Задачи общего физико-механического практикума по аэромеханике (1125742), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Чтобы ввести в схему подвесов (рис. 4) весы, рассмотрим для определенности, узел заделки стержня (2) с внешней опорой. Изначальная цель этого закрепления состояла в том, чтобы не давать возможности точке О перемешаться в вертикальном направлении. Ясно, что та же цель будет достигнута, если вместо непосредственной заделки установить на внешней опоре рычаг так, как изображено на рис. 5а. 72 которые дают линейную связь между непосредственно измеряемыми напрвкениями Т и аэродинамическими взаимодействиями Х, У, М Формулы (3.11) составляют основу метода измерения аэродинамических воздействий на крыло. В связи с (3.11) заметим, что в правой части стоят непосредственно измеряемые реакции связей Т;, имеющие с точки зрения механики, упругую природу.
В то же время левые части (3Л1) вовсе не связаны с какими либо связями и зависят фактически лишь от взаимодействия модели и потока воздуха Именно на соотношении (3.11) и заключается методика измерения аэродинамических воздействий потока на крыло. Таким образом, экспериментальное определение аэролинамических воздействий на крыло проводится в два этапа. На первой стадии прн выюпоченной трубе, согласно (3.1), (3.2), измеряются напряжения Т, о в связях, отвечающие нагрузке системы за счет силы тяжести. На второй стадии вюпочается пропеллер, создающий поток в трубе, и измеряются напряжения Т,, определяемые (3.9), (3.10). Данные этих двух экспериментов позволяют найти аэродинамические характеристики по формулам (3.11).
Рис. 5. (а) Закрепление точки О относительно перемещения в вертикальном направлении, уточняющее крепление на рис. 4(а). (6). Показано образование из рычага рычажных весов, 1Π— ллина левого плеча, 1 — равновесное положение груза с весом жл, Тз— приложенная внешняя сила.
Если на правом плече рычага сделать малый по сравнению с его ллнной зазор и разместить на нем свободно перемещающийся груз с известной массой иь то рычаг превращается в «примитивные» рычажные весы, преображенные на рис. 5(б). С помощью таких весов можно измерить силу Т~з, если перемесппь груз в «равновесное» положение 1, когда конец правого рычага не имеет физического контакта с краями зазора, и поэтому на правое плечо в равновесном состоянии будет действовать лишь сила тяжести груза тл.
Записав условие равновесия рычага в виде равенства моментов относительно опоры (О), получим соотношение: Тз'1,= л(, из которого следует, что при известных 1„а,л, длина 1 прямо пропорциональна измеряемой силе Тзс. На экспериментальной установке используется модифицированная версия примитивных весов, изображенных на рис. 5.
Основная модификация состоит в том, что процедура «взвешиванию>, т.е. переход к равновесному состоянию, осуществляется автоматически при помощи так называемой следящей системы, которой снабжаются весы. 73 Эта система представляет собой электромотор с постоянным током, который укрепляется на той же опоре, что и рычаг. Прн этом учитывается такое свойство электромотора, как изменение направления вращения его ротора прн изменении направления электрического тока, проходящего через его обмотку.
Длина ротора электромотора сопоставима с размахом правого плеча рычага на рнс. 5, причем на ротор нарезается резьба с определенным шагом н на эту резьбу накручнвается соответствующая гайка с вилкой. Эта вилка связана с грузом весов н способна перемещатыруз горизонтально вправо илн влево в зависимости от направления вращения ротора, однако она не действует иа груз в вертикальном направлении (передача вращательного движения в посгупательное). Принципиальная схема весового элемента изображена на рнс.
6. зэ э Тх Рис. 6. Принципиальная схема весового элемента М вЂ” электромотор постоянного токе, Б Б — источники питания тока с разными поляэсами, Р— ротор электромотора с нанесенной на него резьбой, С вЂ” электромеханический счетчик оборотов ротора пг — переменмемый груз. Прн этом полюса батарей Б„Б подобраны так, что при замкнутой верхней цепи (контакт с верхним краем зазора) груз лг перемещйется вправо, а прн замыкании нижней цепи — влево.
Из схемы на рнс. 6 ясно, 74 что при фиксированной силе Тз груз перейдет в конечном счете в равновесное состояние, в котором будут отсу>ствовать контакты правого плеча рычага с краями зазора. Результат измерения фиксируется при помощи электромеханического счетчика оборотов ротора электромотора («С» на рис. 6). Этот результат передается через электрический кабель на пульт управления установкой, где и выдается экспериментатору в виде печатного числа «и«», означающего, сколько оборотов совершается ротором электромотора для того, чтобы переместить груз»> из «нулевого», исходного положения «0» в равновесное для силы Т> .
