Индуктивными датчиками

Таким образом, вследствие неоднородности потока и нестационарности индуктивных скоростей действительные индуктивные затраты будут больше тех, которые дает импульсная теория. Приближенность схемы активного диска жестко ограничивает применимость обобщенной импульсной или вихревой теории. Схему активного диска применяют главным обраеом для того, чтобы получить предварительную оценку индуцируемых следом скоростей и сумарных индуктивных затрат.

Этим соотношением определяются основные характеристики вертолета. Оно основано на фундаментальных законах гидроди-.намики и показывает, что для того, чтобы скорость протекания через диск была мала и, следовательно, были малы индуктивные затраты мощности, проходящий через диск воздух нужно ускорять малым перепадом давления. Для экономичного режима висения требуется малая величина отношения Р/Т (малый вес топлива и двигателя), а для этого должна быть мала нагрузка на диск Т/А. Вертолеты имеют наименьшую нагрузку на диск (Т/А от 100 до 500 Па), а потому и наилучшие, характеристики висения среди всех аппаратов вертикального взлета и посадки. Заметим, что на самом деле индуктивную мощность определяет отношение Т/(рА), так как эффективная нагрузка на диск возрастает с высотой полета и температурой, т. е. с уменьшением плотности воздуха. Используя методы вариа-.ционного исчисления, можно доказать, что, как и для крыльев, равномерное распределение индуктивных скоростей по диску дает минимальную индуктивную мощность при заданной силе тяги. Задача состоит в том, чтобы минимизировать кинетическую энергию КЭ ~ \ v2dA следа при заданной силе тяги или заданном количестве движения \ v dA следа. Представим индуктивную скорость в виде суммы v = v + So среднего значения и и возмущения 8v, для которого \6vdA = 0. Тогда \ v2dA = v2A + \(6A)2dA,n кинетическая энергия достигает минимума, когда во всех точках диска 8v = 0, т. е. при равномерном распределении скорости протекания. Суть в том, что при неравномерном распределении скоростей протекания дополнительные потери мощности в областях с большими местными нагрузками превышают выигрыш в мощности, получаемый в областях с малыми нагрузками.

а течение в следе —плавным, распределение индуктивных скоростей принимается равномерным, скоростями закручивания в следе пренебрегается, а воздух считается идеальной жидкостью. Массовый расход воздуха теперь будет m = рА (У+и), а теоремы импульсов и энергии дают соответственно Т = th(V + + w)-mV = mw и Т (V + и) = (I/2) т (V + w)2 - (\/2)mV2 = =• (\/2)mw(w -f- 2V). Заметим, что в уравнение импульсов не входит V. Исключая Т/т из этих соотношений, снова, как и в случае висения, получим w = 2v, т. е. индуктивная скорость в дальнем следе вдвое больше индуктивной скорости в плоскости диска. Полное давление в дальнем следе теперь определяется выражением р0 + (l/2)p(V + w)2 = р0 + (1/2)рУ2+ Т/А. Для случая полета с набором высоты соотношение между силой тяги несущего винта и индуктивной скоростью принимает

В отличие от крыла, свободные вихри которого прямолинейны, след несущего винта или пропеллера образует спиралеобразные вихри. Сложная форма свободных вихрей делает математическую задачу о расчете индуктивных скоростей гораздо более трудной, чем для крыла. Поэтому в вихревой теории, как и в импульсной, часто используют схему активного диска, позволяющую получить аналитические решения.

Общая теория воздушного винта была разработана в начале 1920-х годов на базе вихревой теории и прандтлевской теории крыла. Путем введения в расчет индуктивных скоростей, определяемых вихревой теорией, были найдены аэродинамические параметры потока на диске несущего винта. В качестве характеристик профилей в таких расчетах использовались характеристики крыла бесконечного размаха. В более поздних работах было доказано, что при одинаковой схематизации несущего винта импульсная и вихревая теории действительно дают .одинаковые результаты. Поэтому в теорию элемента лопасти теперь обычно вводят индуктивные скорости, получаемые по импульсной теории. Однако на ранней стадии разработки теории несущего винта вихревые концепции Прандтля произвели столь сильное впечатление, что вихревая теория полностью вытес-. нила импульсную. Последняя не смогла объяснить распределение индуктивных скоростей по диску несущего винта, которое требовалось для завершения разработки теории элемента лопасти. В результате вихревую теорию стали считать более надежной и логичной основой для исследования работы как крыльев, так и лопастей.

