Способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1 А 1 179 еспуБ 9) 1 М 7/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГОЙ КОНСТРУКЦИИ С ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЕННЫМИ ИМИТАТОРОМ ТОПЛИВА БАКАМИ (57) Изобретение относится к области экспериментальных исследований динамических характеристик летательного аппарата, в частности к модельному эксперименту. Цель изобретения - повышение точности определения. динамических характеристик, Способ Изобретение относится к области экспериментальных исследований динамических характеристик летательного аппарата, в частности к модельному эксперименту.Известен способ моделирования жидкого топлива в конструктивно подобных моделях летательного аппарата, основанный на размещении дополнительных грузов, имитирующих топливные отсеки с топливом в них, изготовленные из материала с большим удельным весом (например, свинец, сталь) в виде прямоугольных плоских призм с отношением сторон (длины и ширины) 3:1. по силовым элементам каркаса модели и жестком закреплении грузов к силовым элементам конструкции. При этом масса дополнительных грузов определяется по разности фактической и теоретической масс, Грузы 2определения динамйческих характеристик упругой конструкции заключается в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, и проведении стендовых частотных испытаний, при этом в качестве имитатора топлива используется 3-4-ный раствор коллоида тиофильного типа, например жЕлатина или агар-агара, а испытания проводят в дваэтапа, снимая частотные характеристики системы крыло-бак-наполнитель при жидком, нагретом до 50-60 ЯС наполнителе, и "затвердевшем", при температуре 20 С наполнителе, а фактические динамические характеристики модели упругой конструкции с частично заполненными баками получают с учетом поправочных коэффициентов. 1 ил,размещают вблизи неитральных осей стенок силовых элементов. При закреплении грузов на тонких стенках нервюр и перегородок каждый из них делится на равные части и крепится симметрично по обе стороны стенки,Недостатком данного способа является то, что закрепить в конструктивно подобной модели, например крыле летательного аппарата, большие сосредоточенные грузы, копирующие свойства и характеристики "затвердевшего" топлива, практически невозможно вследствие малой местной жесткости и прочности конструктивных элементов используемой моделиНаиболее близким техническим решением является способ определения влияния подвижности жидкого топлива на динамические характеристики летательного аппарата, заключающийся.в том, что в модели крыла размещают герметизированные отсеки, моделирующие топливные баки, подобные соответствующим отсекам в натурном крыле летательного аппарата, и наполненные невоспламеняющейся жидкостью, имитирующей топливо, по плотности при К -1 близкой к плотности реального топлива. При этом-используемаяв экспериментах жид кость должна быть нейтральна по отношению к материалу, иэ которого изготовлена модель, а влияние жидкого наполнителя на критическую скорость флаттера предполагается складывающимся (суммирующимся) 15 иэ эффектов влияния колебаний подвижного наполнителя и массы "затвердевшего"топлива. Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практикапроведения 20экспериментальныхисследований на моделях показала, что во время экспериментов не учитывается влияние массы топлива (наполнителя), меняющего свою вязкость, тоесть "затвердевшего" топлива,25 Целью изобретения является повышение точности определения динамическиххарактеристик конструкцйи.Указанная, цель достигается тем, что в известном способе определения динамиче-. 30 ских характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, заключающемся в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, возбуждении колеба ний и определении частотных характеристик конструкции, в качестве имитатора тойлива используют 3-4раствор коллоида тйофильного типа; изменяющий свое физическоесостояние в зависимости от темпера туры., частотные характеристики конструкции определяют при жидком состоянии имитатора топлива и прй затвердевшем, а фактические динамические характеристики получают с учетом попра -вочных коэФфициентов, определяемых из выражения: пфпн К- -- ю о гл50 где 51- частоты собственных колебаний конструкции с частично заполненными баками;1 о - частоты собственных колебаний 55 конструкции без имитатора топлива в баках;лт - масса упругой конструкции без имитатора топлива;пЬ - масса имитатора топлива. Укаэанная цель также достигается тем, что в известном способе определейия динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, в качестве имитатора топлива используют желатин или агар-агар, а.