Развитие методов экспериментального исследования аэродинамических характеристик возвращаемых космических объектов
Диссертация
Настоящая работа преследует следующие цели: разработать и реализовать в сверхзвуковых аэродинамических трубах, не оснащенных шестикомпонентными аэродинамическими весами и р-механиз-мом, методику шестикомпонентных измерений аэродинамических характеристик моделей, алгоритм и программу вычисления на ЭВМ коэффициентов аэродинамических сил и моментов, как функций углов атаки и скольжения, а также… Читать ещё >
Список литературы
- Аэродинамические характеристики тел вращения (оперенных и неоперенных). Обзор ЦАГИ N 321, 1970.
- Ericsson L.E. and Reding J.P., Vortex Induced Asymmetric Loads on Slender Vehicles, Lockheed Missiles & Space Co., Sunnyvale, CA, LMSC-D630807, Contract N60921−77C-0234, Jan. 1979.
- Ericsson L.E. and Reding J.P., Review of Support Interference in Dynamic Tests, AIAA Journal, Vol. 21, Dec. 1983, pp. 1652−1666.
- Cfnning T.N. and Nielsen J.N., Experimental Study of the Influences of Supports on the Aerodynamic Loads on Ogive-Cylinder at High Anfles of Attack, AIAA Paper 81−0007, Jan. 1981.
- Klopfer G.H. and Nielsen J.N., Computational Fluid Dynamic Applications to Missile Aerodynamics, Paper presented at AGARD Fluid Dynamic Panel Symposium on Missile Aerodynamics, Tronheim, Norway, AGARD CP 336, Sept. 1982.
- Бродецкий М.Д., Васенев Л. Г., Зуенко B.C. Методика проведения, алгоритм и программа обработки шестикомпонентных весовых испытаний с использованием механических и тензометрических весов. Отчет ИТПМ N1149, 1980.
- Василенко Т.И., Запрягаев В. И., Певзнер А. С. Информационно-измерительная система «КАМАК кейс». Отчет ИТПМ N4/2000, 1999.
- Овечкина Л. В., Пирогов А. И., Шпак С. И. Развитие автоматизированной системы научных исследований ИТПМ. Часть V. Подсистема Т-313. Автоматизированный градуировочный стенд. Отчет ИТПМ N1725, Новосибирск. 1987 г.
- Овечкина Л. В., Пирогов А. И., Шпак С. И. АСНИ ИТПМ, подсистема Т-313. Операционная система для автоматизации аэродинамического эксперимента. Часть 2. Отчет № 1655, ИТПМ, Новосибирск.
- Бродецкий М.Д., Вышенков Ю. И., Ольховиков Г. П. и др. Многоканальный измеритель давлений МИД-100. В кн.: Методы и техника аэродинамических исследований (под ред. Харитонов A.M.), ИТАМ СО АН1. СССР, 1978, с. 99−113.
- Иванов М.С., Малыхин С. М. Система для накопления, анализа и обработки результатов аэродинамического эксперимента (СНАОД). Отчет ИТПМ N1311,1981 г. 1. ГЛАВА 2.
- Метод экспериментального исследования аэродинамических характеристик сверхзвуковых парашютов
- Условия существования той или иной схемы обтекания компоновки определяются ее геометрическими соотношениями и параметрами потока.
- Критическое расстояние /кр0 в (2.3) определено как расстояние от точки торможения переднего тела до миделевого сечения второго тела, a d-i и cfe-диаметры соответственно первого и второго по потоку тела.
- В работах 11.1,11.2. по изучению явления перестройки течения, указывается на существование гистерезиса перестройки, вызванного различием механизмов прямой (переход от открытой к закрытой схеме течения) и обратной перестройки.
- Для обеспечения требуемых характеристик парашюты выполняются с конструктивной проницаемостью, изменяющей условия расхода газа в течении между ГТ и куполом, что оказывает определенное влияние на перестройку течения 11.1−11.3.
- Только при некоторых значениях длины строп и диаметра купола эти границы располагаются таким образом, что при 0<КП<0,2 и 1,0<Моо<3,5 достаточно выражены все четыре области рассмотренных режимов работы парашюта.
