RU2375265C1 - Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface - Google Patents
Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375265C1 RU2375265C1 RU2008130374/11A RU2008130374A RU2375265C1 RU 2375265 C1 RU2375265 C1 RU 2375265C1 RU 2008130374/11 A RU2008130374/11 A RU 2008130374/11A RU 2008130374 A RU2008130374 A RU 2008130374A RU 2375265 C1 RU2375265 C1 RU 2375265C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forming surface
- load bearing
- bearing set
- aircraft
- parts
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение может быть использовано в той области техники, где необходимо получить подобие натурному объекту по геометрическим, жесткостным и массово-инерционным характеристикам. Особенно актуально данное изобретение в области авиации при создании динамически подобных моделей (ДПМ) несущих поверхностей (крыла, горизонтального оперения, вертикального оперения) летательных аппаратов (ЛА), используемых для исследований явлений аэроупругости в аэродинамических трубах (АДТ).The invention can be used in the technical field where it is necessary to obtain a similarity to a natural object in terms of geometric, stiffness and mass-inertial characteristics. This invention is especially relevant in the field of aviation when creating dynamically similar models (PDM) of bearing surfaces (wing, horizontal tail, vertical tail) of aircraft (LA) used to study the phenomena of aeroelasticity in wind tunnels (ADT).
Область применения - авиа- и машиностроение.Scope - aircraft and mechanical engineering.
Известен способ изготовления конструктивно подобных моделей (КПМ) несущих поверхностей летательных аппаратов. Они являются моделями-копиями несущих поверхностей натурных ЛА и представляют собой разновидность динамически подобных моделей, применяемых для исследования явлений аэроупругости. Способ изготовления таких моделей следующий. Все силовые элементы реальной конструкции уменьшают в KL - раз в зависимости от материалов, из которых их изготавливают. Силовой «скелет» несущих поверхностей модели собирают из силовых элементов согласно чертежу методом склейки, сварки и клепки. Затем изготовленную из определенного материала и необходимой толщины обшивку наклеивают, наваривают или наклепывают на силовую часть модели. Такие модели изготавливают с использованием целлулоида, целлулоида и металла или только металла (сталь, дюраль).A known method of manufacturing structurally similar models (CPM) of the bearing surfaces of aircraft. They are replica models of the bearing surfaces of full-scale aircraft and represent a variety of dynamically similar models used to study the phenomena of aeroelasticity. A method of manufacturing such models is as follows. All power elements of a real design are reduced by K L - times depending on the materials from which they are made. The power "skeleton" of the bearing surfaces of the model is assembled from power elements according to the drawing by gluing, welding and riveting. Then, the casing made of a certain material and the required thickness is glued, welded or riveted onto the power part of the model. Such models are made using celluloid, celluloid and metal, or only metal (steel, duralumin).
Способ изготовления такого типа моделей в зависимости от применяемого материала имеет те или иные достоинства и недостатки. Например, способ изготовления КПМ несущих поверхностей из целлулоида отличается простотой: целлулоид легко обрабатывается, хорошо штампуется в нагретом состоянии, надежно склеивается. Что касается КПМ из армированного металлом целлулоида, то способ их изготовления имеет преимущество перед изготовлением чисто целлулоидных моделей в том, что их удельная жесткость выше, и поэтому легче выполнить требования подобия по массово-инерционным характеристикам. Способ изготовления металлических КПМ несущих поверхностей ЛА отличается тем, что такие модели наиболее точно передают конструктивные особенности металлических несущих поверхностей ЛА благодаря упрощению расчетов сечений силовых элементов, за счет чего обеспечивается высокая точность динамических характеристик в целом.A method of manufacturing this type of model, depending on the material used, has certain advantages and disadvantages. For example, the method of manufacturing KPM of bearing surfaces from celluloid is simple: the celluloid is easily processed, it is well stamped in the heated state, and it is firmly bonded. As for the CPM of metal-reinforced celluloid, the manufacturing method has an advantage over the manufacture of pure celluloid models in that their specific stiffness is higher, and therefore it is easier to fulfill the similarity requirements for mass-inertial characteristics. A method of manufacturing metal CPM of aircraft bearing surfaces is characterized in that such models most accurately convey the design features of metal aircraft bearing surfaces due to simplified calculations of the cross sections of power elements, thereby ensuring high accuracy of the dynamic characteristics in general.