с целью учета влияния подвижного имитатора топлива на динамические характеристики конструкции, определение частоты .собственнйх колебаний модели производят в диапазоне температур рекристаллиэации и затвердевания имитатора топлива.Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ определения динамиче- ских характеристик упругой конструкции с. частично заполненными имитатором топлива баками отличается от известного тем, что в качестве имитатора тойлива используют 3- 4 о/-ный раствор коллоида тиофильного типа, а именно желатин или агар-агар, способного изменять свою вязкость в зависимости от температуры раствора, частотные испытания проводят в два этапа и определяют при этом частотные характеристики конструкции при жидком состоянии имита- . тора топлива и при затвердевшем, а именно ,в диапазоне температур рекристаллизации и затвердевания имитатора топлива.Таким образом, заявленный Способ оп-ределения динамических характеристик уп-. ругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками соответствует критерию изобретения "новизна". Известны технические решения, такие как, например, (1), в которых топливо имитируется грузами с большим удельным весом, то есть "затвердевшее" топливо. Од- . нако при этом силы, участвующие в колебаниях системы с твердым наполнителем, пропорциональны обобщенным перемещениям, и на колебания системы оказывают влияние только линейного типа. В заявляемом же способе применяется наполнитель, способный изменять свое физическое состояние в зависимости от температуры, поэтому упругие диссипативные силы в диапазонетемператур рекристаллизации. и; затвердевания имитатора топлива будут иметь как линейнйй, так и нелинейный характер и будут определенным образом влиять на динамические .характеристики модели крыла, Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "Существенные отличия"; Изменение вязкости имитатора топлива и уровня наполнения бака позволит с учетом поправочных коэффициентов повысить точность определения дийамических характеристик конструкции.1796951 в последнем поддерживалась температура перелитого в него наполнителя 5 в пределах 50-60 С. При этом замерялась частота собственных колебаний системы "крыло-бакнаполнитель" при залитой порции наполнителя пт 1 и температуре нэполнителя (имитатора топлива), соответствующей температуре его рекристаллизации. Затем нагревательный элемент 3 в баке 2 отключали и охлаждали наполнитель 5 до температуры зэтвердевания (20 С), после чего замеряли частоту собственных колебаний системы крыло-бак-наполнитель при затвердевшем состоянии имитатора топлива.Наполнение бака 2 из дополнительногобака 6 производилось поэтапно вплоть до максимального наполнения бака 2, Во всех случаях первоначально массу Гтч наполнителя 5, помещенную в бак 2, разогревали до температуры рекристаллизэции(+50-60 С) и замеряли с йомощью: электронно-счетного частотомера 7 параметры колебаний системы "крыло-бак-наполнитель" (частоту собственных колебаний б) при жидком состоянйи 5 наполнителя 5, а затем эту массу наполни 10 15 вибровозбудитель, содержащий блок электромагнитов (ЭМ) и каскад возбуждения колебаний с собственной частотой. Модель 20 30 35 дополнительного бака 6. 45Последовательность выполнения операций следующая. С помощью устройства 4 тотомера 7 частоту собственных колебаний 50 55 б п 1+п 1 нГо . ГП На чертеже представлена схема устройства для реализации данного способа в виде упругой конструкции с баками (для описания и БИ).