- Таким образом, при проведении экспериментальных исследований по определению характеристик парашютов при сверхзвуковых скоростях необходимо учитывать различие характеристик, получаемых при различных режимах.
- Такой подход к определению характеристик парашютов при сверхзвуковых скоростях позволяет учесть влияние на них режимов работы и систематизировать представления о закономерностях, определяющих поведение характеристик парашютов.
- Как уже упоминалось, задачу исследования аэродинамических характеристик (АДХ) парашютных систем (ПС) можно разделить на две самостоятельные задачи:
- Изучение устойчивости и коэффициентов сопротивления парашюта в следе за головным телом (ГТ).
- Определение аэродинамических характеристик системы «ГТ+парашют» и условий балансировки этой системы.
- Данная глава посвящена разработке метода проведения экспериментальных исследований аэродинамических характеристик системы «ГТ + парашют» и условий балансировки этой системы в аэродинамической трубе ИТПМ Т-313.
- Принципиальная схема испытательного стенда
- Двухстепенной шарнир смонтирован на сферической головке державки 3.
- С использованием описанного стенда было выполнено несколько серий методических экспериментов, позволивших отработать его конструкцию и подтвердивших его работоспособность и хорошие метрологические характеристики.
- Датчики угла атаки и скольжения однотипны. В качестве примера на рис. 2.7 приведена конструкция датчика угла атаки.
- Схема измерителя угла р аналогична, но он расположен в плоскости XOZ. При этом используется тот же излучающий диод, что и для датчика а.
- В процессе градуировки углы атаки и скольжения устанавливались в диапазоне а=±-24° с шагом Да=3° и р=+12° с шагом др=2° и измерялись соответствующие им сигналы датчиков.
- Результаты градуировок показали, что тензовесы имеют линейную характеристику, а реакции на поперечные силы незначительны и ими можно пренебречь.21.3. Киносъемка парашюта
- В процессе отладки методики регистрации поведения парашюта в следеза ГТ при сверхзвуковых скоростях в аэродинамической трубе ИТПМ Т-313 было опробовано два различных способа съёмки наблюдаемой картины:
- Прямая съемка через окно камеры давления и рабочей части трубы.
- Съемка через окуляр теневого прибора ИАБ-451.
- Съемка через теневой прибор (рис. 2.9) дает возможность фиксировать на кинопленке форму купола и прямотеневую картину его обтекания. Однако точка зрения и обзор при этом жестко заданы, что, впрочем, имеет и свои преимущества.
- На рис. 2.33, 2.37 и 2.387 приведены типичные кинограммы, полученные в экспериментах.
- Методика проведения экспериментов
- При работе без к/к синхроимпульс на ШО и сигнал на запуск секундомера и АЦП подается нажатием кнопки «РЕАЛИЗАЦИЯ» на ППУ.1. Рис. 2.10.
- Таким образом, файл первичной информации состоит из двух частей:
- Показания датчиков, сигналы которых изменяются сравнительно медленно («отсчеты», в том числе взятые программно после каждой «реализации»).
- Одна или несколько «реализаций» дискретизированные с заданной частотой показания датчиков силы и/или положения ГТ, оцифрованные АЦП.
- Математическое обеспечение обработки результатовэкспериментов23.1. Первичная обработка
- Задача вычисления истинных значений углов атаки и скольжения, реализованных в эксперименте, решается в три этапа:1. Рис. 2.12.
- Сравнением расстояний между точкой, А и каждым из внутренних узлов градуировочной сетки, подсчитанных по формуле: находится ближайший к точке, А градуировочный узел (i, j) с координатами в плоскости углов «а-р» а-, и ft (точка В).
- Следует учесть, что погрешность определения углов существенно зависит от нелинейности градуировочной характеристики в окрестностях аэ и рэ. Эту погрешность можно снизить, используя интерполяцию более высокой степени.
- Согласно общепринятой методике Uo = (uoA/0 + Uon/0)/2, где uoA/0 напряжение на выходе тензовесов до начала эксперимента-и0п/о напряжение на выходе тензовесов после окончания эксперимента.
