Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Кроме того, случайные отклонения весов, пзмернющпх аэродинамические силы и движущихся в той >ко среде, что и модель, искажают результаты измерений значительно сильнее, чем прн гидрадипамических псследованнлх, когда весы движутся в воздухе, а модель — — в воде. Поэтому для аэродинамических исследований всегда применяется второй пз указанных выше способов: исследуемое тело оставляется неподвижным и обдуваетсл струей воздуха, создаваемой мощным вентиллтором. Эта струп должна быть очень однородной в пространстве и равномерной во времени и должна иметь настолько большое поперечное сечение, чтобы исследуемое тело не только умещалось целиком внутри нее, по н оставалось при этом па достаточном расстоянии от ее границ. При несоблюдении последнего условии возмущенна, исходящие от тела, доходит до границ струи недостаточно ослабленными, и результаты измерении получаются иными, чем в неограниченном воздушном пространстве.
Поток воздуха, набегающий на исследуемое тело, может быть осуществлен либо в виде струи, движущейся в закрытой трубе, либо в виде свободной струи, пронизывающей пространство, в котором воздух неподвижен. В первом случае, если стенки трубы параллельны, трение потока о стенки приводит к падению давленил в направлении течения. Действие этого падения давления на тело со сравнительно большим объемом У (например, на модель дирижабли) сходно с действием поддерживающей силы в воде, возникающей вследствие уменьшения давления кверху, следовательно, оно приводит к полвленюо горизонтальной силы, равной г' — и увеличивающей сопротивление.
Можно др дз набежать этого явления, если сделать трубу не с параллельными стенками, а немного расшнрлющпмнся; тогда давление вдоль оси трубы будет оставатьсл постоянным (строго говоря, только для одной определенной скорости). В случае свободной струи давление на границах струи постоянное, поэтому только что указаннал трудность отпадает, но зато возмолснал длл использования часть свободной струи меньше, чем в закрытой трубе.
Это обълсняетсл тем, что свободная струя на своих границах постепенно смешнваетсл с окружающим неподвижным воздухом; правда, пограничный слой, образующийся на стенках закрытой трубы, также постепенно проникает внутрь трубы, но это происходит значительно медленнее, чем смешение струи с неподвижным воздухом. Так как открытал струл легко доступна для установки в ней исследуемых тел, то работа в пей, конечно, удобнее, чем в закрытой трубе.
Установки, создающие закрытую нли свободную струю воздуха для аэродинамических экспериментов, носит название аэродина'иических труб. Длл того чтобы получить свободную струю воздуха. возможно более однородную и свободную от завихрений, проще всего производить разгон воздуха от очень малой скорости до скорости, необходимой для эксперимента, на коротком участке.
Это легко достигается при помощи Рис. 199. Конфузор Рнс. 200. Выорям- лягащая решетка суакивающейся круглой трубы — конгрузора (рис. 199). Прп переходе от широкого входного сечения конфузора к узкому выходному ссчепшо происходит падение давления на величину рг — рз, что приводит к соответствующему увеличению кинетической энергии движущихся частиц воздуха. При этом весьма важно, чтобы та небольшая кинетическая энергия, с которой воздух приходит в широкое поперечное сечение конфузора, распределялась между отдельными частицами пс слишком неравномерно. Если, например, отношение скоростей во входном и выходном поперечном сечениях равно 1: 5, то отношение динамических давлений (и кинетических энергий) будет 1:25, следовательно, каждая частица воздуха благодаря падепшо давления получает 24/25 своей окончательной кинетической энергии.
Это означает, что колебании начальной энергии в размере 25% влекут за собой колебания окончательной энергии в размере 1%, а колебаннл относительной скорости— в размере 1/2%. Кроме того, весьма важно, чтобы поток, вступающий в копфузор, был свободен от вращений; длн этой цели во входном сечении устанавливается выпрямляющая решетка, т.е, система коротких труб с параллельными стенками (рнс. 200). Роль этой решетки лена нз следУющнх сообРажений. Угловаа скоРость массы воздУхаг вРащающейся вокруг оси, параллельной направлению потока, прн сужении поперечного сечепил потока в и раз увелнчиваетсн также в я раз'. Так как при этом диаметр потока уменьшаетсл в,/я раз, то поперечная скорость, равнал гаг, увелвчивастсл в т/я раз, в то время как продольнал скорость увеличивается в и раз. Напротив, угловая скорость вращения вокруг оси, перпендикуллрной к направлению потока, при уменьшении поперечного размера вращающейсн массы в „/в разг также уменьшается в,/в раси следовательно, е этом случае возмущающан скорость гго уменьшается в н раз.
