СТЕНДЫ УСП-4 и УСП-6

На следующем этапе были созданы автоматизированные стенды УСП-4 и УСП-6 для АТ  Т-109ЦАГИ. Семистепенной стенд УСП-4 позволяет производить автоматизированное перемещение одной из моделей по каналам Х, фи@ и гамма с одновременным перемещением обеих моделей по углу атаки на механизме @ аэродинамической трубы,а также неавтоматизированное перемещение одной из моделей по Y,Z,фи@ и гамма и другой модели по Х .Обе модели снабжены внутримодельными весами. На стенде УСП-4 совместно с ЦАГИ  были отработаны новые принципы управления и создана многоканальная система управления. В ходе проведения испытаний в трубе была осуществлена одновременная регистрация сигналов положения модели по оси Х и тензовесов, а также проверена возможность автоматического управления. Стенд имеет существенно большие возможности по диапазону изменения взаимного положения моделей по сравнению с прототипом – стендом УСП-3.

   Пятистепенной стенд УСП-6 создан для определения АХ двух одновременно отделяемых объектов от модели носителя, что необходимо, например, при анализе безопасности отделения двух боковых ускорителей. Стенд обеспечивает автоматическое перемещение обеих подвесок по оси Х и механизированное перемещение по осям Y и Z.

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АХ ПРИ ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ

              С целью определения АХ на режимах гиперзвуковых скоростей в АТ  Т-116 ЦАГИ отделом аэродинамики НПО «Молния»,с участием ЦАГИ был создан специальный экспериментальный комплекс,включающий в себя автоматизированный стенд УСП-12,охлаждаемые внутримодельные тензовесы,систему управления механизма перемещения модели по оси Х и систему регистрации результатов трубных испытаний.Стенд устанавливается на механизме @ за нижней стенкой АТ  Т-116,что даёт возможность автоматически изменять угол атаки в диапазоне @ от -6 до + 30 градусов и фиксированные углы скольжения Бэта, равные 0, 4 и 8 градусов. Стенд позволяет автоматически перемещать модели  ОК по координате Х в диапазоне от 0 до 350 мм, устанавливать модель ОК в трёх положениях по координате Y (0;75 и 225 мм ) и в двух положениях по координате Х ( 0 и 75 мм ),а также менять углы установки модели ОК относительно модели РН в диапазоне фи@ от 0 до 21 градуса.Угол крена гамма = 30 гр. Достигается путем поворота модели вместе с тензовесами относительно державки.Скорость автоматического перемещения модели по координате Х равна 30 мм.в сек. Стенд УСП-12 снабжен системами жидкостного и воздушного охлаждения самого стенда, тензовесов, электропривода и датчика положения.

Для обеспечения замера сил и моментов,действующих на ОК и РН  созданы специальные охлаждаемые  внутримодельные тензовесы. При исследованиях на гиперзвуковых скоростях  потока в связи с нагревом воздуха температура торможения может достигать 850 градусов С.Подобные температуры недопустимы для применения обычных плёночных тензодатчиков.В связи с этим,отдел аэродинамики НПО «Молния» совместно с НИО-7 ЦАГИ  были проведены исследования по возможности создания охлаждаемых тензовесов.Наиболее приемлемым оказался метод отсечки теплового потока от мест сочленения тензовесов с моделью и поддерживающим устройством. Для защиты от излучения внутренней поверхности корпуса модели был использован теплозащитный экран.Отсечка теплового потока осуществлялась охлаждением мест сочленения водой.Описание охлаждаемых тензовесов приведено в отдельном абзаце текста на этой странице. 

Внедрение описанного экспериментального  комплекса позволило впервые провести испытания по разделению объектов на больших числах М в АТ Т-116 ЦАГИ,существенно сократить время проведения эксперимента и обработки результатов,снизить трудоёмкость и выдать материалы в виде,удобном для их использования при проведении расчётных работ в процессе проектирования ОК.

