날개 피부는 항공기 공기역학적 구조의 중요한 부분으로 성능 품질은 비행 안전과 관련이 있습니다. 피부는 항공기 날개, 동체 등의 단면 구조에 자주 사용되는 항공기의 "피부"와 동일합니다. 피부가 손상되면 항공기의 우수한 공기 역학적 성능이 파괴되고 성능이 저하될 수 있습니다. 손상된 지역의 힘이 강해 비행 안전이 위험해질 수 있습니다.

모 대학 연구팀이 유연한 항공기 외피를 대상으로 풍동 실험을 실시했다. 광학 스트레인 측정 시스템을 사용하여 그들은 7°의 스윕 각도에서 날개 스킨의 성능에 대한 받음각, 풍속 및 온도의 영향을 연구했습니다. 본 연구의 목적은 다양한 작동 조건에서 날개 구조의 기계적 특성을 이해하고 온도, 받음각, 풍속 중 단일 변수를 변경할 때 면외 변위에 대한 결과를 얻는 것입니다(외피 변형 및 풍속과 같은 모드 매개변수 수집). 진동 정보). 이번 실험은 항공기 날개의 성능을 향상시키는 데 중요한 데이터를 제공했다.

1. 실험과정

실험에 앞서 연구팀은 날개 껍질 표면에 유연한 소재의 피부층을 바르고 제자리에 고정시켰다. 그런 다음 유연한 소재 피부의 외부 표면에 반점을 만들었습니다. 날개는 7°의 스윕 각도로 조정되었으며 풍동 내 마운트에 고정되었습니다. 제동장치를 통해 날개의 받음각을 -4°와 0°로 설정하고 날개 내부에 발열장치를 부착하였다.

실험은 Revealer DIC 측정 시스템을 통해 날개의 초기 상태를 수집하고 기록하며, 세그먼트는 후퇴 각도 7°, 공격 각도 -4° 및 0°의 세 가지 풍속에서 실시간 데이터를 기록합니다. 또한 유연한 소재 스킨이 열 평형에 도달할 때 동일한 실험 각도에서 변형률 데이터를 수집하고 기록합니다.

실험에서는 풍속이 점차 30m/s로 증가하면서 풍동이 시작됩니다. 풍속이 안정되면 고속 데이터 수집이 수행됩니다. 풍속은 천천히 40m/s로 상승하고 안정화된 후 고속 데이터 수집이 다시 수행됩니다. 풍속은 45m/s까지 점차 증가하고 안정화 후 고속 데이터 수집이 수행됩니다. 가열 열평형 상태에서의 실험 설정은 위에서 설명한 작업을 반복합니다.

2. 실험 데이터 분석

날개가 안정된 상태에서 고속 획득 과정이 진행되기 때문에 초기 단계에서는 풍속 30m/S, 40m/S, 45m/S에서 수집된 영상 3개 프레임을 선택해 계산한다. 초기 단계의 한 프레임은 참조 영상으로 사용하고, 나머지 두 프레임은 환경 및 시스템 요인으로 인한 오류를 측정하는 데 사용됩니다. 세 가지 풍속 각각에서 하나의 프레임을 선택하여 초기 단계의 프레임과 비교합니다.

데이터 처리 과정에서 측정 시스템에서 "원점 선택"을 통해 좌표계가 설정되고 초기 상태의 날개 표면의 대칭 중심을 원점으로 하는 오른손잡이 시스템이 생성됩니다. x의 양의 방향은 날개의 세로 축을 따라 아래쪽이고, z의 양의 방향은 표면에서 안쪽입니다. 표면으로부터의 양의 변위는 날개가 낮아지고 있음을 나타내고, 음의 변위는 날개가 올라가고 있음을 나타냅니다. 이어서, 참조 역할을 하는 것을 제외하고 참조 그림에 대한 데이터에서 강체 변위가 제거됩니다. 클라우드 맵은 지역별로 구분된 그리드 포인트를 기반으로 내보내지며, 각 그리드 포인트에서 표면으로부터의 변위, 표면으로부터의 전체 변위의 최대값과 최소값, 세 가지 풍속에 따른 다른 두 프레임의 결과를 보여줍니다. 날개가 안정된 상태라는 증거로 선택한 프레임과 비교됩니다.

3. 실험결과 분석

① 풍동이 열린 후, 날개의 유연한 소재 스킨의 국부적인 부분에 돌출과 함몰이 발생합니다.

표 1 실온에서의 데이터

표 2 가열 평형 상태의 데이터

② 7°의 스위프 각도에서 날개의 유연한 소재 스킨의 성능에 대한 받음각의 영향.

Table 1과 2의 분석을 통해 동일한 온도, 풍속, 스윕 각도 조건에서 공격 각도가 0°일 때 표면 외 변위의 표준 편차가 가장 작은 것으로 나타나 이때 재료 변형은 더욱 균일해집니다. 표면 외 변위의 최소값이 가장 작으며 이는 재료 표면의 국부적 돌출이 가장 적음을 나타냅니다. 최대 및 최소 표면 외부 변위의 차이가 가장 작으며 이는 재료 표면의 최대 변형이 더 작음을 나타냅니다. 따라서 공격각이 0°일 때 재료 성능이 최적이라고 결론을 내릴 수 있습니다.

③ 7° 스윕 각도에서 날개용 유연한 소재 스킨의 성능에 대한 온도의 영향.

Table 1과 2의 데이터를 비교 분석하면 동일한 받음각, 풍속, 스윕 각도 조건에서 날개의 유연한 소재 스킨의 표면 변위의 표준 편차가 가열된 열 평형 상태는 이때 재료의 변형이 더욱 고르지 않음을 나타냅니다. 표면 변위의 최대값이 더 크며 이는 재료 표면에 더 큰 국부적 돌출이 있음을 나타냅니다. 최대 표면 변위 값과 최소 표면 변위 값의 차이가 더 크며 이는 재료 표면의 최대 변형이 더 크다는 것을 나타냅니다. 이로부터 재료가 실온에서 더 잘 작동한다는 결론을 내릴 수 있습니다.

④ 7° 스윕 각도에서 날개용 유연한 소재 스킨의 성능에 대한 풍속의 영향.

표 1과 표 2의 각 열을 관찰하면 온도, 공격각, 스위프각이 동일한 경우 풍속이 작을수록 면외 변위의 표준편차가 작아지는 것을 알 수 있으며, 이는 재료가 이때 변형은 더욱 균일해집니다. 평면 외 변위의 최대값이 작을수록 재료 표면의 국부적 팽창이 더 작음을 나타냅니다. 최대 및 최소 평면 외 변위 사이의 차이가 작을수록 재료 표면의 최대 변형량이 더 작음을 나타냅니다. 따라서 풍속이 초당 30미터일 때 재료 성능이 최적이라는 결론을 내릴 수 있습니다.

요약

풍동에서의 유연한 재료 스킨 테스트를 통해 날개 스킨 성능에 대한 더 깊은 이해를 얻어 날개의 다양한 변형 감지를 달성하고 다양한 환경 및 임무별 비행 요구 사항에 적응할 수 있는 항공기 기동성을 향상시킵니다. 항공기 제조는 주요 부품의 품질 관리에 의존합니다. 비행 안전을 보장하기 위해 각 구성 요소의 설계와 재료의 변형 테스트에는 실험 데이터를 적용하여 제조 설계를 최적화하는 고급 측정 및 분석 방법이 필요합니다.