ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА МАГНУСА

Полезная модель относится к области механики жидкостей и газов и может быть использована в учебном процессе при изучении дисциплины "Аэродинамика и теория полета" для исследования эффекта Магнуса в аэродинамической лаборатории.
Известен учебный прибор по исследованию эффекта Магнуса, содержащий дозвуковую аэродинамическую трубу, в рабочей части которой на аэродинамических весах, снабженных державкой, установлена модель включающая в себя цилиндр, соединенный валом с электромотором. Аэродинамические весы позволяют с помощью динамометра определить подъемную силу. (Вышегородцев Е.Н., Силенко С.А., Сорокин С.П. Лабораторная установка для демонстрации эффекта Магнуса, - М.: ЦВНИ МО РФ, 2007. - Деп. рукоп. №В6454, 6 с.)
Недостатком этой лабораторной установки является невозможность наблюдения отклонения цилиндра при действии подъемной силы Магнуса.
Известен учебный прибор по исследованию эффекта Магнуса, содержащий аэродинамическую трубу, в рабочей части которой находится цилиндр, приводимый во вращательное движение электромотором посредствам приводного ремня. Электромотор вмонтирован в корпус. Благодаря наличию двух шариковых подшипников корпус может свободно вращаться на валу. Вал имеет конический хвостовик, который вставляется в гнездо стола. На оси электромотора закреплен небольшой шкив, предназначенный для надевания приводного ремня. К корпусу прикреплен кронштейн, на конце которого имеется втулка, которая служит для крепления оси. Монтаж цилиндра на ось производится с помощью подшипников. В нижней части цилиндра имеется канавка для надевания приводного ремня. (Горшенин Д.С., Мартынов А.К. Методы и задачи практической аэродинамики. - М.: Машиностроение, 1977. - 240 с.)
Недостатком этой лабораторной установки является невозможность количественно оценивать результаты эксперимента и сравнивать их с результатами теоретических расчетов подъемной силы Магнуса.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей, заключающихся в количественной оценке результатов эксперимента и сравнении их с результатами теоретических расчетов.
Указанная цель достигается тем, что известная лабораторная установка, содержащая дозвуковую аэродинамическую трубу, в рабочей части которой на державке установлен вращающийся цилиндр, соединенный с валом электромотора, оборудована приемником полного давления и приемником статического давления, микроманометром, чашечными весами, причем приемник полного давления установлен на выходе сужающейся части сопла аэродинамической трубы перпендикулярно встречному потоку воздуха и соединен резиновой трубкой с бачком микроманометра, приемник статического давления установлен на выходе сужающейся части сопла аэродинамической трубы параллельно набегающему потоку воздуха и соединен при помощи резиновой трубки со стеклянной отсчетной трубкой микроманометра, чашечные весы соединены с державкой нитью, перекинутой через блок, закрепленный на основании.
На фигуре изображена лабораторная установка, где 1 - аэродинамическая труба, 2 - электромотор, 3 - цилиндр, 4 - державка, 5 - подшипник, 6 - основание, 7 - микроманометр, 8 - чашечные весы, 9 - приемник полного давления, 10 - приемник статического давления, 11 - блок.
Аэродинамическая труба 1, в рабочей части которой на валу электромотора 2 установлен цилиндр 3; электромотор 2 закреплен в державке 4, которая при помощи подшипника 5 соединена с основанием 6.
На выходе сужающейся части сопла аэродинамической трубы 1 установлены приемник полного давления 9, перпендикулярно встречному потоку воздуха, и соединен резиновой трубкой с бачком микроманометра 7 и приемник статического давления 10, параллельно набегающему потоку воздуха, и соединен при помощи резиновой трубки со стеклянной отсчетной трубкой микроманометра 7. Чашечные весы 8 соединены с державкой нитью, перекинутой через блок 11, закрепленный на основании 6.
Лабораторная установка работает следующим образом.
Включают аэродинамическую трубу 1, выводят ее на постоянный режим работы. С помощью приемника полного давления 9, приемника статического давления 10 и микроманометра 7 определяют скорость набегающего потока воздуха V∞. Включают электромотор 2 и выводят его на заданный режим работы, визуально регистрируют отклонение державки 4 с цилиндром 3 в потоке. С помощью чашечных весов 8 грузом уравновешивают систему и регистрируют значения массы груза.
Порядок обработки результатов эксперимента включает следующие основные этапы:
∞
∞
1. Определить скоростной напор q и скорость V набегающего потока по следующим зависимостям
∞
атм
ж
0
3
где ρ - плотность воздуха набегающего потока, равная плотности атмосферного воздуха ρ=1,22 кг/м; k - коэффициент микроманометра,  - коэффициент насадка, ρ - плотность жидкости в микроманометре,  - ускорение свободного падения, φ - угол наклона трубки микроманометра к горизонту, l - начальный уровень жидкости в трубке микроманометра, l - текущий уровень жидкости в трубке микроманометра при работе аэродинамической трубы.
2. Для каждого режима работы аэродинамической трубы определить экспериментальное значение подъемной силы, возникающей при обтекании вращающегося цилиндра (силу Магнуса)
где m - значение массы груза в чашечных весах.
3. Определить теоретическое значение подъемной силы
где h - высота цилиндра; ω - угловая скорость вращения цилиндра; S- площадь сечения цилиндра.
Таким образом, лабораторная установка позволяет демонстрировать эффект Магнуса, количественно оценивать результаты эксперимента и сравнивать их с результатами теоретических расчетов. Предлагаемая лабораторная установка может быть использована при проведении занятий по дисциплине "Аэродинамика и теория полета".