УНИКАЛЬНЫЕ ОХЛАЖДАЕМЫЕ ТЕНЗОВЕСЫ

На чертеже из фотоальбома приведена схема пятикомпонентных  охлаждаемых тензовесов (Y,Z,Mx,My,Mz).Конструктивно тензовесы выполнены как весы консольного типа с тремя измерительными блоками: первый – Y и Mz; второй – Z и My; третий – Mx. По оси тензовесов проложены жестко укрепленные на торцах две трубки (одна в другой).Трубка меньшего диаметра имеет два отвода из медных трубок, проложенных в пазах цилиндрических посадочных мест тензовесов, посредством которых тензовесы сочленяются с моделью и поддерживающим устройством. Охлаждающая жидкость из системы охлаждения поступает в трубку меньшего диаметра и через неё в ответвление наружного охлаждения. Пройдя через змеевик рубашек охлаждения, жидкость через кольцевой канал между трубками поступает в ёмкость с отработанной водой, охлаждается и вновь подается помпой в систему охлаждения. Таким образом, тепловой поток, поступающий от тела модели и поддерживающего устройства, забирается охлаждающей жидкостью и не проходит к измерительным балкам. Для отражения конвекционного и лучистого теплового потока от внутренней поверхности модели используется экран с зеркально полированной внешней поверхностью.

   Созданию этих тензовесов предшествовала работа с НИО-7 ЦАГИ по исследованию распределения температур по моделям и тензовесам, эффективности системы охлаждения, метрологических характеристик тензовесов. Для определения эффективности и надежности системы охлаждения и определения температурного поля тензовесов в лабораторных условиях были проведены специальные испытания. На тензовесах,корпусе модели и на водопроводных шлангах были расположены термодатчики и термопары. С помощью нагревательного устройства создавался тепловой поток и определялась степень нагрева модели и тензовесов в различных сечениях без охлаждения и с охлаждением. Если без охлаждения температура на измерительных балочках тензовесов достигала 800 градусов, то с охлаждением – не более 200.Предложенная схема охлаждения полностью обеспечила нормальные условия работы тензорезисторов и, следовательно, получение достоверных данных по нагрузкам, действующих на модели.

СТЕНДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АХ ОК НА БОЛЬШИХ УГЛАХ АТАКИ

С целью обеспечения исследований на больших углах атаки отдел аэродинамики создал несколько  стендов и специальных устройств с применением особых технологий и методик проведения эксперимента и обработки его результатов. Одним из таких стендов стал стенд УСП-7  для АТ Т-108 ЦАГИ(см.схему в фотоальбоме ).Этот стенд позволяет производить фиксированную установку углов атаки и скольжения с необходимым, в зависимости от реализуемой программы испытаний шагом в диапазоне углов атаки до 80 градусов и углов скольжения до 40 градусов (механизм трубы позволяет обеспечить только углы атаки от 3 до 16 град. при нулевых  углах скольжения. Стенд позволил обеспечить проведение исследований по определению АХ  ОК  на трансзвуковых режимах обтекания ОК на закритических углах атаки. Эти исходные данные были необходимы для проведения расчетов и проектирования парашютной системы торможения и спасения аналогов ОК, представляющих собой свободно-летающие модели.

Для обеспечения исследований на закритических углах атаки в более широком диапазоне чисел М отделом аэродинамики был создан механизированный стенд (механизированная державка) УСП-14 для АТ Т-109 ЦАГИ. с автоматизацией отклонения по углу атаки до 45 градусов (вместо 16 град.,обеспечиваемых трубным механизмом угла атаки).Стенд снабжен приводом линейных перемещений с блоком безопасности, блоком слежения и управления и поворотной державкой, имеющей скорость перемещения 2 град./сек. Использование стенда УСП-14 позволило более чем в два раза увеличить количество информации, снимаемой при испытаниях за один пуск трубы по сравнению с использованием традиционных изогнутых державок.

