Обшивка крыла, как важная часть аэродинамической конструкции самолета, от качества ее исполнения связана с безопасностью полета. Обшивка эквивалентна «обшивке» самолета, которая часто используется в поперечных конструкциях крыльев, фюзеляжа самолета и т. д. Повреждение обшивки может привести к нарушению хороших аэродинамических характеристик самолета, снижению прочность поврежденного участка и поставить под угрозу безопасность полета.

Исследовательская группа из одного университета провела испытание гибкой обшивки самолета в аэродинамической трубе. Используя систему оптического измерения деформации, они изучили влияние угла атаки, скорости ветра и температуры на характеристики обшивки крыла при угле стреловидности 7°. Это исследование было направлено на понимание механических характеристик конструкции крыла в различных условиях работы и получение результатов по смещению вне плоскости при изменении одной переменной, среди которой температура, угол атаки и скорость ветра (сбор модальных параметров, таких как деформация обшивки и информация о вибрации). Эксперимент предоставил важные данные для улучшения характеристик крыльев самолетов.

1. Экспериментальный процесс

Перед началом эксперимента исследовательская группа нанесла слой гибкого материала на поверхность оболочки крыла и закрепила его на месте. Затем они создали точки на внешней поверхности гибкого материала. Крыло было отрегулировано на угол стреловидности 7° и закреплено на креплении внутри аэродинамической трубы. С помощью тормозного устройства угол атаки крыла устанавливался на уровне -4° и 0°, а внутри крыла было приклеено нагревательное устройство.

В ходе эксперимента осуществляется сбор и запись исходного состояния крыла с помощью системы измерения Revealer DIC, а сегменты записывают данные в реальном времени при трех скоростях ветра: с углом стреловидности 7° и углами атаки -4° и 0°. Он также собирает и записывает данные о деформации под теми же экспериментальными углами, когда оболочка из гибкого материала достигает теплового равновесия.

Эксперимент начинается в аэродинамической трубе со скоростью ветра, постепенно увеличивающейся до 30 м/с. Как только скорость ветра стабилизируется, проводится высокоскоростной сбор данных; скорость ветра медленно возрастает до 40 м/с, и после стабилизации снова выполняется высокоскоростной сбор данных; Скорость ветра постепенно увеличивается до 45 м/с, и после стабилизации осуществляется высокоскоростной сбор данных. Экспериментальная установка при нагреве состояния теплового равновесия повторяет операции, описанные выше.

2. Анализ экспериментальных данных

Поскольку процесс высокоскоростной съемки осуществляется, когда крыло находится в стабильном состоянии, на начальном этапе для расчета выбираются три кадра изображений, полученных при скоростях ветра 30 м/с, 40 м/с и 45 м/с. Один кадр начального этапа используется в качестве эталонного изображения, а два других кадра используются для измерения ошибок, вызванных факторами окружающей среды и системы. Для сравнения с кадром начального этапа выбирается по одному кадру от каждой из трех скоростей ветра.

В ходе обработки данных система координат устанавливается путем «выбора начала координат» в системе измерения, в результате чего получается правая система с симметричным центром поверхности крыла в исходном состоянии в качестве начала координат. Положительное направление x — вниз вдоль продольной оси крыла, а положительное направление z — внутрь от поверхности. Положительное смещение от поверхности указывает на то, что крыло опускается, а отрицательное смещение указывает на то, что крыло поднимается. В дальнейшем из данных относительно справочного рисунка удаляются перемещения твердого тела, за исключением тех, которые служат справочными. Карты облаков экспортируются на основе точек сетки, разделенных по регионам, показывая смещение от поверхности в каждой точке сетки, максимальное и минимальное значения общего смещения от поверхности, а результаты двух других кадров при трех скоростях ветра можно экспортировать. сравнить с выбранным кадром как доказательство того, что крыло находится в стабильном состоянии.

3. Анализ экспериментальных результатов

① После открытия аэродинамической трубы в локальной области гибкого материала обшивки крыла появятся выпуклости и впадины.

Таблица 1. Данные при комнатной температуре

Таблица 2. Данные для состояния равновесия при нагревании

② Влияние угла атаки на характеристики гибкого материала обшивок крыльев при угле стреловидности 7°.

Путем анализа таблиц 1 и 2 обнаружено, что при одинаковых условиях температуры, скорости ветра и угла стреловидности, когда угол атаки равен 0°, стандартное отклонение смещения от поверхности является наименьшим, что указывает на то, что деформация материала в это время более равномерна; минимальное значение смещения от поверхности является наименьшим, что указывает на то, что локальное выпучивание на поверхности материала является наименьшим; разница между максимальным и минимальным смещением вне поверхности наименьшая, что указывает на то, что максимальная деформация на поверхности материала меньше. Таким образом, можно сделать вывод, что характеристики материала оптимальны при угле атаки 0°.

③ Влияние температуры на характеристики обшивки из гибкого материала крыльев при угле стреловидности 7°.

Сравнивая и анализируя данные таблиц 1 и 2, можно заметить, что при одинаковых условиях угла атаки, скорости ветра и угла стреловидности стандартное отклонение смещения поверхности от гибкого материала обшивок крыльев больше в нагретое состояние теплового равновесия, свидетельствующее о более неравномерной деформации материала в это время; максимальное значение смещения поверхности больше, что позволяет предположить наличие более крупных локальных выпуклостей на поверхности материала; разница между максимальным и минимальным значениями смещения поверхности больше, что указывает на большую максимальную деформацию поверхности материала. Из этого можно сделать вывод, что материал работает лучше при комнатной температуре.

④ Влияние скорости ветра на работоспособность гибкого материала обшивки крыльев при угле стреловидности 7°.

Наблюдая за каждым столбцом в таблицах 1 и 2, можно увидеть, что, когда температура, угол атаки и угол стреловидности одинаковы, чем меньше скорость ветра, тем меньше стандартное отклонение смещения от плоскости, что указывает на то, что материал деформация в это время более равномерна; чем меньше максимальное значение смещения от плоскости, что указывает на то, что локальная выпуклость на поверхности материала меньше; чем меньше разница между максимальным и минимальным смещением вне плоскости, что указывает на то, что максимальная величина деформации на поверхности материала меньше. Таким образом, можно сделать вывод, что при скорости ветра 30 метров в секунду характеристики материала оптимальны.

Краткое содержание

Благодаря испытаниям гибкого материала на обшивке в аэродинамических трубах мы получаем более глубокое понимание характеристик обшивки крыла, что позволяет обнаруживать различные деформации крыльев, улучшая маневренность самолета для адаптации к различным условиям окружающей среды и требованиям полета для конкретных задач. Производство самолетов опирается на контроль качества ключевых компонентов. Для обеспечения безопасности полета конструкция каждого компонента и деформационные испытания материалов требуют передовых методов измерения и анализа, а также применения экспериментальных данных для оптимизации производственных конструкций.