АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА
WIND TUNNEL

Изобретение относится к области аэродинамики и может быть использовано в конструкциях аэродинамических труб.
Известные аэродинамические трубы (АДТ) замкнутого типа содержат конфузор, рабочую зону, диффузор, вентиляторную установку, один или несколько обратных каналов и поворотные колена, которые образуют замкнутый контур [3].
Поворотные колена могут выполняться в виде плавного отвода, внутренняя и внешняя стенка которого представляют собой концентрические дуги, описанные с одного центра, с углом поворота потока в колене 180° (1 с.64), или в виде прямого колена с углом поворота потока 90°. В последнем случае участок канала между первым и вторым поворотным коленом может быть выполнен или цилиндрическим (призматическим) [1 с.60], или диффузорным.
Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому техническому решению есть аэродинамическая труба замкнутого типа, которая содержит конфузор, рабочую зону, диффузор, обратный канал, вентиляторную установку и четыре поворотных колена с утлом поворота потока 90°, с диффузорным участком между первым и вторым коленом [2 с.11).
Недостатком АДТ ближайшего аналога являются большие гидравлические потери, связанные с нерациональностью компоновки. Первое и второе поворотные колена являются одними из основных источников гидравлических потерь в контуре АДТ и основной причиной больших гидравлических потерь в диффузоре. Это связано с тем, что уменьшение гидравлических потерь в поворотных коленах требует уменьшения скорости потока в месте их расположения, для чего необходимо увеличивать степень расширения диффузора, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь полного давления в диффузоре. Кроме того, увеличение степени расширения диффузора требует увеличение его длины, что, в свою очередь, приводит к увеличению общих геометрических размеров АДТ и материалоемкости конструкции.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача по разработке конструкции АДТ замкнутого типа, которая имела бы малые гидравлические потери, что позволило бы уменьшить мощность повода, а также уменьшить материалоемкость конструкции.
Поставленная задача решается тем, что аэродинамическая труба замкнутого типа, которая содержит конфузор, рабочую зону, диффузор, обратный канал, вентиляторную установку, содержит поворотные колена, из которых, по крайней мере, первое и второе калена имеют неодинаковые углы поворота потока, причем колено с меньшим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока больше, а колено с большим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока меньше. Поскольку коэффициент гидравлических потерь поворотного колена зависит от угла поворота потока [2 с.161], то при этом в сравнении с аналогом коэффициент гидравлических потерь колена с меньшим углом поворота потока уменьшается, а коэффициент гидравлических потерь колена с большим углом поворота потока увеличивается, причем суммарный коэффициент гидравлических потерь в поворотных коленах увеличивается сравнительно с аналогом. В то же время гидравлические потери пропорциональны квадрату местной скорости, поэтому при определенном коэффициенте восстановления давления в диффузорном канале между первым и вторым коленом суммарные гидравлические потери уменьшаются, так как фактически большая часть суммарного коэффициента гидравлических потерь поворотных колен переносится в участок контура, где скорость потока меньше. Кроме того, уменьшение коэффициента гидравлических потерь первого поворотного колена позволяет увеличить скорость в сечении, где оно расположено, и, соответственно, уменьшить степень расширения и длину диффузора, что приведет к уменьшению потерь полного давления в диффузоре, его геометрических размеров и материалоемкости конструкции АДТ.
С целью уменьшения коэффициента гидравлических потерь колен с углами поворота потока больше 90° эти колена могут быть выполнены с несколькими поворотными решетками. В частности, контур АДТ может содержать поворотные колена, которые включают поворотные решетки с углом поворота потока 60°. Причем первое колено содержит одну поворотную решетку и поворачивает поток на 60°, второе колено содержит две поворотные решетки и поворачивает поток на 120°, а третье колено содержит три поворотные решетки и поворачивает поток на 180° (чертеж).
Таким образом, предлагаемая аэродинамическая труба замкнутого типа содержит конфузор, рабочую зону, диффузор, один или несколько обратных каналов, вентиляторную установку и поворотные колена, из которых, по крайней мере, первое и второе колена имеют неодинаковые углы поворота потока, причем колено с меньшим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока больше, а колено с большим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока меньше. При этом ее поворотные колена могут содержать поворотные решетки с углом поворота потока 60°, причем первое колено содержит одну поворотную решетку и поворачивает поток на 60°, второе колено содержит две поворотные решетки и поворачивает поток на 120°, а третье колено содержит три поворотные решетки и поворачивает поток на 180°.
К отличительным от ближайшего аналога признакам относятся:
- применение в контуре АДТ колен с неодинаковыми углами поворота потока, причем колено с меньшим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока больше, а колено с большим углом поворота потока расположено в сечении, где скорость потока меньше, при этом уменьшаются суммарные гидравлические потери и, соответственно, мощность привода, а также уменьшаются общие геометрические размеры и материалоемкость конструкции;
- применение в контуре АДТ поворотных колен, которые содержат поворотные решетки с углом поворота потока 60°, что уменьшает коэффициент гидравлических потерь поворотных колен и также уменьшает материалоемкость конструкции.
Соединение вышеизложенных известных и отличительных признаков обеспечивает уменьшение гидравлических потерь и, соответственно, мощности привода, а также уменьшение материалоемкости конструкции.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема предложенной АДТ.
Конструкция АДТ состоит из конфузора 1, рабочей зоны 2, диффузора 3, диффузора обратного канала 4, обратного канала 5, поворотных колен 6, 7, 8, которые содержат поворотные решетки 9, вентиляторной установки 10.
АДТ работает следующим образом: вентиляторная установка создает перепад давления, под действием которого воздух в контуре АДТ двигается в направлении против часовой стрелки (относительно чертежа). Воздух проходит через конфузор 1, где происходит его ускорение и выравнивание поля скоростей, рабочую зону 2, диффузор 3, где происходит торможение потока и частичное восстановление полного давления, поворотное калено 6, где поток поворачивается, диффузор обратного канала 4, где происходит дальнейшее торможение потока и частичное восстановление полного давления, поворотное колено 7, где поток поворачивается, вентиляторную установку 10, где поток получает приращение полного давления, обратный канал 5, где происходит торможение потока и частичное восстановление полного давления, поворотное колено 8, где поток поворачивается, после чего снова поступает на вход конфузора 1.
Источники информации
1. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения (методы и приборы). М., "Наука", 1964.
2. Аэродинамические трубы и газодинамические установки Научно-исследовательского центра им. Эймса NASA Выпуск №450 Г., ЦАГИ, ОНТИ 1974 г.
3. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. М.-Л., изд. "Машиностроение", 1965.