Недостатками способа изготовления различных типов КПМ несущих поверхностей в целом являются большая трудоемкость и высокая стоимость изготовления в связи с большим количеством деталей в конструкции.The disadvantages of the method of manufacturing various types of KPM bearing surfaces as a whole are the high complexity and high cost of manufacture due to the large number of parts in the structure.
Известен принятый за прототип способ изготовления каркасных ДПМ несущих поверхностей. Такой способ позволяет воспроизводить упругие свойства с помощью однослойных или двухслойных пластин с наклепанными ребрами жесткости, заменяющими лонжероны и нервюры натурной конструкции. Пластину и ребра жесткости изготавливают из фанеры или металла путем механической обработки до необходимых размеров, а также из полимерного композиционного материала методом контактного формования. Аэродинамические обводы или формообразующую поверхность (ФОП) получают путем наклеивания на силовой каркас маложесткого материала (модуль упругости приблизительно в 100 раз меньше, чем у материала силовых элементов) и его механической обработки до необходимых внешних размеров. Эти модели удобны для моделирования несущих поверхностей практически любых авиационных и ракетных изделий. Кроме того, их отличает относительно невысокая трудоемкость.Known adopted for the prototype method of manufacturing a frame DPM bearing surfaces. This method allows you to reproduce the elastic properties using single-layer or double-layer plates with riveted stiffening ribs, replacing the side members and ribs of the natural structure. The plate and stiffeners are made of plywood or metal by machining to the required dimensions, as well as from a polymer composite material by contact molding. Aerodynamic contours or shape-forming surface (PF) are obtained by gluing a non-rigid material onto the force frame (the elastic modulus is approximately 100 times less than that of the material of the force elements) and machining it to the required external dimensions. These models are convenient for modeling bearing surfaces of almost any aircraft and missile products. In addition, they are distinguished by a relatively low complexity.
Недостатком такого способа изготовления моделей несущих поверхностей является недостаточная точность в воспроизведении жесткостных и геометрических характеристик по отношению к конструкциям несущих поверхностей натурной конструкции.The disadvantage of this method of manufacturing models of bearing surfaces is the lack of accuracy in reproducing the stiffness and geometric characteristics with respect to the structures of the bearing surfaces of the full-scale structure.
Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой точности геометрического подобия внешней аэродинамической поверхности модели несущей поверхности по отношению к натурному объекту от 0,1 до 0,05 мм, а также высокая точность воспроизведения массово-инерционных и жесткостных характеристик и технологичность изготовления.The technical result of the invention is to ensure high accuracy of the geometric similarity of the external aerodynamic surface of the bearing surface model with respect to the full-scale object from 0.1 to 0.05 mm, as well as high accuracy of reproduction of mass-inertial and stiffness characteristics and manufacturability.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления ДПМ несущих поверхностей ЛА, основанном на изготовлении силового набора из пластины, лонжеронов и нервюр на основе полимерного композиционного материала, и формообразующей поверхности (ФОП), выполняющей роль внешней аэродинамической поверхности, предусматривают изготовление силового набора методом прессования с использованием цулаг, а формообразующую поверхность, полученную в виде двух частей - верхней и нижней, путем разрезания, изготавливают из полимерного вспенивающегося материала с модулем упругости в 104 раз меньшим, чем у материала силового набора, путем заливки полимерного материала в пресс-форму, которую выполняют увеличенной по высоте в 3-4 раза по отношению к максимальной высоте внешней аэродинамической поверхности с помощью вставок по передней, боковым и задней кромкам, затем между элементами силового набора и частями формообразующей поверхности делают гарантированные зазоры, заполняют их тем же полимерным материалом, из которого изготовлена формообразующая поверхность, и склеивают таким образом в пресс-форме верхнюю и нижнюю части поверхности с силовым набором.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a PDM of aircraft bearing surfaces, based on the manufacture of a force set from a plate, spars and ribs based on a polymer composite material, and a forming surface (FOP) acting as an external aerodynamic surface, the force set is manufactured by pressing using tsulag, and the forming surface, obtained in the form of two parts - the upper and lower, by cutting, is made of polymer foaming schegosya material with a modulus of elasticity of 10 4 times less than the power set material by casting the polymeric material into the mold, which is performed in the increased height 3-4 times as compared to the maximum height of the outer aerodynamic surface using inserts on the front, to the lateral and trailing edges, then between the elements of the power set and the parts of the forming surface, guaranteed gaps are made, they are filled with the same polymeric material of which the forming surface is made, and glued together in the mold in the upper and lower parts of the surface with a power set.
