Устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки

Авторы патента:

G01M9 - Аэродинамические испытания; устройства, связанные с аэродинамическими трубами (вопросы строительства - раздел E; исследование свойств материалов G01N)

Полезная модель относится к аэродинамическим средствам исследования различных летательных аппаратов (ЛА), их наземных испытаниях в аэродинамических установках различного класса.

Сущность заявленной полезной модели заключается в том, что в рабочую часть аэродинамической установки, в которой установлена испытуемая модель, подается газовый поток и при этом одновременно снимается как теневая картина обтекания испытуемой модели с использованием прибора Теплера, так и тепловое состояние поверхности испытуемой модели с использованием термовизора в плоскости отличной от плоскости визирования прибора Теплера.

Техническим результатом полезной модели является повышение информативности и достоверности исследований по визуализации картины обтекания моделей ЛА при их испытаниях в аэродинамических установках и за счет этого повышение точности определяемых аэродинамических характеристик ЛА. 1 н.п. ф-лы, 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известно устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки (А.Поуп, К.Гойн. "Аэродинамические трубы больших скоростей", издательство «Мир», Москва, 1968 г., стр.248-254), в котором применен принцип теневого метода. Оптическая система состоит из корпуса прибора, источника света непрерывного действия, искрового разрядника и конденсатора, с соответствующими источниками энергии, комплекта зеркал, оптического ножа, фотокамеры и системы визуального наблюдения. Свет от точечного источника преобразуется в параллельный пучок и пропускается через рабочую часть аэродинамической установки, затем параллельные лучи фокусируются и проектируются на экран, где регистрируется изображение. При этом при прохождении через область течения с переменной плотностью лучи света отклоняются и отсекаются оптическим ножом, вследствие чего на экране возникает теневая картина изображения.

Известно устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки ("Прикладная аэродинамика" под ред. профессора Н.Ф.Краснова, издательство «Высшая школа», Москва, 1974 г., стр.98-103), где описано применение теневого оптического прибора ИАБ-451. Прибор состоит из источника света, конденсатора, входной щели, диагонального зеркала, ножа Фуко, объектива и экрана. Принцип действия прибора следующий. Изображение светящейся нити источника света проецируется с помощью конденсатора на входную щель. Отраженный от диагонального зеркала свет, пройдя через объектив вдоль оптической оси осветительной части, выходит равномерным параллельным пучком к участку исследуемого газового потока. Лучи света попадают в приемную часть и собираются в фокусе объектива. Заранее установленный определенным образом нож Фуко отсекает часть лучей и вызывает равномерное затемнение изображения на экране.

Однако известные устройства для визуализации не обеспечивают полной и достоверной картины обтекания модели ЛА, особенно в условиях ее пространственной ориентации относительно вектора скорости потока и оси наблюдения с теплеровского или термовизорного прибора, т.к. не обеспечивается наблюдение структуры обтекания модели в затененных областях - с других положений их углов в пространстве вокруг нее.

Указанное выше техническое решение ("Прикладная аэродинамика" под ред. профессора Н.Ф.Краснова, стр.98-103) является по совокупности существенных признаков наиболее близким к заявленному предложению и выбрано в качестве прототипа.

Указанный технический результат достигается тем, что при прохождении газового потока через рабочую часть аэродинамической установки, в которой установлена испытуемая модель, одновременно снимается как теневая картина обтекания испытуемой модели с использованием прибора Теплера, так и тепловое состояние поверхности испытуемой модели с использованием термовизора. При этом термовизор установлен в плоскости отличной от плоскости визирования прибора Теплера, что при одновременном использовании перечисленных приборов позволяет обеспечить наблюдение структуры обтекания модели в затененных областях - с других положений их углов в пространстве вокруг нее.

Устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки поясняется следующими чертежами: на фиг.1. изображено устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки, вид сбоку (сопло, координатник, штанга перемещения координатника, прибор Теплера и подвеска прибора Теплера показаны штриховой линией); на фиг.2. изображен разрез А-А устройства визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки, (показаны 2 отсека рабочей части аэродинамической установки); на фиг.3. представлен разрез Б-Б устройства визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки. Отсеки рабочей части аэродинамической установки пронумерованы слева направо.

Устройство содержит: сопло 1, крышку 2 рабочей части аэродинамической установки, отсек 3 рабочей части аэродинамической установки, силовой элемент 4 рабочей части аэродинамической установки, систему выхлопа в атмосферу 5, оптическое окно 6, блок установки 7 оптического окна, люк входа 8 в рабочую часть аэродинамической установки, координатник 9, испытуемую модель 10, окно 11 для термовизора, прибор Теплера 12, подвеску 13 прибора Теплера, зеркало 14 прибора Теплера, штангу перемещения 15 координатника, узел крепления 16 термовизора, термовизор 17.

