УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ ПОД ВОЗДУХОЗАБОРНИКОМ ВОЗДУШНОГО СУДНА

Изобретение относится к области авиации, а именно к установкам для исследования процесса вихревого движения под воздухозаборниками воздушных судов с реактивными двигателями.
B
t
Известна установка, которая позволяет количественно определить интенсивность вихревого движения под воздухозаборником в виде замера объема V засасываемой жидкости воздухозаборником из расходного сосуда за некоторый интервал времени Δ. Это достигается путем постановки на поверхности экрана расходного сосуда с жидкостью и соединенного через трубопровод с мерным устройством. Центральное отверстие сосуда с жидкостью расположено под нижней кромкой воздухозаборника [1].
Недостатком этой установки является невозможность количественного определения интенсивности вихревого движения под воздухозаборником на больших высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред (аэродрома). Данная установка количественно определяет интенсивность вихревого движения только на низких высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред, на режиме «пылесосного всасывания».
Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей установки для определения интенсивности вихревого движения.
Для достижения данной задачи использована экспериментальная установка и алгоритм для определения интенсивности вихревой среды под воздухозаборником воздушного судна.
τ
Устройство для определения интенсивности вихревого движения среды с использованием вихревых характеристик воздухозаборника позволяет количественно определять интенсивность вихревого движения на различных высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред с учетом составляющей тангенциальной скорости с, посредством вычисления циркуляции Г.
За основу использованы теоретические положения по Г.Ф.Бураго и Н.В.Даниленко [2, 3].
τ
На фиг.1 представлен общий вид описываемой установки: а) вид сверху, б) вид сбоку. На фиг.2 изображена схема для проведения замера тангенциальной скорости с и определения циркуляции Г, на фиг.3 - график полученной вихревой характеристики Г=f().
Устройство для изучения вихревого движения среды под воздухозаборником воздушного судна состоит из следующих основных частей: электродвигатель 1 мощностью 110 кВт, приводящий во вращение центробежный компрессор 2; магистрали 7 всасывания воздуха и магистрали нагнетания 8 с заслонкой 6; заслонка 5, позволяющая перекрывать доступ воздуха к компрессору 2. К магистрали 7 всасывания подстыковывается модель исследуемого воздухозаборника 11. Под моделью воздухозаборника 11 установлена поверхность раздела сред 3, имитирующая поверхность аэродрома. С внешней стороны установки установлены: пульт запуска центробежного компрессора 14 и U-образный дифференциальный манометр 4, позволяющий проводить замеры скорости в канале исследуемого воздухозаборника. Поверхность раздела сред 3 представляет собой пластиковую прозрачную поверхность,
снабженную снизу светотехническим оборудованием и видеокамерой 9. Поверхность раздела сред 3 имеет возможность изменять высоту расположения при помощи винтовой пары. На пластиковую поверхность раздела сред 3 нанесена координатная сетка 10. Координатная сетка представляет собой размеченную область, с размером ячеек 2,4×2,4 см, и вписанных окружностей различных диаметров (для использования их в качестве круга с радиусом r, необходимые для просчета циркуляции). Данная координатная сетка 10 совместно со светотехническим оборудованием и видеокамерой 9, позволяет фиксировать места зарождения, развития и разрушения вихревых структур.
н
в
τ
С помощью термоанемометра ТТМ-2 12 фиксируются: температура t окружающего воздуха, необходимая для расчета скорости потока и расхода воздуха G через воздухозаборник; значение скорости потока с над поверхностью раздела сред, значение которой необходимо для получения тангенциальной скорости c.
τ
Для получения угла отклонения а и получения значения с, и дальнейшего вычисления циркуляции Г предназначен щуп 13 с шарообразной маркером на конце. Маркер изготовлен из кусочка пенопласта, закрепленной шелковой нитью длиной 35 мм к щупу и показывает направление вихревого движения среды.
Для определения интенсивности вихревого движения на различных высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред осуществляется по следующему алгоритму.
1
2
3
Установим воздухозаборник на заданной высоте Н над поверхностью экрана. В нижней части экрана проведем замкнутый контур l произвольной формы. В данном случае это окружность с центром, которую в свою очередь разобьем на конечное число элементов контура dl, как показано на фиг.2. Таких окружностей выберем три с радиусами r, r, r, для полноты
τ
получения картины вихревого движения среды под воздухозаборником. Измерим длины дуг секторов, равные конечным числу элементов d1. В середине назначенных секторов установим точки для замера величины скорости потока с. Угол между вектором скорости с и касательной к данной окружности на элементе dl обозначим через α. Для обеспечения легкого запуска компрессора 2 в системе нагнетания 8 и всасывания 7 установлены соответственно заслонки 6 и 5, которые в момент запуска закрыты. Это позволяет перекрыть поступление воздуха в рабочую часть центробежного компрессора 2, тем самым уменьшить потребную работу для раскрутки крыльчатки, и тем самым, уменьшить заброс пускового силы тока при запуске установки. После запуска электродвигателя производится плавное открытие заслонок 6 и 5, то есть устанавливается режим с заданным расходом воздуха в воздухозаборнике 11, который определяется по U-образному дифференциальному манометру 4, под воздухозаборником 11. Измеряем скорость с с помощью термоанемометра ТТМ-2. Угол α измеряем с помощью щупа в виде пенопластового маркера, который показывает направление движения потока под воздухозаборником. Далее определяем тангенциальную скорость по формуле c=c·cosα. Согласно закону Био-Савара вычислить циркуляцию Г для одного и того же момента времени по всему замкнутому контуру l можно по формуле
экв
После проведения ряда замеров строится вихревая характеристика  - относительная высота расположения нижней кромки воздухозаборника 11 от поверхности раздела сред 3, d - эквивалентный диаметр входа в воздухозаборник 11. Затем изменяется высота расположения воздухозаборника H (она может быть уменьшена или увеличена) и серия замеров продолжается.
Применение предлагаемого способа и устройства позволит количественно оценить интенсивность вихревого движения среды под воздухозаборником за интервал времени Δt, а также расширить диапазон проведения эксперимента по изучению вихревого движения потока под воздухозаборником воздушного судна.
Список используемой литературы:
1. Патент RU 2252404 С2 Авторы: Пахомов С.В., Сафарбаков А.М., Матвиенко А.С. Опубликовано 20.05.2005, бюллетень №14 (прототип)
2. Бураго Г.Ф. Аэродинамика. Основы теоретической аэродинамики и аэродинамика крыльевых профилей. Часть 1 / Г.Ф.Бураго. - М.: Типография ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1957 с.22-23
3. Даниленко Н.В. Исследование вихревых течений потока перед воздухозаборниками авиационной силовой установки с газотурбинными двигателями / Н.В.Даниленко, П.М.Кривель, С.В.Пахомов, А.М.Сафарбаков, М.М.Федотов. - Иркутск: ИВВАИУ(ВИ), 2008. - 440 с.