Использование стендов типа УСП-7 и УСП-14 потребовало создания специальной методики оценки достоверности результатов из-за возможного влияния донной державки на больших углах атаки и скольжения.Для повышения достоверности результатов при испытаниях на этих стендах разработаны специальные внутримодельные тензовесы,существенно уменьшены размеры моделей и диаметры донных державок проанализированы и ,по-возможности, снижены требования к потребной точности определения АХ на больших углах атаки путем сравнения с результатами испытаний в других трубах,определены границы углов,при которых их можно считать достоверными и намечены пути дальнейшего совершенствования методики исследования на больших углах атаки и скольжения.

Одним из шагов в этом направлении явилось создание стенда УСП-15 для Т-116 ЦАГИ.,позволившего отработать методику внесения поправок от влияния поддерживающих устройств при различных способах крепления моделей. Стенд устанавливался на стойку механизма углов атаки АТ и был снабжен набором державок и специальными внутримодельными  пятикомпонентными тензовесами. Схематически методика изображена на чертеже из фотоальбома на этой странице сайта.

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ЗАМЕТОК НАЧАЛЬНИКА ОТДЕЛА АЭРОДИНАМИКИ

    Как уже отмечалось,выбор рациональных параметров компоновки Орбитального Корабля (ОК) представляет собой многопараметрическую задачу и требует углубленных комплексных исследований. Одним из важнейших направлений обеспечения комплексного проектирования ОК является аэродинамическое обеспечение, включающее в себя определение Аэродинамических Характеристик (АХ) и формирование комплекса Исходных Данных (ИД) по АХ. В отличие от обычных самолётов, имеющих сравнительно ограниченные диапазоны режимов полёта, ОК имеет значительно большее количество режимов полёта, что предъявляет особые требования к методам и средствам аэродинамического обеспечения его проектирования, т.к.традиционные методы и средства не могут в полной мере и с высокой эффективностью обеспечить решение необходимого объёма задач, возникающих при его создании.

   На начальном этапе проектирования ОК для определения АХ ОК возможно использование теоретических методов расчёта, однако из-за недостаточной их точности и ограниченных возможностях использования для некоторых режимов полёта для конфигураций тел типа ОК, на первый план выходят Экспериментальные Исследования(ЭИ) моделей ОК в аэродинамических трубах и исследования на летающих моделях с моделированием критериев подобия, совпадающих или близких к значениям натурного ОК.

   В связи с этим, одной из важнейших задач отдела аэродинамики является создание методов и средств обеспечения экспериментального определения АХ с использованием специальных аэродинамических моделей, стендов, тензовесов и устройств с новыми функциональными возможностями, а также создание методов и средств обработки результатов ЭИ, получение ИД  и представления их в виде Банков Данных (БД),обеспечивающих возможность их использования специалистами различных направлений, участвующих в проектировании ОК, для проведения расчётных работ на ЭВМ и моделирования на стендах.

СРЕДСТВА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРБИТАЛЬНОГО КОРАБЛЯ «БУРАН»

   В процессе разработки ОК важную роль играют исследования по аэродинамической интерференции (АХИ) как между отдельными элементами аэродинамической компоновки ОК, так и между ОК и ракетой-носителем (РН) в совместном полёте при выведении на орбиту, или при возможном аварийном отделении ОК от РН на любом участке траектории выведения, а также при транспортировке ОК на самолёте на внешней подвеске. Наиболее достоверным способом исследования АХИ разделяющихся объектов являются эксперименты в аэродинамических трубах (АТ).При этом АХИ определяются как функции, зависящие от большого числа параметров, характеризующих их взаимное положение. В связи с этим для проведения эксперимента во всем объёме изменения параметров линейных и угловых перемещений и параметров взаимного положения, необходимы значительные объёмы трубного времени. На начальных стадиях разработки возможно применение механизированных стендов, но в дальнейшем, когда объём потребной информации резко возрастает, решить задачу исследования АХИ возможно только при наличии автоматизированных стендов, обеспечивающих взаимное перемещение моделей непосредственно во время эксперимента без остановки АТ.