винта. Поляра последнего построена по простой формуле при и =1,1. Винт с М = 1 имеет минимальную индуктивную мощность, у оптимального винта к ней добавляется минимальная профильная мощ-ность. У идеального несу-щего винта профильная мощность слегка увеличивается вследствие постоянства хорды. Наконец, у реального винта затраты мощности дополнительно возрастают за счет увеличения в k раз индуктивной мощности. На рис, 2.11 приведены аэродинамические характеристики, рассчитанные по простой формуле, по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории. Расхождение результатов расчета по простой формуле и по теории элемента лопасти обусловлено тем, что по-разному была найдена профильная мощность. Расхождение результатов расчета по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории объясняется тем, что в последней принято неравномерное распределение индуктивных скоростей. Дополнительные данные по сравнению расчетных аэродинамических характеристик несущих винтов на режиме висения можно найти в работе [G.50].

Присоединенным вихрям, циркуляции которых определяют подъемную силу крыла конечного размаха, соответствуют свободные вихри, сходящие с крыла и образующие его след, Нагрузка лопасти наиболее сильно изменяется в ее концевой части. Поэтому завихренность в следе несущего винта концентрируется в спиралеобразные концевые вихри, расположенные под винтом. В отличие от крыла лопасть проходит очень близко от собственного следа и от следов предшествующих лопастей. Близость следа оказывает значительное влияние на распределения индуктивных скоростей и нагрузки лопасти. Вихревая теория представляет собой исследование работы несущего винта, в котором на основе законов гидродинамики, определяющих движение и воздействие завихренности (формула Био — Савара, теоремы Кельвина и Гельмгольца), рассчитывается индуцируемое следом винта поле скоростей и, в частности, распределение индуктивных скоростей по диску винта. В простейшем варианте вихревой теории использована схема активного диска. Это означает, что не учитывается дискретность самого винта и его следа, связанная с конечным числом лопастей, а завихренность непрерывно распределяется по пространству, занятому следом. При этих условиях задача может быть решена аналитически, по крайней мере для вертикального полета1). Если рассматривать ту же схему течения, что и в импульсной теории, то вихревая теория должна, конечно, дать такие же результаты. Однако вихревая теория лучше, чем импульсная, пригодна для обобщений схемы течения (например, учета неравномерности нагрузки на диск), так как она связана с рассмотрением местных, а не обобщенных характеристик.

Здесь К — коэффициент протекания, величина которого определяет расстояние между вихревыми пеленами. Для режима висения при _линейном распределении индуктивных скоростей Я = Я,/ = r V^r (разд. 2.6.2) получаем

В современных вихревых теориях задачу определения индуктивных скоростей, нагрузок и аэродинамических характеристик несущего винта решают численно, используя сложные схемы следа. К таким схемам относятся представление следа дискретными концевыми вихрями и зачастую даже схемы, учитывающие деформацию свободных вихрей. Поэтому современные теории имеют практическое значение только при использовании быстродействующих цифровых ЭВМ. Хотя численные решения в принципе ближе к действительности, чем классические, попытки усовершенствовать на их основе расчет аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висе-ния оказались нелегкими. Часто усовершенствование заключается лишь в небольшом, но важном уточнении, но чтобы его найти, нужно использовать более подробную схему течения, которая требует тщательного исследования. Однако многие сложные явления, связанные с аэродинамикой несущего винта, еще недостаточно выяснены, а другие явления трудно исследовать. Кроме того, усовершенствование расчетной схемы должно быть совместным, т. е. должно затрагивать одновременно аэродинамическую, динамическую и конструктивную схемы несущего винта. В методах расчета аэродинамических характеристик винта на висении был достигнут определенный прогресс, но и теперь эти методы имеют ряд недостатков. Подробное

3.1.3. КРИВАЯ ИНДУКТИВНЫХ СКОРОСТЕЙ

Рис. 3.7. Кривая индуктивных скоростей на ре-жимах вертикального по-лета.

длине базы измерения деформаций. Базу измерений выбирают вдоль длины или ширины образца (чаще последнее, так как по ширине образца легче обеспечить равномерное распределение температуры). Изменение размера базы регистрируют чувствительными индуктивными датчиками. Изменение размера в зависимости от температуры, фиксируемой термопарой, привариваемой в центре измеряемой базы, записывают с помощью электронного двухкоординатного самописца или осциллографа.

