УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОТРЫВОМ ПОТОКА

Полезная модель относится к области аэродинамики, а именно к устройствам управления отрывом воздушного потока и может быть преимущественно использована в области судостроения для уменьшения размера зоны отрыва потока на крышах надстроек различных типов судов, с целью уменьшения задымляемости, обеспечения условий обитаемости.
Модель судна, изготовленная для исследования структуры потока в гидродинамической трубе, позволяет моделировать обтекание потоком жидкости исследуемого объекта. Надстройка судна создает отрывные зоны с пониженным давлением, в которые возможно попадание отработанных газов, выходящих из трубы, поэтому необходимо контролировать размеры отрывной зоны.
Известно устройство для уменьшения отрывной зоны на надстройке судна, предназначенные для уменьшения задымляемости надстроек судов (патент на полезную модель №173255). Недостатком такого решения является незащищенность от попадания дыма при определенных углах натекания воздушного потока.
Известно устройство снижения аэродинамического сопротивления в конструкциях грузовых автомобилей (статья B.C. Карабцев, Д.Х. Валеев «Аэродинамика плохообтекаемых тел и возможности ее применения при проектировании грузовых автомобилей. Аналитический обзор»; журнал «Механика машин, механизмов и материалов». 2011, №4(17)). Представлены результаты исследований по определению геометрических параметров ступенчатой формы кузова на коэффициент сопротивления. Недостатком такого решения является ограниченная область применения.
Наиболее близкого технического решения не найдено.
Техническим результатом полезной модели является создание такой конструкции архитектурной формы надстройки, которая позволяет уменьшать зону отрыва на верхней части надстройки, что в значительной степени уменьшает задымляемость надстройки судна.
Технический результат достигается следующим образом. Устройство для управления отрывом потока, содержит надстройку судна. Конструкция надстройки судна выполнена в форме уступа, соотношение геометрических параметров уступа находится в диапазоне 0,2≤h/b≤0,5, где h - высота уступа, b - ширина уступа, при условии расположения кожуха выхлопной трубы за надстройкой судна.
Соотношение геометрических параметров уступа определяется в результате аэродинамического или гидродинамического экспериментов или численными методами.
Соотношение геометрических параметров уступа находится в диапазоне
0,2≤h/b≤0,5, где h - высота уступа, b - ширина уступа.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где:
на фиг. 1 представлена схема общего вида надстройки без применения уступа;
на фиг. 2 представлена схема общего вида надстройки с уступом на экспериментальной модели;
на фиг. 3 представлена визуализация обтекания модели кормовой надстройки судна, где верхний срез кожуха выхлопной трубы расположен ниже верхней границы зоны отрыва течения;
на фиг. 4 представлена визуализация обтекания модели кормовой надстройки судна, где верхний срез кожуха выхлопной трубы расположен выше верхней границы зоны отрыва течения.
Устройство состоит из уступа в зоне формирования отрыва воздушного потока, при условии расположения кожуха выхлопной трубы за надстройкой судна.
Устройство работает следующим образом. При условии расположения кожуха выхлопной трубы за надстройкой судна за счет выполненного уступа набегающий воздушный поток прижимается к верхней части надстройки, в результате чего высота отрыва потока с передней кромки надстройки судна уменьшается.
Проведенный эксперимент в гидродинамической трубе методом водородных пузырьков позволяет оценить размеры области отрыва потока.
Внутри зоны уступа возникает собственное вихревое течение, которое прижимает предельную линию основного потока к верхней части надстройки, вследствие уменьшения вертикальной составляющей скорости основного потока в районе точки отрыва. Если срез дымовой трубы за надстройкой находится ниже верхней границы зоны отрыва (фиг. 3), то дымовые газы будут распространяться навстречу основному воздушному потоку, набегающему на судно. В этом случае дым будет заполнять всю отрывную зону на верхнем ярусе надстройки. Если поперечный размер зоны отрыва уменьшится (фиг. 4) на столько, что срез трубы пересечет верхнюю границу зоны отрыва, и выходящие из трубы газы будут сноситься внешним течением в корму судна, то задымления надстройки судна не будет.
Большинство надстроек, расположенных на верхней палубе судов, обтекаются воздушным потоком с отрывом при тех или иных углах дрейфа относительно кажущегося ветра (с учетом скорости хода судна). Распределение скоростей и давлений в зонах отрыва существенно влияет на распространение дыма по надводной части судна и поведение авиационной техники при движении ее вблизи поверхности судна. Применительно к задымляемости возникают проблемы видимости, вентиляции помещений, включая обеспечение чистым воздухом двигательной установки судна, проблемы выхода из строя двигателей летательных аппаратов при заборе отработанных газов судовой установки.
Одним из существенных параметров является поперечный размер отрывной зоны и его отношение к скорости невозмущенного набегающего потока.
Данное техническое решение позволяет управлять отрывом потока с передней горизонтальной кромки надстройки судна, уменьшая высоту отрывной зоны, с целью уменьшения задымленности надстройки судна при уменьшении высоты кожуха газоходов.