   В отделе аэродинамики НПО «Молния» работало несколько высококлассных специалистов (Буйко Д.П.Большаков Г.А., Зимин Ю.М., Грибелюк А.Б. и другие ), имеющих большой опыт создания моделей,стендов,тензовесов и других устройств для исследования АХИ при разработках предыдущих проектов (например-сброс и отделение ракет от самолета-носителя и т.п.).Ими были уже спроектированы и изготовлены несколько стендов под задачи предыдущей тематики, они были немедленно приспособлены для решения задач по тематике «Бурана». Однако, для решения аэродинамических задач для ОК потребовалось создание много нового, чаще всего уникального оборудования.В частности, для стендов по исследованию АХИ были поставлены и выполнены следующие задачи:

-увеличение числа автоматизированных каналов управления;

-обеспечение стыковки стенда с ЭЦВМ для реализации возможности проведения исследований по методу «привязанной траектории», обеспечиваещему минимальные затраты трубного времени;

-обеспечения проведения исследований в гиперзвуковых аэродинамических трубах при высоких температурах;

-обеспечение максимально возможного диапазона перемещений;

-обеспечения взаимозаменяемости элементов стендов с целью реализации возможностей по исследованию различного типа компоновок ОК и для уменьшения затрат на создания новых стендов.

 В фотоальбоме на этой странице сайта приведены общие виды большинства стендов, сложных аэродинамических моделей и тензовесов. На страницах сайта также приведены краткие описания и основные технические характеристики этого оборудования.

СТЕНДЫ УСП-5 и УСП-11

На первом этапе работы были созданы неавтоматизированные стенды УСП-5 для АТ Т-114ЦАГИ с возможностью перемещения одной из моделей по Y и  @  и стенд УСП-11 для АТ Т-108 ЦАГИ с возможностью перемещения одной из моделей по X,Y,Z,@ и другой модели по @ и гамма. Каждый из этих стендов размещается на механизме @  АТ,позволяющий менять угол атаки в пределах возможностей трубных механизмов.Схемы стендов представлены  выше в альбоме.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД УСП-10 ДЛЯ АТ Т109 ЦАГИ

Дальнейшим развитием автоматизированных стендов явилось создание семистепенного стенда УСП-10,конструкция которого предусматривает возможность одновременного изменения положения модели ОК и РН во время проведения эксперимента в аэродинамической трубе Т-109 ЦАГИ.При этом модель ОК с помощью специального механизма имеет возможность осуществлять круговое изменение угла атаки от 0 до 360 градусов, а модель РН имеет возможность автоматизированного перемещения по углам фи@ и гамма.Кроме того,в конструкцию стенда заложена возможность перемещения по оси Z  и изменения угла скольжения (бета). Стенд УСП-10 размещается на подвеске АТ,которая позволяет проводить с помощью механизма @  совместное изменение углов атаки и скольжения обеих моделей. Возможность автоматического перемещения модели по указанным направлениям позволяет производить во время эксперимента перемещение модели по плоской траектории движения,что значительно повышает производительность эксперимента.

   При создании стенда УСП-10 возникла проблема обеспечения достоверности результатов эксперимента в связи с возможным влияниям поддерживающих устройств.В связи с этим,расстояние между продольными элементами П – образной державки,на которой крепится модель РН, выбиралось из условия,что модели ОК и РН при любом взаимном положении не входят в область возмущения от скачков уплотнения,идущих от заостренных носовых частей этих элементов.Необходимость исключения влияния поперечного элемента П – образной державки потребовала разработки специальной методики проведения эксперимента с использованием донных державок и проведения испытаний в несколько этапов. При проведении исследований на углах атаки до 16 градусов на стенде предусмотрено использование вместо П – образной державки обычной донной державки,что исключает проблему вредного влияния поперечного элемента П – образной державки.