Предлагаемый способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками реализован на модели крыла с моделями топливных баков следующим образом. Динамическая упругая модель крыла состоит из модели крыла 1 и размещенных на ней моделей баков 2, В модели баков 2 встроены нагревательные элементы 3. Возбуждениеколебаний динамической упругой конструкции осуществляется с помощью устройства 4,представляющего собой бесконтактный бака 2 заполняется при испытаниях наполнителем 5 в виде 3-4 о -ного раствора коллоида тиофильного типа. например, желатина или агар-агара, перетекающего из дополнительного бака 6, также снабженного нагревательным элементом 3, например ТЭНом. Модель крыла 1 консольно закрепляется на жестком основании, При возбуждении колебаний уп;.,угой конструкции с баками 2 на ней, замер частоты собственных колебаний системы "крыло-бак-наполнитель" осуществляется с помощью электронно-счетного частотомера 7, связанного с устройством 4,Управление процессом осуществляется с помощью микроЭВМ 8, Частотные испытания проводились в несколько этапов путем заполнения модели бака 2 определенными (расчетными) порциями жидкого(подогретого) наполнителя 5 из дополнительного бака 6. Емкость модели бака 2 составляла К см, а заполнение баказ2 производилось порциями жидкого наполнителя 5 (имитатора топлива) по и кг через заливную горловину 9 бака 2 из крана 10 возбуждают собственные колебания системы "крыло-бэк" и замеряют с помощью часэтой системы с пустыми баками 2., Затем с помощью нагревательного элемента 3, встроенного в дополнительный бак 6, наполнитель 5 (нэпример, желатин или агарагэр) разогревают до температуры рекристаллизации (50-60 С), Нагретый наполнитель 5 в жидком виде порцйей в а кг через кран 10 и заливную горловину 9 переливался в модель бака 2, С помощью нагревательного элемента 3. встроенного е бак 2,теля охлаждали до температуры затвердевания (+ 20 оС) и замеряли параметры системы с "затвердевшим" наполнителем 5. С целью повышения точности оределения динамических характеристик конструкции при исследовании влияния подвижности жидкого наполнителя на динамические характеристики системы крылобак-наполнитель, в частности на частотусобственных колебаний 1, вводились попрэвочные коэффициенты Кь рассчитываемыена микроЭВМ 8 по формулам: 1 = К +Го 1 1 = 1,2, ,и ,ГП +Гйн Угде б - частоты собственных колебаний конструкции с частично заполненными баками;1 ю - частоты собственных колебаний конструкции без имитатора топлива в баках;в - масса упругой конструкции без имитатора топлива;гп, - масса имитатора топлива, Таким образом, зная величины 1 о и текущие значения 1 ь входящие в формулу для определения Й, определяют поправочные коэффициенты: В силу жесткости баков изменением упругих свойств конструкции от температуры наполнителя (имитатора топлива) можно1796951 пнпнн о 1 п оставитель В.Комарехред М.Моргентал дактор орректор С.Патр Заказ 646 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 мощью микроЭВМ 8 коэффициенты К 1 позволят повысить точность определения фактических динамических характеристик реальных упругих конструкций с частично заполненными топливом жесткими (встроенными в крыло) баками. Использование способа наиболее эффективно в конструк-циях, где баки имеют сложную конфигурацию или снабжены перегородками.Формула изобретения 1. Способ определения динамических характеристик упругой конструкции с частично заполненными имитатором топлива баками, заключающийся в размещении в модели крыла моделей баков, заполненных имитатором топлива, возбуждении колебаний и определении частотных характеристик конструкции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения динамических характеристик, в качестве имитатора топлива используют 3-4 О-ный раствор коллоида тиофильного типа, изменяющий свое физическое состояние в зависимости от температуры, частотные характеристики конструкции определяют при жидком состоянии имитатора топлива и при затвердевшем, а фактические динамические характеристики получают с учетомпоправочных коэффициентов, определяемых из выражения где 5 - частоты собственных колебаний конструкции с частично заполненными баками;1 о - частоты собственных колебаний конструкции без имитатора топлива в баках;в - масса упругой конструкции без имитатора топлива;пь - масса имитатора топлива.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве имитатора топлива используют желатин или агар-агар,3. Способ по п.1, отл ич а ющи йся тем, что, с целью учета влияния подвиж" ного имитатора топлива на динамические характеристики конструкции, определение частоты собственных колебаний модели производят в диапазоне епераур рекристаллизации и затвердевания имитатора топлива.