственную форму Ф1, недеформируемую набегающим потоком. Определяют весовые и моментные характеристики исследуемого тела.
Чтобы обеспечить прочность исследуемого тела, ведут контроль напряжения и температуры по пределу упругости наименее прочного материала. Если силовые элементы изготовлены из биметалла, то каждый слой имеет свой предел упругости. Если биметаллический силовой элемент состоит из пластин сплав алюминия - сталь, то сплав алюминия имеет предел упругости (предел пропорциональности) _пр= 4590 , а для стали Ст 40 _пр= 10200 . Следовательно, контроль ведут по напряжениям слоя из сплава алюминия. Кроме того, контролируют температуру силовых элементов. Материал каждого слоя силовых элементов имеет свою максимально допустимую температуру. Для сплава алюминия (Д16Т) максимально допустимая температура в зоне упругой деформации равна 240^оС, а для стали Ст 40 600^оС. Следовательно, чтобы в силовых элементах не осталось остаточных деформаций, их температура не должна превышать 240^оС.
Таким образом, предлагаемый способ аэрогидродинамического исследования обтекаемого тела обеспечивает получение необходимого ряда его пространственных форм во время эксперимента и контроль за их сохранением при меняющейся по времени, величине и направлению внешней нагрузки в виде набегающего потока.
Из исследования влияния упругости на аэрогидродинамические характеристики обтекаемого тела известно, что отличие основных измеряемых сил и моментов жесткого и упругого обтекаемого тела составляет 15-20%.
Таким образом, учет этого различия уточнить вес конструкции, величину максимального аэрогидродинамического качества, т.е. расход топлива, дальность, уточнить расчетные нагрузки. В расчете экономической эффективности способа возможен учет этих 15-20% уточняющих параметров и учесть, например, стоимость уточненного топлива реально эксплуатируемых конструкций.
Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при определении аэродинамических характеристик деформируемых моделей. Целью изобретения является повышение достоверности опытных данных. Для этого изменение геометрической формы модели осуществляют путем теплового воздействия на модель, а определение усилий осуществляют при соответствии полученной геометрической формы модели заданной. 2 ил.