УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГРАДИЕНТНОГО ПОТОКА В ОТКРЫТОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ

Полезная модель относится к области авиации, в частности, к средствам формирования неравномерного потока в аэродинамических трубах.
Известны устройства для создания неравномерного потока в аэродинамических экспериментальных установках, имитирующих неравномерность потока, возникающего в воздухозаборниках и в приземном слое атмосферы. Формирование неравномерного потока, в таких устройствах, производится путем воздействия на него сеток, интерцепторов и струйных устройств. Использование таких устройств, позволяет в широких пределах изменять профили скоростей и турбулентности в рабочей части экспериментальных установок.
Один из вариантов таких устройств приведен в работах: Глушко Г.С., Крюков И.А., Мугалев В.П. Управление профилями скорости в пограничном слое// Теплофизика высоких температур, 2004, том 42, №5, с. 740-744 [1] и Mugalev W.P. Simulation of surface-layer velocity fields and their influence on wake/ Wind Engineering into the 21st Century, Larsen, Larose & Livesey (eds), Balkema, Rotterdam, 1999 [2].
Так в работе [1] описано устройство для создания градиентного потока в открытой рабочей части аэродинамической трубы, содержащее плоскую пластину, расположенную в рабочей части аэродинамической трубы параллельно ее продольной оси, которое формирует неравномерный поток путем воздействия на него струй воздуха, выдуваемого из отверстий в пластине. Это техническое решение как наиболее близкий аналог принято за прототип.
К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что его использование требует достаточно сложных расчетных и экспериментальных работ по воспроизведению конкретной формы течения. В тех случаях, когда требуется выполнить исследование аэродинамических характеристик модели в градиентном потоке определенного типа (в данном случае - течение в сдвиговом слое плоской струи), могут быть применены более простые устройства, формирующие струю со сдвиговым слоем в точке подвески модели, обладающим профилями скорости и турбулентности характерными для данного типа течения. Устройство для создания градиентного потока должно иметь минимальное сопротивление, так как при значительной неравномерности потока в рабочей части аэродинамической трубы существенно возрастает сопротивление контура трубы и нагрузки на вентилятор.
Задача и технический результат заключаются в упрощении устройства и уменьшении объема подготовительных расчетных и экспериментальных работ для воспроизведения слоя смешения на границе плоской струи.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в сопле аэродинамической трубы установлена плоская пластина для создания струйного течения со срывом и застойной зоной в рабочей части трубы. Плоская пластина выполнена в виде расположенной параллельно продольной оси аэродинамической трубы профильной вставки с наклонным экраном. Профильная вставка имеет скругленную переднюю кромку и нижнюю поверхность, оканчивающуюся выше по потоку от точки подвески модели, причем задняя кромка вставки соединена с плоским экраном, наклоненным по отношению к продольной оси рабочей части аэродинамической трубы.
Решение достигается также тем, что плоский экран имеет ширину равную поперечному размеру выходной части сопла аэродинамической трубы, а длину равную 0.35-0.5 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы и расположен под углом 50-70° к продольной оси рабочей части аэродинамической трубы.
Решение достигается также тем, что толщина профильной вставки составляет 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы, а округление передней кромки выполнено двумя радиусами, больший из которых примыкает к плоской нижней поверхности длиной 0.28-0.35 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы и составляет 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы.
Решение достигается также тем, что выходная кромка профильной вставки расположена от среза сопла на расстоянии 0.13-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы.
Решение достигается также тем, что на боковых поверхностях профильной вставки установлены вертикальные боковые щитки, расположенные перпендикулярно поверхности экрана и соединенные с экраном.
Схема устройства поясняется чертежами.
На фигуре 1 показан общий вид профильной вставки.
На фигуре 2 показан вид устройства сбоку.
Устройство для создания градиентного потока в открытой рабочей части аэродинамической трубы содержит профильную вставку 3 с экраном 1 и боковые щитки 2 (см. фиг. 1). Боковые щитки 2 закреплены на боковой поверхности профильной вставки 3 перпендикулярно экрану и соединяются с ним.
Плоский экран 1 имеет ширину равную поперечному размеру выходной части сопла 6 аэродинамической трубы, а длину равную 0.35-0.5 от вертикального размера Б выходной части сопла 6 аэродинамической трубы и расположен под углом 50-70° к продольной оси 4 рабочей части аэродинамической трубы. Профильная вставка 3 имеет толщину 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла 6 аэродинамической трубы, а округление передней кромки выполнено двумя радиусами, больший из которых примыкает к плоской нижней поверхности длиной 0.28-0.35 от вертикального размера выходной части сопла 6 аэродинамической трубы и составляет 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла 6 аэродинамической трубы. Выходная кромка профильной вставки 3 расположена от среза сопла 6 на расстоянии 0.13-0.2 от вертикального размера выходной части сопла 6 аэродинамической трубы. На боковых поверхностях профильной вставки 3 установлены вертикальные боковые щитки 2, расположенные перпендикулярно поверхности экрана 1 и соединенные с экраном 1 (см. фиг. 2).
Устройство для создания градиентного потока в открытой рабочей части аэродинамической трубы работает следующим образом. Устройство располагают в сопле 6 аэродинамической трубы параллельно с осью 4 рабочей части трубы так, чтобы задняя кромка профильной вставки была расположена ниже по потоку от среза сопла аэродинамической трубы 5 и выше по потоку от точки подвески модели (фиг. 1, 2). При включении потока реализуется струйное течение газа с отрывом и застойной зоной, расположенной за устройством, и областью градиентного потока определенного типа, расположенной ниже по течению. Полученный градиентный поток обладает профилями скорости и турбулентности характерными для течения в сдвиговом слое плоской струи. В этом случае не требуется специальных мероприятий по обеспечению необходимого сочетания профилей скорости и турбулентности. Устройство обеспечивает минимальные поперечные скорости в отрывной зоне и в ядре потока. Распределение скорости в ядре потока близко к максимально равномерному. В эту область струи помещают точку подвески модели исследуемого летательного аппарата и проводят измерения ее аэродинамических характеристик.
Наличие округления входной кромки радиусом 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы и плоского участка на нижней поверхности профильной вставки длиной 0.28-0.35 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы в сочетании с величиной толщины профильной вставки, составляющей 0.125-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы, обеспечивает уменьшение вертикальной компоненты скорости в ядре потока в рабочей части аэродинамической трубы до уровня, соответствующего вертикальным скосам потока не превышающим 0.5°-1.0°.
Наличие вертикальных боковых щитков, соединенных с экраном препятствует сходу вихря с боковых кромок экрана и, благодаря этому, уменьшает боковые скосы потока в зоне аэродинамической тени за экраном и в ядре потока.
Расположение выходной кромки профильной вставки ниже по потоку от среза сопла аэродинамической трубы на расстоянии 0.13-0.2 от вертикального размера выходной части сопла аэродинамической трубы и наклон экрана на 50-70° к продольной оси рабочей части аэродинамической трубы позволяет образовать проток, снижающий сопротивление вставки при сохранении зоны пониженных скоростей за экраном, распространяющейся на всю верхнюю половину рабочей части аэродинамической трубы.
Таким образом, представленная совокупность признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата, а именно, упрощение устройства и уменьшение объема подготовительных расчетных и экспериментальных работ для воспроизведения слоя смешения на границе плоской струи.
Перечень позиций и обозначений
1 - наклонный экран
2 - боковые щитки
3 - профильная вставка
4 - ось рабочей части аэродинамической трубы
5 - срез сопла аэродинамической трубы
6 - сопло аэродинамической трубы
D - вертикальный размер сопла аэродинамической трубы