На фиг.1а и б изображен чертеж силового набора ДПМ несущей поверхности, состоящего из пластины, лонжерона и нервюр (1а), и формообразующей поверхности (1б).On figa and b shows a drawing of the power set of the PDM of the bearing surface, consisting of a plate, a spar and ribs (1A), and the forming surface (1b).
На фиг.2 представлена фотография ДПМ несущей поверхности, выполненной по способу, описанному выше. Модель установлена на жестком стенде для проведения частотных испытаний.Figure 2 presents a photograph of the PDM of the bearing surface, made according to the method described above. The model is mounted on a rigid stand for conducting frequency tests.
На фиг.3 и 4 показаны некоторые формы собственных колебаний конструкции модели, полученные с использованием лазерного сканирующего виброметра при частотных испытаниях конструкции.Figures 3 and 4 show some forms of natural vibrations of the model structure obtained using a laser scanning vibrometer during frequency testing of the structure.
На фиг.5 представлены результаты испытаний на флаттер ДПМ несущей поверхности, изготовленной по новой технологии, в аэродинамической трубе.Figure 5 presents the test results for flutter DPM bearing surface, made by the new technology in a wind tunnel.
Способ изготовления ДПМ несущей поверхности заключается в следующем. Используя математическую модель, рассчитывают толщину пластины, состоящую из отсеков 1-6, лонжерона 7 и нервюр 8, а затем, на основании расчетов, разрабатывают чертеж силового набора (фиг.1а). Углеродный армирующий наполнитель вырезают в соответствии с необходимыми размерами отсеков 1-6 пластины, лонжеронов 7 и нервюр 8, затем пропитывают выбранным полимерным связующим и укладывают слоями в соответствии с рассчитанным количеством и схемой ориентации. Затем силовые элементы отверждают в соответствии с выбранным температурным режимом методом прессования с использованием цулаг и склеивают друг с другом.A method of manufacturing a PDM bearing surface is as follows. Using a mathematical model, calculate the thickness of the plate, consisting of compartments 1-6, the
Материал формообразующей поверхности выбирают с низким модулем упругости (≈ в 104 раз меньшим, чем у материала силового набора), поэтому его влияние на жесткость силового набора и в целом на общую жесткость конструкции модели сводится к минимуму. ФОП изготавливают путем заливки полимерной массы со вспенивающим агентом в предварительно подготовленную пресс-форму, причем эту форму выполняют увеличенной по высоте в 3-4 раза по отношению к максимальной высоте внешней аэродинамической поверхности с помощью вставок по передней, боковым и задней кромкам. Верхнюю и нижнюю ФОП получают при разрезании отвержденной вспененной полимерной массы в соответствии с необходимой высотой, при этом лишнюю часть, находящуюся между поверхностями, удаляют.The material of the forming surface is chosen with a low modulus of elasticity (≈ 10 4 times less than that of the material of the power set), therefore, its effect on the rigidity of the power set and in general on the overall structural rigidity of the model is minimized. FOP is made by pouring a polymer mass with a blowing agent into a pre-prepared mold, and this form is increased in height by 3-4 times with respect to the maximum height of the external aerodynamic surface using inserts along the front, side and rear edges. The upper and lower FOP are obtained by cutting the cured foamed polymer mass in accordance with the required height, while the excess part located between the surfaces is removed.
