DE4011885A1 - Filling holes in models for cryo-wind tunnels - using solid bodies of lower coefft. of thermal expansion in matrix and fleece packing - Google Patents

Filling holes in models for cryo-wind tunnels - using solid bodies of lower coefft. of thermal expansion in matrix and fleece packing

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels

Abstract

A method of filling attachment holes (11) in models for low temp. wind tunnels involves placing into the hole a filling of solid bodies (15) embedded in a matrix (16). The thermal expansion coefficient of the bodies is smaller than that of the model material and the filling is covered by a layer (17) of greater thermal conductivity than the model material. A fleece packing (13) is placed in the hole before then filling. USE/ADVANTAGE - Ensures gap-free filling of attachment holes and high surface quality even in low temp. region up to 100 K.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a method in the preamble of claim 1 specified Art.

Tieftemperatur-Windkanäle (kryogenisierte Windkanäle) werden im Gegensatz zu konventionellen Windkanälen bei Temperaturen im Bereich von 100 K bis 300 K betrieben. Dieser sehr tiefe und weite Temperaturbereich stellt besondere Anforderungen an die Festigkeit, Zähigkeit und das Ausdehnungsverhalten der verwendeten Materia­ lien. Modelle, die in derartigen Tieftemperatur-Wind­ kanälen getestet werden, müssen aus sehr speziellen Materialien bestehen. Als Material für Windkanalmodelle hat sich hochlegierter Nickelstahl mit der Werkstoff­ nummer 1.6359 bewährt.Low-temperature wind tunnels (cryogenized wind tunnels) are in contrast to conventional wind tunnels Operating temperatures in the range of 100 K to 300 K. This very low and wide temperature range poses special requirements for strength, toughness and the expansion behavior of the materia used lien. Models in such low-temperature wind channels must be tested from very special Materials exist. As material for wind tunnel models has high-alloyed nickel steel with the material number 1.6359 proven.

Windkanalmodelle von Flugzeugen bestehen aus mehreren Baugruppen oder Einzelteilen, die zur Bildung des Gesamtmodells miteinander verschraubt werden. Die nach der Montage verbleibenden Schraubenlöcher müssen ver­ schlossen und der Außenkontur des Flugzeugmodells ange­ paßt werden. Um im Modellversuch die gleichen Reynolds­ zahleffekte wie bei der Großausführung simulieren zu können, ist eine hohe Oberflächengüte, d. h. eine geringe Oberflächenrauhigkeit, erforderlich. Bei einer Reynoldszahl von Re = 8,5×106 ergibt sich eine zulässige Rauhigkeit von kzul≦5,8×106. Um eine derart geringe Oberflächenrauhigkeit zu erhalten, wird die Modelloberfläche poliert. Der Füllstoff für die Bohrungen muß sich ebenfalls so bearbeiten lassen, daß er diese Toleranzbedingung erfüllt. Im einzelnen werden an den Füllstoff der Bohrungen folgende Anforderungen gestellt:Aircraft wind tunnel models consist of several assemblies or individual parts that are screwed together to form the overall model. The screw holes remaining after assembly must be closed and the outer contour of the aircraft model must be adjusted. In order to be able to simulate the same Reynolds number effects in the model test as in the large version, a high surface quality, ie a low surface roughness, is required. At a Reynolds number of Re = 8.5 X 10 6 a permissible roughness results of permissible k ≦ 5.8 × 10. 6 In order to obtain such a low surface roughness, the model surface is polished. The filler for the holes must also be machinable so that it meets this tolerance requirement. The following requirements are placed on the filler of the holes:

  • - ausreichende Zähigkeit auch bei tiefen Tempe­ raturen- sufficient toughness even at low temperatures fittings
  • - gute Adhäsion an der Modelloberfläche- good adhesion to the model surface
  • - hohe herstellbare Oberflächenqualität- high producible surface quality
  • - schnelle Verarbeitungsmöglichkeit und Aus­ härtung- Fast processing and off hardening
  • - leichtes Entfernen nach dem Test.- easy removal after the test.

