РАЗРАБОТКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КРЫЛЬЧАТОГО ВИХРЕВОГО ДВИЖИТЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.548

РАЗРАБОТКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КРЫЛЬЧАТОГО ВИХРЕВОГО ДВИЖИТЕЛЯ

С. И. Меркулов, М. Г. Елизарьева Научный руководитель - Г. Д. Коваленко

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: Stephensonmusic@yandex.ru

Разработана модель испытательного стенда для беспилотного летательного аппарата с цилиндрическим крыльчато - вихревым движителем, для применения в области сельского хозяйства Представлена принципиальная схема стенда, позволяющего регистрировать физические данные в реальном времени.

Ключевые слова: испытательный стенд, БПЛА, движитель, эффект Магнуса, подъемная сила

DEVELOPMENT OF A TEST STAND FOR A CYCLIC VANE VORTEX MOTOR

S. I. Merkulov, M. G. Elizarieva Scientific supervisor - G. D. Kovalenko

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Stephensonmusic@yandex.ru

A model of a test bench for an unmanned aerial vehicle with a cylindrical vane - vortex mover for use in the field of agriculture has been developed. A schematic diagram of a bench is presented that allows recording physical data in real time.

Keywords: test stand, UAV, propeller, Magnus effect, lifting force

Использование БПЛА в сельском хозяйстве для обработки культур позволяет исключить человека из зоны воздействия вредных химических веществ, предотвратить вытаптывание растений при обработке полей и упростить этот процесс в целом, сократив время обработки и затрачиваемые ресурсы.

Для применения цилиндрического крыльчато - вихревого движителя (ЦКВД) в сельском хозяйстве предполагается использование вентиляторного способа опрыскивания. Распыляемое из вала вещество в некоторой степени увеличит плотность окружающего лопатки воздуха, что в свою очередь увеличит подъемную силу, создаваемую лопаткой. Так же, для увеличения подъемной силы создаваемой ЦКВД предполагается использование эффекта Магнуса, который будет работать при движении аппарата [1].

Исследования в направлении оценки влияния эффекта Магнуса на создание подъемной силы представляют ценность для дальнейшего развития конструкций летательных аппаратов, в случае доказанной пользы эффекта Магнуса его влияние можно закладывать при разработке экономически выгодных движителей, в том числе в области авиации [2].

Эффект Магнуса — физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Образуется сила, воздействующая на тело и направленная

Секция «Эксплуатация и надежность) авиационной техники»

перпендикулярно направлению потока. Это является результатом совместного воздействия таких физических явлений, как эффект Бернулли и образования пограничного слоя в среде вокруг обтекаемого объекта.

Вращающийся объект создаёт в среде вокруг себя вихревое движение. С одной стороны объекта направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и, соответственно, скорость движения среды с этой стороны увеличивается. С другой стороны объекта направление вихря противоположно направлению движения потока, и скорость движения среды уменьшается. Ввиду этой разности скоростей возникает разность давлений, порождающая поперечную силу от той стороны вращающегося тела, на которой направление вращения и направление потока противоположны, к той стороне, на которой эти направления совпадают [3].

Так как эффект Магнуса возникает при воздействии набегающего потока для его оценки разработан стенд карусельного типа с частотой вращения ю = 1,2 об/сек (рис. 1). Стенд состоит из двух стальных труб, соединение которых усилено фитингом, в середине проходит ось с подшипниковым узлом, соединенным двумя болтами с трубами, конструкция имеет три опоры, представляющие собой такие же стальные трубы меньшего диаметра, опора надежно фиксируется на поверхности. К концу одной из труб уголками присоединен рельс, с катающейся кареткой. Ролики каретки выполнены из материала Д16Т. С трубой жестко соединены электронные весы, которые тросом связаны с кареткой. С кареткой своей рамой соединен циклолет.

Рис. 1. Общий вид испытательного стенда

Перед испытанием на стенде напротив него устанавливается видеокамера, фиксирующая положение циклолета и время. Стенд приводится в движение толкающим усилием, приложенным к балке (Рис. 2), циклолет, жестко связанный с кареткой, начинает движение вокруг оси стенда и вдоль рельса, каретка связана тросом с электронными весами, значение развиваемой подъемной силы снимается электронным безменом, запоминающим последнее значение в килограмм-силах, погрешность весов составляет 10 грамм. Значение линейной скорости рассчитывается по формуле:

и = лМ (м/с)

Я - расстояние от оси вращения стенда, до центра циклолета = 1,66 м 1 - время, за которое циклолет совершает половину оборота вокруг оси стенда (фиксируется камерой).

Рис. 2. Конструкция стенда

На стенде будут получены практические значения подъемной силы, развиваемой циклолетом, рассчитана погрешность, вызванная сопротивлением воздуха, силой натяжения троса и трением роликов о рельс и оценена роль эффекта Магнуса в создании подъемной силы.

Библиографические ссылки

1. Компоновочная схема циклолета / Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сб. статей, том 2/ М. А. Андреев, И. А. Андреев, С. Д. Шелопугин, С.И. Меркулов. / -Красноярск, 2021. - с. 595-597.

2. Коваленко Г. Д., Глухова Л. Г. проектирование и технология летательных аппаратов с вихревой адаптацией гибкого крыла. СибГАУ. Красноярск, 2002. 148с.

3. Магнуса эффект // Большая российская энциклопедия: [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М.: Большая российская энциклопедия, 2004—2017.

© Меркулов С. И., Елизарьева М. Г., 2022