Склейку верхней и нижней частей формообразующей поверхности с силовым набором осуществляют в той же пресс-форме, в которой изготавливалась ФОП. Между элементами силового набора и частями формообразующей поверхности делают гарантированные зазоры, которые заполняются тем же полимерным материалом, из которого изготовлена ФОП. За счет этого происходит склеивание силового набора с верхней и нижней частями формообразующей поверхности. Высокая химическая активность и соответственно высокая адгезия практически к любым поверхностям этого материала обеспечивает высокую прочность склейки обеих частей ФОП 2-3 с силовым набором 1 (фиг.1б), причем одновременно исключается присутствие третьего материала - клеевой прослойки и ее влияние на общую жесткость модели. Полученная при этом ФОП отличается гладкостью поверхности и полностью соответствует внутренней поверхности пресс-формы, чем обеспечивается высокая точность геометрического подобия такой модели. Поэтому формообразующая поверхность практически не требует заключительной обработки, и полученная таким образом конструкция представляет собой законченную ДПМ несущей поверхности (фиг.2).The gluing of the upper and lower parts of the forming surface with the power set is carried out in the same mold in which the FOP was made. Between the elements of the power set and the parts of the forming surface, guaranteed gaps are made, which are filled with the same polymeric material from which the POP is made. Due to this, the power set is bonded to the upper and lower parts of the forming surface. High chemical activity and, correspondingly, high adhesion to almost any surface of this material provides high bonding strength of both parts of the FOP 2-3 with power kit 1 (Fig. 1b), while the presence of a third material - the adhesive layer and its effect on the overall rigidity of the model is simultaneously excluded. The resulting POP is characterized by a smooth surface and fully corresponds to the inner surface of the mold, which ensures high accuracy of the geometric similarity of such a model. Therefore, the forming surface practically does not require final processing, and the structure thus obtained is a finished PDM of the bearing surface (Fig. 2).
Следующим этапом производят определение массово-инерционных характеристик модели, то есть измеряют массу готового изделия, определяют главные моменты инерции и центр тяжести ДПМ и в случае необходимости их доводят до необходимых величин с помощью доводочных грузов.The next step is the determination of the mass-inertial characteristics of the model, that is, the mass of the finished product is measured, the main moments of inertia and the center of gravity of the PDM are determined and, if necessary, they are brought to the required values using lapping weights.
Далее проводят частотные испытания ДПМ несущей поверхности. В результате проведенных частотных испытаний был получен спектр собственных тонов колебаний в предполагаемом диапазоне частот. Выявлено более 10 упругих тонов. На фиг.3-4 показаны частоты и формы колебаний первых трех собственных тонов. Полученные формы колебаний модели хорошо согласуются с формами колебаний натурных конструкций, имеющих аналогичные геометрические формы.Next, conduct frequency tests of the PDM of the bearing surface. As a result of the frequency tests, a spectrum of natural vibration tones was obtained in the proposed frequency range. Revealed more than 10 elastic tones. Figures 3-4 show the frequencies and waveforms of the first three eigen tones. The obtained vibration modes of the model are in good agreement with the vibration modes of full-scale structures having similar geometric shapes.
В ЦАГИ изготовлена ДПМ несущей поверхности (вертикального оперения - ВО) сверхзвукового перспективного самолета для испытаний на флаттер в АДТ.At TsAGI, a PDM of a bearing surface (vertical tail - VO) of a supersonic promising aircraft for flutter testing in ADT was made.
ДПМ ВО прошла серию испытаний (30 пусков) на флаттер в аэродинамической трубе ЦАГИ. Получены разные формы флаттера с различными частотами и амплитудами колебаний. ДПМ ВО обладает высокой точностью, что подтверждается отсутствием выпадающих точек и плавностью кривых на фиг.5. На графике фиг.5 представлены зависимости критической скорости флаттера модели от частоты ее вращения, при этом частоты модели на изгиб для каждой кривой имеют свое значение:DPM VO passed a series of tests (30 launches) for flutter in the TsAGI wind tunnel. Different forms of flutter with various frequencies and amplitudes of vibrations are obtained. DPM VO has high accuracy, which is confirmed by the absence of outliers and the smoothness of the curves in figure 5. The graph of figure 5 presents the dependence of the critical speed of the flutter of the model on the frequency of its rotation, while the frequency of the model in bending for each curve has its own value:
При осмотре ДПМ ВО после испытаний отсутствовали какие-либо повреждения и остаточные деформации, что говорит о ее хорошей живучести и прочности.When examining the DPM VO after testing, there were no damages and residual deformations, which indicates its good survivability and strength.