Для выравниванил продольных разностей ско- ена основании теоремы Гельлн льна, см. 112 гл. 11. Рис. 201. Различные типы аэродинамических труб. У вЂ” вентилятор; Ь— направляющее колесо,  — еылрямляющая решетка; Я вЂ” проволочное сито; х — рабочая часть трубы ростей применлются также проволочные сита, устанавливаемые перед выпрлмллющей решеткой; в необходимых случаях плотность сита делается в разных местах разной. На рис. 201 изображены три различного типа аэродинамические трубы. Крестиком (х) отмечено то место трубы, в котором подвешиваются исследуемые тела, так называемая рабочал члинь трубы. Первая из труб (самая верхнля) лвллется трубой открытого типа; струя воздуха, выбрасываемая из этой трубы, после некорого числа поворотов в том помещении, где установлена труба, опять попадает в сильно завихренном состолнии во входное отверстие.
причем отдельные вихри могут илзеть разное направление вращения. Вентилятор, засасывая вихрь, имеющий одинаковое с ним направление вращенил, усиливает его; наоборот, засасывая вихрь, имеющий противопололспое с ним направление вращенил, ослабляет его, и в результатс в трубс возникают сильные колебании давления. Во избежание этого перед вситиллтором устанавливается выпрлмлнющан решетка.
В трубе закрытого типа (вторал сверху на рис. 201) позади вентиллтора установлен специальный обтекатель, обеспечивающий спокойное оттекапие воздухе от вентпллтора. В трубе открытого типа, ио с замкнутым потоком воздуха (нижннн труба на рис. 201), свободная струл, выйдл из конфузора, сразу же всасываетсн в продолжение трубы, что значительно облегчает работу наблюдателей, освобождал их от сквозняка.
При продувке в аэродинамической трубе, в отличие от случая буксировки в гидродинамическом канале, не существует правила, устанавливающего свнзь между скоростью и масштабом модели. Строго говори, следовэло бы соблюдать равенство чисел Рейнольдса длл модели и тела в нэтуре. Однако почти во всех случаях это невозможно.
В сэмом деле, если модель в 10 раз меньше тела в натуре, то ее надо было бы продувать со скоростью в 10 рэз большей, чем в натуре. Не говоря уже о том, что такие скорости обычно вообще недостижимы, их осуществление привело бы в область сжимаемых потоков (см. гл. 1Ч), длл которых критерий подобия совсем иной, чем для сжимаемых потоков.
Поэтому н в аэродинамических трубах приходится отказываться от точного соблюденил подобия в отношении тренин. Ь) Измерение скоростей и давлений; определение направления по- тома. В аэродинамических трубах скорость потока определяется па осповвнии измеренил разности давлений р> — рз в двух сечениях трубы (рис. 199) и последующего применения урввнепил Бернулли.
Можно пользоваться также специальными трубками длл измерения скорости (см. рис. 51 на стр. 81). На практике для измеренил скоростей применлютсл также крыльчатый анемоме>пр (рис. 202) и оясмоме>пр с полушариями (рис. 203), по оба они дают менее точные результаты, чем способ, основанный нв измерении разности давленнй. Длл измеренил скорости теченил воды применяется гидрометрическая вертушка (рнс. 204). При пользовании анемометрами или гидрометрической вертушкой наблюдают либо шсло оборотов счетчика, соединенного с прибором, в течение определенного промелгутка времени, например в одну минуту, либо проме>куток времени, в течение которого счетчик совершает определенное число оборотов, например, плтьсот.
Все эти приборы требуют предварительной тврировки. Длл анемометров тарировка производилась раньше на так назыввемом ротативпом степке, т.е. на длинном стер>кис, вращающемся вокруг вертикальной оси. Анемометр прпкреплллся к внешнему концу стержня, который вращалсн с определенной скоростью. Однако при таком способе тарировкп возникали трудно учитываемые не- 3~ ла Рис. 202. Крыльчатый анемо- метр Рис. 203. Анемометр с полуша- рилми Рис. 204. Гидрометрическая вертушка точности: во-первых, вследствие центробежных сил, влнлвших па вращение крыльчаткн или полушарий, а во-вторых, вследствие образованнл кругового потока воздуха, увлекавшегося приирепленпым к стержню анемометром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