In der Praxis erfolgt das Füllen der Befestigungslöcher mit einem Zwei-Komponentenkleber aus Epoxy-Harz. Dieses Füllmaterial bleibt während der Abkühlung elastisch, läßt sich jedoch nach der Verarbeitung nicht mehr mechanisch durch Schleifen, Polieren usw. bearbeiten. Dadurch ist die Einhaltung der Konturtreue und die geforderte maximale Rauhigkeit am Flugzeugmodell nicht gewährleistet.In practice, the fastening holes are filled with a two-component adhesive made of epoxy resin. This Filling material remains elastic during cooling, cannot be processed after processing Process mechanically by grinding, polishing, etc. This ensures compliance with the contour and the required maximum roughness on the aircraft model  guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das auch im Tieftemperaturbereich bis zu 100 K einen spaltfreien Verschluß des Lochs gewähr­ leistet und bei dem eine hohe Oberflächengüte herstell­ bar ist, die auch im gesamten Temperaturbereich erhalten bleibt.The invention has for its object a method the specified in the preamble of claim 1 Art to create that even in the low temperature range to 100 K ensure a gap-free closure of the hole performs and which produces a high surface quality bar, which is also in the entire temperature range preserved.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved with the invention in the characterizing part of patent claim 1 specified features.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in das Loch eine Füllung aus in eine Matrix eingebetteten Fest­ körpern eingebracht, deren thermischer Ausdehnungs­ koeffizient kleiner ist als derjenige des Modell­ materials. Dadurch wird erreicht, daß die Füllung bei tiefen Temperaturen nicht mehr schrumpft als das Modellmaterial, so daß keine Spaltbildungen in der Füllung auftreten. Die Füllung wird mit einer Deck­ schicht bedeckt, deren Wärmeleitfähigkeit größer ist als diejenige des Modellmaterials. Die Deckschicht ist wesentlich dünner als die Füllung. Durch ihre hohe Wärmeleitfähigkeit wird erreicht, daß das Material der Füllung schneller abkühlt und daß das Modellmaterial durch seinen größeren Ausdehnungskoeffizienten Schub­ spannungen auf die Füllung überträgt und diese dadurch zusätzlich festklemmt. Dieser Vorteil läßt sich nur mit einer relativ dünnen Deckschicht, die noch elastisch ist, realisieren.In the method according to the invention is in the hole a filling of fest embedded in a matrix introduced bodies, their thermal expansion coefficient is smaller than that of the model materials. This ensures that the filling at low temperatures don't shrink more than that Model material so that no gaps form in the Filling occur. The filling comes with a deck layer covered, whose thermal conductivity is greater than that of the model material. The top layer is much thinner than the filling. Because of their high Thermal conductivity is achieved that the material of the Filling cools faster and that the model material due to its larger expansion coefficient thrust transfers tension to the filling and thereby additionally clamped. This advantage can only be achieved with a relatively thin top layer that is still elastic is to realize.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß das Material einer Lochfüllung einen Ausdehnungskoeffi­ zienten haben sollte, der kleiner ist als derjenige des Modellmaterials und gleichzeitig eine Wärmeleitfähig­ keit, die größer ist als diejenige des Modellmaterials. Diese gegenläufigen Eigenschaften von Füllmaterial und Modellmaterial werden bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren beide dadurch erfüllt, daß eine Füllung mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten in Verbindung mit einer Deckschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit benutzt wird.The invention is based on the idea that Material of a hole filling an expansion coefficient should have clients who are smaller than those of  Model material and at the same time a heat conductive speed that is greater than that of the model material. These opposing properties of filler and Model material are used in the Ver drive both fulfilled that a filling with low coefficient of expansion in connection with a top layer with high thermal conductivity becomes.

Zum Schutz von im Loch angebrachten Schrauben oder anderen Konstruktionsteilen kann vor dem Einbringen der Füllung eine Vliespackung in das Loch eingebracht werden. Dadurch wird verhindert, daß das Matrixmaterial diese Konstruktionsteile verklebt.To protect screws or screws in the hole other construction parts can be installed before Filling a fleece pack placed in the hole will. This prevents the matrix material glued these construction parts.

Als Festkörper werden vorzugsweise Glaskugeln oder andere Körper mit ähnlichem geringem Ausdehnungs­ koeffizienten verwendet.Glass balls or are preferably used as solids other bodies with similar minor expansion coefficients used.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.The following will refer to the only one Figure of the drawing an embodiment of the Invention explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein ausge­ fülltes Befestigungsloch eines Modells, das zum Testen in einem Tieftemperatur-Windkanal vorbereitet ist.The drawing shows a cross section through a Filled mounting hole of a model for testing is prepared in a low-temperature wind tunnel.

Das Windkanalmodell 10 eines Flugzeugs weist ein Befestigungsloch 11 auf, in dem eine Schraube oder Mutter 12 sitzt, die fest angebracht sein kann, z. B. angeschweißt oder eingepreßt ist. Es ist auch möglich, daß Befestigungslöcher vorgesehen sind, die keine Schraube enthalten.The wind tunnel model 10 of an aircraft has a mounting hole 11 in which a screw or nut 12 is seated, which can be fixed, e.g. B. is welded or pressed. It is also possible to provide mounting holes that do not contain a screw.

Auf der Schraube 12 befindet sich eine Vliespackung 13, die die Schraube gegen das Einfließen von Kunststoff schützt.There is a fleece pack 13 on the screw 12 , which protects the screw against the influx of plastic.