Применение способа изготовления ДПМ несущих поверхностей ЛА позволяет создавать модели с высокой точностью воспроизведения массово-инерционных и жесткостных характеристик, геометрического подобия натурному объекту для исследования характеристик аэроупругости ЛА в АДТ.The application of the method of manufacturing PDM of aircraft bearing surfaces allows creating models with high fidelity of reproducing mass-inertial and stiffness characteristics, geometric similarity to a full-scale object for studying the characteristics of aircraft aeroelasticity in ADT.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130374/11A RU2375265C1 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130374/11A RU2375265C1 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2375265C1 true RU2375265C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008130374/11A RU2375265C1 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2375265C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536416C1 (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Production of resilient-like aircraft models at nc machine tools |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB860391A (en) * | 1957-01-23 | 1961-02-01 | Hans Otto Fischer | A method of manufacturing aeroplane wings and tail units |
| RU2030336C1 (en) * | 1991-03-05 | 1995-03-10 | Евгений Григорьевич Сабадаш | Method of manufacture of hollow bearing-wall skeleton structures |
| SU1777297A1 (en) * | 1990-02-12 | 1997-05-20 | Обнинское научно-производственное объединение "Технология" | Panel of composite material and method for making the same |
| US5728309A (en) * | 1991-04-05 | 1998-03-17 | The Boeing Company | Method for achieving thermal uniformity in induction processing of organic matrix composites or metals |
| EP1586503A1 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Jasman Asia Ltd | Lightweight airfoil and method of manufacturing same |
| RU2266847C1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева | Method of manufacture of hollow aerodynamic structure from composite materials |
-
2008
- 2008-07-24 RU RU2008130374/11A patent/RU2375265C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB860391A (en) * | 1957-01-23 | 1961-02-01 | Hans Otto Fischer | A method of manufacturing aeroplane wings and tail units |
| SU1777297A1 (en) * | 1990-02-12 | 1997-05-20 | Обнинское научно-производственное объединение "Технология" | Panel of composite material and method for making the same |
| RU2030336C1 (en) * | 1991-03-05 | 1995-03-10 | Евгений Григорьевич Сабадаш | Method of manufacture of hollow bearing-wall skeleton structures |
| US5728309A (en) * | 1991-04-05 | 1998-03-17 | The Boeing Company | Method for achieving thermal uniformity in induction processing of organic matrix composites or metals |
| EP1586503A1 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Jasman Asia Ltd | Lightweight airfoil and method of manufacturing same |
| RU2266847C1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева | Method of manufacture of hollow aerodynamic structure from composite materials |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536416C1 (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Production of resilient-like aircraft models at nc machine tools |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101509825B (en) | Aeroplane buffet air tunnel model integration design and manufacturing method | |
| CN105354348B (en) | Manufacturing method of wing low-speed flutter wind tunnel model | |
| Yang et al. | Study on vibration damping of composite sandwich cylindrical shell with pyramidal truss-like cores | |
| CN110186640B (en) | Wing wind tunnel model manufacturing method and wing wind tunnel model | |
| Krog Kruse et al. | Wind tunnel experiments on a NACA 633‐418 airfoil with different types of leading edge roughness | |
| Muc et al. | Experimental investigations of compressed sandwich composite/honeycomb cylindrical shells | |
| Fischer | Realistic Fe simulation of foldcore sandwich structures | |
| RU2375265C1 (en) | Method of producing dynamically similar model of aircraft bearing surface | |
| Fernandez et al. | Subcomponent development for sandwich composite wind turbine blade bonded joints analysis | |
| CN213180614U (en) | Flutter wind tunnel model of airplane winglet | |
| KR101499497B1 (en) | Nonlinear equivalent modeling method and system of composite blade and recording medium in which program of the method has been recorded | |
| CN112270043B (en) | A Design Method of Wind Tunnel Model for Aircraft Aerodynamic Noise | |
| CN109902323A (en) | A kind of wing load-bearing capacity analysis method with film stressed-skin construction | |
| US20160272295A1 (en) | Connection system, connection arrangement and method | |
| CN209841333U (en) | Wing wind tunnel model | |
| CN115924023B (en) | Sectional steel frame hull model and processing method | |
| CN112197936A (en) | Flutter wind tunnel model of airplane winglet and manufacturing method thereof | |
| RU2375266C1 (en) | Dynamically similar model of aircraft bearing surface | |
| Rosemeier et al. | A practical approach for the peel stress prediction in the trailing-edge adhesive joint of wind turbine blades | |
| Murri et al. | Fatigue and damage tolerance analysis of a hybrid composite tapered flexbeam | |
| RU2578915C1 (en) | Dynamically similar aerodynamic model of aircraft bearing surface | |
| CN110789145A (en) | Checking structure for secondary bonding molding of composite material honeycomb sandwich structure | |
| Rosemeier et al. | Sub-components of wind turbine blades: Proof of a novel trailing edge testing concept | |
| CN116029045A (en) | Design method of high-speed flutter model of low aspect ratio wing | |
| CN110815899B (en) | Helicopter blade embedded box-shaped device and forming method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130725 |