Косвенное измерение линейных перемещений производится индуктивными датчиками со счетными дисками, винтовым якорем или винтовой обмоткой. Наиболее простым решением является установка на конце одного из валов привода подачи счетного диска 1 (рис. 116, а) с магнитными вставками, против которого располагается электромагнит 2. Электрические импульсы, возникающие в катушке электромагнита при вращении диска, после усиления направляются в счетчик системы, где и сравниваются с заданными.

3. Обработка отверстий заданной формы может обеспечиваться системой с индуктивными датчиками и системой, работающей по упорам. Наиболее удачную в отношении простоты и технологичности конструкцию можно определить только после разработки обоих вариантов в объеме технического предложения.

На основании сделанных выводов в техническом предложении разработаны два конструктивных решения: станок, работающий по упорам, и станок с индуктивными датчиками.

Станок с индуктивными датчиками (рис. 2.3) скомпонован из двух расточных головок с самостоятельными приводами подач и вращения шпинделей. Особенностью головок является то, что электродвигатель продольной и поперечной подач (рис. 2.4) управляется электронной схемой, состоящей из индуктивных датчиков и усилителя постоянного тока, собранного по мостовой схеме, к выводу которого подключена обмотка возбуждения. Стабилизация системы осуществляется тахоге-нератором, механически связанным с валом электродвигателя подач. Данная система позволяет осуществлять с бесступенчатым регулированием поперечную или продольную подачу, совмещение подач (при обточке конусов), ускоренный отвод и подвод инструмента и изменять частоту вращения шпинделя по программе, заданной кулачками-упорами для конкретной детали. Кулачки-упоры, являющиеся

2. Динамометр машины с индуктивными датчиками регистрирует только воспринимаемые им крутящие моменты. Появление поперечных сил при испытаниях образцов на изгиб практически не снижает точности измерений.

Описанный способ учета погрешностей очень трудоемок, поэтому при испытаниях на больших частотах со сложной формой цикла измерительный канал с индуктивными датчиками можно использовать лишь для контроля нагрузок. Основные измерения необходимо проводить по показаниям датчиков, измеряющих деформацию элемента, не отделяемого от образца массой со значительным моментом инерции. Наиболее просто использовать для этих целей проволочные датчики, наклеиваемые на рабочей части контрольного образца, по которрму устанавливается необходимый режим нагружения. Во избежание дополнительных погрешностей контрольный и рабочий образцы должны иметь одинаковую жесткость. Практически достаточно обеспечить для этого равенство соответствующих размеров образцов.

горами, электроконтактными или индуктивными датчиками, пневматическими измерительными приборами, микровинтами и т. п.

зисторными преобразователями. Конструкция возбудителя колебаний в машинах БЭЛ-1 и БЭЛ-2 одинакова. Машина ЭМУ-1 снабжена торсионом, жесткость которого значительно меньше жесткости испытуемого образца. Закручивание торсиона позволяет сообщать испытуемому образцу статический крутящий момент и проводить испытания при асимметричных циклах нагружения. Для измерения изгибающего момента машина снабжена динамометрами с индуктивными датчиками, регистрирующая аппаратура которых содержит приборы, указывающие максимальную и минимальную нагрузки в цикле нагружения образца. С динамометра снимается регулирующее напряжение на систему автоматического поддержания заданной нагрузки. Таким образом, в машине ЭМУ-1 осуществляется прямое эластичное нагружение образца.

В комплект АНИТИМ 3540Н входит электронный блок, блок реле и питания. К электронному блоку можно подключить до четырех контрольных устройств (трех- и двухконтактных) с индуктивными датчиками. Прибор позволяет получать до пяти команд на управление станком, а также осуществлять визуальный контроль размеров обрабатываемых деталей. Его можно использовать в серийном и массовом производстве.

Среди зарубежных приборов с индуктивными датчиками широкое применение получили контрольные устройства итальянской фирмы «Марпосс». Прибор «Унивар», разработанный этой фирмой, можно использовать для контроля валов и отверстий с гладкой и прерывистой поверхностью (шлицевые валы и втулки, детали со шпоночными пазами и т. д.). Конструктивная схема измерительного устройства прибора «Унивар»