Как видно из рис. 6, и» пропорционально расстоянию от «нулевого положения» до равновесного. Совокупность чисел ло — — ло(а) и фиксируется в «нулевой продувке». При запуске аэродинамической трубы в том же самом положении крыла с углом атаки а на левый рычаг весов, изображенных на рис. 6, будет действовать, вообще говоря, другая сила Тз . При этом весовой элемент отбалансирует зту силу Тз, и счетчик выдает показание «и» (оборотов) на пульт управления.
Очевидно, что разность показаний (и — ло) пропорциональна разности сил Тз — Тз . О. Тз — Тз =Й(л — по) (4.1) причем если размер зазора очень мал по сравнению с размахом правого рычага, то А в (4.1) практически не зависит от величины измеряемых сил и, «путем тарировкю>, задается для весового элемента в виде кон- кГ кретиого числа с размерностью [«1 = —. Силы здесь определяются в об т.н. «технической» системе един>пЬ в которой 1 кг массы равен 1 кГ нем са, т.е. 1 кГ= 1кг 9,8 — =9,8 ньютон. с Таким образом, на рассмотренных весах измеряется значение (4.1), входящее в общее выражение для сил (3.11). Для того, чтобы определить другие слагаемые в (3.11), необходимо иметь в наличии достаточное количество весовых элементов, каждый из которых устроен по описанному выше принципу.
Если вернуться к рис. 4, то экспериментальная схема определения аэродинамических сил и их момента с учетом измерительных устройств, будет выглядеть так, как показано на рис. 7. Рис. 7 (а, б1. Установка весовых элементов для измерения аэродинамических снл и их момента В случае отсутствия потока определяются силы 1Т, 1, а при его наличии — силы 1Т,1, Г = 1, 2, .
Изображен 1-о1 также блок Б, посредством которого гориюнтальный поднес соединяется с внешней опорой. Если ввести индекс г = 1,2,3, соответствующий вертикальным подвесам на рис. 7, то очевидно, что при «нулевой продувке» с каждого из весовых элементов «Х, у, Мк» получатся данные и„, имеющие смысл количества оборотов соответствующего ротора электромотора, как это было объяснено выше. При наличии потока аэродинамические силы уравновешиваются реакциями связей, согласно 13.11).
В результате с весов! = 1,2,3, показанных на рис.7, получатся показания и„имеюпще смысл числа оборотов соответствующих роторов, и именно эти показания фиксируются печатными устройствами на пульте управления всей установкой. Так, в разобранном здесь варианте, сила Тз отвечает показанию весов н, а 0 сила Тз — показаниям пз. В результате имеем согласно схеме, изображенной на рнс. 7, 76 Тз — Тз = lс,(пз — пщ) о о Т1 — Т1 = «1(п~ — пм) Тз 73 = кз(пз паз) 0 (4.2) Формулы (4.2) и лежат в основе мегода измерения силы.
5. Порядок оформлення работы н предетавлення окончательных результатов измерений Х = С~то, У =СгяЯ, Мм = м~фЯЬ 2 где через д = — р Р обозначен динамический напор, имеющий раз- 2 мерность давления, а С„,Сг,т — безразмерные коэффициенты сопротивления, подъемной силы н момента Этн коэффициенты не зависят от определаопщх параметров и, казалось бы, должны быть одинаковы для всех геометрически подобных тел. Опыт показывает однако, что в дозвуковых потоках весьма существенной оказывается зависимость аэродинамических снл от кннематнческой вязкости воздуха ь, по порядку 77 Прн каждом фиксированном значении угла атаки а, который может принимать любые целые значения в диапазоне — б~ < а ь 26', с весовых элементов, язображенных на рнс. 7, снимаются показания п, - =и„, пт - =п„, пз - =п, относящиеся к потоку воздуха с некоторой фпксироващюй скоростью Г .
Прн этом первоначально снимается показания весов )и, п,, п ~ прн отсутствии потока: Г = О (т.н. «нулевая продувкаэ). На основании этих намерений по формулам (З.П) рассчитываются аэродинамические силы, действующие на исследуемый крыловой профиль с геометрнческимн параметрами: Ь- среднее значение хорды крыла, Ь- средняя толщина профиля, Ь вЂ” размах крыла, причем, как правило, Ь «Ь, Ь. Если на основании теории размерностей определить в качестве определяющих размерных параметров в набегающем потоке массовую плотность воздуха р, скорость потока Г, линейный размер хорды Ь и площадь крыла в плане Я = Ы, то размерные силы можно представить в виде: величины равной 0,15 см /с. В аргумент безразмерных функций С,С„, ш, вязкость г может войти только в безразмерной комбинации ЬР с определяющими параметрами: Ке = —, называемой числом РейУ нольдса, так что С = (С,С„) = С(а; Ке), ш, = ш (а; Ке) (5.2) Поскольку число Ке содержит линейный размер Ь, то, вообще говоря, нельзя утверждать, что безразмерные коэффициенты одинаковы для всех геометрически подобных тел.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