Angrenzend an die Vliespackung 13 ist die Füllung 14 angeordnet. Diese besteht aus Festkörpern 15, die in eine Kunstharzmatrix 16 eingebettet sind. Die Fest­ körper 15 sind Glaskugeln und die Matrix 16 besteht aus einem Zwei-Komponentenkleber.The filling 14 is arranged adjacent to the fleece pack 13 . This consists of solids 15 which are embedded in a synthetic resin matrix 16 . The solid body 15 are glass balls and the matrix 16 consists of a two-component adhesive.

Über der Füllung 14 ist die Deckschicht 17 angeordnet, die bündig mit der Außenfläche 18 des Modells 10 abschließt. Die Deckschicht 17 ist viel dünner als die Füllung 14 und ihre Stärke ist so bemessen, daß sie ausreicht, um eine Feinbearbeitung durchführen zu können. Die Deckschicht 17 besteht aus einem Zwei- Komponentenkleber, im vorliegenden Fall aus dem gleichen Material wie die Matrix 16. Diese Deckschicht wird durch Spachteln aufgetragen und nach dem Aushärten mechanisch feinbearbeitet, z. B. durch Schleifen. Sie hat eine Wärmeleitfähigkeit, die höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Modellmaterials. Dadurch wird erreicht, daß beim Abkühlen der Umgebung die Füllung 14 schneller abgekühlt wird. Da die Festkörper 15 der Füllung einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffi­ zienten haben als das Modellmaterial, preßt sich die Füllung in das Loch 11 ein, wodurch Rißbildungen ver­ mieden werden. Als Material für die Matrix 16 und die Deckschicht 17 wurde der kalt aushärtende 2-Komponen­ tenkleber x-60 der Firma Hottinger Baldwin Meßtechnik GmbH, Darmstadt, verwendet. Es handelt sich um ein thermoplastisches Material.The cover layer 17 is arranged above the filling 14 and is flush with the outer surface 18 of the model 10 . The cover layer 17 is much thinner than the filling 14 and its thickness is such that it is sufficient to be able to carry out a fine machining. The cover layer 17 consists of a two-component adhesive, in the present case of the same material as the matrix 16 . This top layer is applied by spatula and mechanically fine-worked after hardening, e.g. B. by grinding. It has a thermal conductivity that is higher than the thermal conductivity of the model material. It is thereby achieved that the filling 14 is cooled faster when the surroundings cool down. Since the solids 15 of the filling have a smaller coefficient of thermal expansion than the model material, the filling presses itself into the hole 11, as a result of which cracks are avoided. The cold-curing two-component adhesive x-60 from Hottinger Baldwin Meßtechnik GmbH, Darmstadt, was used as the material for the matrix 16 and the cover layer 17 . It is a thermoplastic material.

Versuche haben ergeben, daß die Lochfüllung unter Beibehaltung der Oberflächengüte bei sehr niedrigen Temperaturen im Bereich von 300 K bis 100 K stabil ist, ohne daß die Oberflächengüte leidet.Experiments have shown that the hole filling under Maintaining the surface quality at very low Temperatures in the range of 300 K to 100 K is stable,  without the surface quality suffering.

Die Lochfüllung kann leicht zerstört und herausgenommen werden, wenn eine Benutzung des Befestigungsblocks erfolgen soll.The hole filling can easily be destroyed and removed when using the mounting block should take place.

Claims (5)

1. Verfahren zum Füllen von Befestigungslöchern (11) in Modellen (10) für Tieftemperatur-Windkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß in das Loch (11) eine Füllung (14) aus in eine Matrix (16) eingebetteten Festkörpern (15) einge­ bracht wird, deren thermischer Ausdehnungskoeffi­ zient kleiner ist als derjenige des Modell­ materials und daß die Füllung (14) mit einer Deckschicht (17) bedeckt wird, deren Wärmeleit­ fähigkeit größer ist als diejenige des Modell­ materials.1. A method for filling mounting holes ( 11 ) in models ( 10 ) for low-temperature wind tunnels, characterized in that in the hole ( 11 ) a filling ( 14 ) from in a matrix ( 16 ) embedded solids ( 15 ) is introduced , whose thermal expansion coefficient is smaller than that of the model material and that the filling ( 14 ) is covered with a cover layer ( 17 ) whose thermal conductivity is greater than that of the model material. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen der Füllung (14) eine Vliespackung (13) in das Loch (11) eingebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a fleece pack ( 13 ) is introduced into the hole ( 11 ) before the filling ( 14 ) is introduced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Festkörper (15) als Glaskugeln verwendet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that solids ( 15 ) are used as glass balls. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht (17) eine Zwei-Komponenten-Spachtelmasse verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that a two-component filler is used as the top layer ( 17 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht (17) das gleiche Material verwendet wird wie für die Matrix (16).5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that the same material is used as the cover layer ( 17 ) as for the matrix ( 16 ).
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