Ученые Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева — КАИ (КНИТУ-КАИ) разработали и запатентовали экспериментальный стенд для аэродинамической трубы. Он позволяет изучать поведение крыла или лопасти вертолета в условиях сложного движения. Главная цель разработки — повысить точность проектирования несущих винтов вертолетов и других летательных аппаратов.
В реальном полете лопасти вертолета испытывают сложные, переменные нагрузки. Например, при горизонтальном полете несущий винт вертолета работает в режиме косого обтекания: каждая лопасть при вращении оказывается в положении как навстречу потоку, так и попутно ему, таким образом скорость ее обдува непрерывно меняется. Нагрузка на лопасть в полете заметно отличается от той, которую получают при продувке неподвижной модели. В частности, возникают: запаздывание реакции лопасти на изменение угла атаки (гистерезисные петли) и динамический срыв — резкое падение подъемной силы. Такие эффекты нельзя надежно предсказать по статическим испытаниям, нужны эксперименты в движении. Новый стенд позволяет их проводить.
В процессе испытаний модель крыла крепится на подшипниковых опорах, установленных на стойках с тензометрическими датчиками. Эти датчики измеряют силы, действующие на крыло. Движение создается с помощью привода: электродвигатель вращает водило, на котором установлены ведущий и вспомогательный сателлиты, находящиеся в зацеплении с эпициклом. На ведущем сателлите через регулируемый эксцентрик закреплен шатун, который передает движение на качающийся рычаг, связанный с моделью крыла. Регулируемый эксцентрик позволяет добавлять вторую гармонику и настраивать амплитуду и фазу ее колебаний. Такая конструкция позволяет моделировать сложные движения — с учетом первой и второй гармоник, — а не только простые синусоидальные колебания.
«Эффективность нашего подхода подтверждена созданием стенда и успешными экспериментами на нем. Практическая значимость разработки заключается в том, что данные со стенда помогут точнее проектировать несущие винты вертолетов и крылья других летательных аппаратов. Фундаментальное же значение заключается в более глубоком понимании нестационарной аэродинамики, то есть механизмов взаимодействия воздуха с движущимся крылом в постоянно меняющихся условиях. В перспективе это сделает полеты безопаснее, а авиатехнику — эффективнее», — отметила один из авторов разработки, доцент кафедры аэрогидродинамики КНИТУ-КАИ Ляйсан Гарипова.
По словам ученых, уникальность разработки в том, что она преодолевает ограничения существующих стендов, которые либо дают только синусоидальные колебания, либо используют громоздкую поддержку. Крупная конструкция мешает потоку в аэродинамической трубе и создает лишнее аэродинамическое сопротивление и демпфирование, из-за чего данные эксперимента становятся менее точными. Новый стенд КНИТУ-КАИ позволяет гибко управлять формой движения и получать более полные и реалистичные данные.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда и Академии наук Республики Татарстан.