- Обезразмеривание силы производится отнесением ее к скоростному напору и характерной площади парашюта.
- Значения углов и коэффициентов силы с дополнительной информацией об эксперименте, содержащейся в протоколах, записываются для вторичной обработки и анализа.23.2. Вторичная обработка
- Я**И = + т.'X'n]/N, 0
- Спектральный анализ всех компонент может выполняться независимо.
- Для достижения значительной экономии машинного времени вычисление автокорреляций для первых разностей осуществляется по формуле II.20.:
- Ryy (k) * -Rxx (k-1)+2Rxx (k)-Rxx (k+1)
- Следует отметить, что, используя цифровые методы анализа, необходимо сверять получаемые результаты с киносъемкой, т.к. только она позволит судить об адекватности выбранной математической модели реальным процессам.
- Метрологическая аттестация измерительного комплекса
- Методология Калмановской фильтрации, предложенная в работе 11.24. для восстановления входных воздействий также требует знания динамической модели ИС (модели наблюдения в терминах автоматического управления).
- Указанное ограничение (отсутствие и сложность определения динамической модели ИС) не позволяет в данный момент воспользоваться методами решения некорректно поставленных обратных задач 11.25. и требует других подходов для достижения поставленной цели.
- Предположим, что нестационарную нагрузку, действующую на чувствительный элемент однокомпонентных тензовесов (ТВ) в момент времени tj (входное воздействие) можно представить в следующем виде:
- Fz = Fi + F2 + F3 + F4 + F5 (2.6)где Fj- результирующая нагрузка X-
- Fi= Fir (a, P) нагрузка, обусловленная аэродинамикой ГТ при a=const, P=const (регулярная, детерминированная составляющая) —
- F2=AFrr (a, р) нагрузка, обусловленная нестационарным взаимодействием потока с ГТ, учитывающая изменение местных скоростей потока, вызванные ненулевыми значениями скоростей изменения пространственной ориентации ГТ-
- F3= Fry (a, р, .Режим) нагрузка, обусловленная нестационарным взаимодействием потока с ТУ (случайный процесс) —
- F4— Fyyp6 аэродинамический шум, обусловленный турбулентностью потока (случайный процесс) —
- F5= Fny инерционная составляющая нагрузки, обусловленная собственными колебаниями ПУ, вызванными пульсациями нагрузки и колебаниями, приходящими от корпуса аэродинамической трубы (AT) (случайный процесс).
- Нагрузки Ft и F2 определяются аэродинамическими и вращательными производными ГТ, его характерным размером и параметрами потока.
- В первом приближении можно пренебречь искажениями местных скоростей потока, вызванными изменением пространственного положения модели и положить F2 «0.
- В простейшем случае однокомпонентной ИС и жестко закрепленного ГТ (а=0, р=0) выходной сигнал ТВ будет определяться вынуждающей силой (входным воздействием) на чувствительный элемент ТВ1. Fx (t)=FTy+FTyp6+Fny (2.7)
- Здесь Fjy (t) нестационарная аэродинамическая нагрузка, амплитуда, фаза и частота которой определяется поведением полностью раскрытого парашюта в следе ГТ.
- В случае многоканальной ИС (а, р, X) основным инструментом при решении поставленной задачи при случайном характере входного воздействия также являются методы корреляционного и спектрального анализа.
- Датчик частотомера 8 состоит из пары свето- и фотодиодов, направленных друг на друга и проходящего между ними тонкого венчика на маховике 4 с десятью щелями-прорезями.
- О номер отсчета в реализацииа 1.0105 i-0.5−2.01. П°0100 0200t> /оЯ^л il 0 / / ¦ V1. Wjo* vV V/ Vi ~ t, мс
- Jjiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiliiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii-0.7
- IMIIMIIIIMIMMIIIIIIIIIIIIIMIIIMIIIIIIIIM
- IIIIIIIIIIIIIII1IIIIIIIIIII-1.4−2.115 0100t, мс0.12−0.08o.e 0.6 OA 0.2 0t. Mc Рис. 2.14.