Крышка 2 рабочей части аэродинамической установки не входит в состав заявленного устройства и показана на фиг.1 и 2 для лучшего восприятия устройства - примечание заявителя.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Из сопла 1 в отсеки 3 рабочей части аэродинамической установки истекает поток высокотемпературного газа, воздействующий на поверхность испытуемой модели 10, температура поверхности которой подлежит измерению термовизором 17, зафиксированного в узле крепления 16 в заданном положении. Испытуемая модель 10 закреплена в координатнике 9, имеющем возможность перемещения и крепления в штанге 15. Для контроля и анализа обтекания испытуемой модели 10, возникновения и изменения структуры картины обтекания используется теневой оптический прибор Теплера 12, позволяющий наблюдать и фотографировать картину обтекания испытуемой модели 10. Прибор Теплера 12 закреплен на подвеске 13, которая имеет возможность горизонтального и вертикального перемещения для фиксации прибора Теплера 12 непосредственно у оптического окна 6 первого или второго отсека 3 рабочей части аэродинамической установки. Оптическое окно 6 имеет блок установки 7, выполненный с возможностью фиксации оптического окна 6 в заданном положении.

Промышленная применимость подтверждается известностью использованных в полезной модели прибора Теплера (используется в прототипе "Прикладная аэродинамика" под ред. профессора Н.Ф.Краснова, стр.98-103) и термовизора (Анфимов Н.А., Землянский Б.А., Кислых В.В., Никулин А.Н., Турец В.Е. "Исследование теплообмена на поверхности моделей ЛА в аэрогазодинамической установке кратковременного действия с помощью термовизионной системы", Космонавтика и ракетостроение, вып.2 ЦНИИмаш, 1994 г., стр.9-21). Таким образом, все признаки заявленного устройства приведены в материалах заявки или известны.

1. Устройство визуализации обтекания модели в рабочей части аэродинамической установки, содержащее рабочую часть аэродинамической установки и прибор Теплера, отличающееся тем, что введен термовизор, установленный в плоскости, отличной от плоскости визирования прибора Теплера, а рабочая часть аэродинамической установки состоит из N отсеков рабочей части аэродинамической установки, где N=1, 2, 3, i-й отсек рабочей части аэродинамической установки, где i=1, 2 N, включает силовой элемент, выполненный с возможностью соединения отсеков рабочей части аэродинамической установки или соединения системы выхлопа в атмосферу с последним отсеком рабочей части аэродинамической установки, оптическое окно, окно для термовизора, узел крепления термовизора, расположенный над окном для термовизора и предназначенный для фиксации термовизора в заданном положении, подвеску прибора Теплера, выполненную с возможностью как горизонтального, так и вертикального перемещения и фиксации, зеркало прибора Теплера, выполненное с возможностью направления светового потока на испытуемую модель и расположенное на приборе Теплера, штангу перемещения координатника, расположенную внутри рабочей части аэродинамической установки, координатник, выполненный с возможностью установки испытуемой модели в заданное положение, испытуемую модель, при этом отсеки рабочей части аэродинамической установки пронумерованы слева направо.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый отсек рабочей части аэродинамической установки содержит сопло.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическое окно i-го отсека рабочей части аэродинамической установки, где i=1, 2 N, содержит блок установки оптического окна, выполненный с возможностью фиксации оптического окна в заданном положении.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что j-й отсек рабочей части аэродинамической установки, где j=1, 2 N, при этом ji, содержит люк входа в рабочую часть аэродинамической установки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испытуемая модель расположена в любом из N отсеков рабочей части аэродинамической установки.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термовизор установлен в плоскости, перпендикулярной плоскости визирования прибора Теплера.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая часть аэродинамической установки содержит три отсека: N=3, соединенных силовыми элементами, при этом испытуемая модель расположена в первом отсеке рабочей части аэродинамической установки, который имеет окно для термовизора, узел крепления термовизора и термовизор, установленный в плоскости, перпендикулярной плоскости визирования прибора Теплера, два оптических окна с соответствующими двумя блоками установки, которые размещены в первом и втором отсеках рабочей части аэродинамической установки соответственно, координатник закреплен во втором отсеке, а люк входа в рабочую часть аэродинамической установки расположен в третьем отсеке.