В машиностроении, главным образом при создании наземных и космических транспортных средств (планетоходов) существует проблема физического моделирования взаимодействия колес и др. опорных элементов транспортных средств с грунтом. При этом, естественно, указанные элементы перемещаются вдоль опорной поверхности с различными скоростями. обобщенно назовем их «подвижным телом».
Когда эксперименты с полномасштабными подвижными телами, предназначенными для земных условий (наземные транспортные средства и др. объекты) не осуществимы или экономически не оправданы, обращаются к масштабному физическому моделированию. При этом обычно требуется искусственное поле гравитации (g № 9,81 м/с2 ).
Эта же проблема особенно рельефна в космическом направлении транспортного машиностроения в связи с явно не земными гравитационными условиями на поверхностях иных небесных тел (Луна, Марс, Фобос и т.д.), а также с ограниченными сведениями о физико-механических свойствах инопланетных грунтов и их практическим отсутствием или мизерным количеством образцов у исследователей.
Поэтому масштабное моделирование проводят в грунтовых каналах, либо устанавливаемых в самолетах, движущихся по заданной нисходящей траектории, либо встраиваемых в каретки (каретку) «классической» центрифуги (вращающееся коромысло с шарнирно подвешенными симметрично на его концах каретками или одной кареткой с противовесом).
Первый способ – кратковременный и весьма дорогой. Второй – также не дешев (солидный инженерно-строительный комплекс с отдельным зданием), а длина грунтового канала по-прежнему ограничена.
Эффективным решением изложенной проблемы является использование в качестве стендового оборудования центробежной установки с кольцевым грунтовым каналом (рис.1).
Рис.1. Центробежная установка с кольцевым грунтовым каналом.
Модельное гравитационное поле gM , существенно превышающее земное gЗ , обеспечивается угловой скоростью барабана с грунтовым каналом G (электродвигатель D1), а скорость подвижного тела К и буксование задаются разностью скоростей вращения барабана, коромысла и подвижного тела (D1, D2 и D3 соответственно).
Управление и телеметрия организованы по радиоканалам. Не исключено и использование «мягкого» вращающегося контактного устройства. Основной объект испытаний – модельное колесо наземного транспортного средства или планетохода с радиусом 0,02-0,04 м и шириной опорной поверхности 0,05-0,03 м на песчаном сухом или на искусственном грунте.
Варианты конструктивной реализации такой установки расширяют возможности масштабного моделирования с натуральными грунтами и методом эквивалентных материалов. Установка универсальна: возможны также исследования поведения подвесок ходовых частей и взаимодействия штампа с грунтом.