Аэродинамическая труба
-
История аэродинамических труб
- Изобретены в конце 19 века для изучения взаимодействия объектов с воздухом.
- Первые трубы были построены для разработки летательных аппаратов.
- В 1871 году Фрэнсис Герберт Уэнхем создал первую закрытую аэродинамическую трубу.
-
Применение аэродинамических труб
- Используются для проверки аэродинамических эффектов самолетов, ракет, автомобилей и зданий.
- Размеры труб варьируются от менее фута до более 100 футов.
- Воздух может перемещаться со скоростью от легкого ветерка до гиперзвуковых скоростей.
-
Методы измерения
- Измеряются аэродинамические силы, давление воздуха и направление потока.
- Используются датчики, дым и крепежные резьбы для визуализации потока.
- Балочные весы и чувствительные к давлению краски измеряют силы.
-
Развитие аэродинамических труб
- Во время Второй мировой войны и холодной войны трубы имели стратегическое значение.
- В 1920-х годах трубы начали применяться к автомобилям.
- В 1960-х годах испытания стали широко применяться для повышения топливной экономичности.
-
Современные достижения
- Достижения в области CFD снизили спрос на испытания, но не устранили их полностью.
- Аэродинамические свойства объекта не могут оставаться неизменными для масштабированных моделей.
- Соблюдение параметров подобия важно для соответствия между моделью и реальным объектом.
-
История аэродинамических труб
- Братья Райт использовали простую аэродинамическую трубу в 1901 году.
- Гюстав Эйфель построил первую аэродинамическую трубу с открытым возвратом воздуха в 1909 году.
- В 1912 году Эйфель перенес лабораторию в Отей, где его труба работает до сих пор.
-
Развитие аэродинамических труб
- Военно-морской флот США построил крупную аэродинамическую трубу в 1916 году.
- NACA построила полномасштабную аэродинамическую трубу в 1931 году.
- В 1932-1934 годах в Шале-Медон была построена самая большая аэродинамическая труба.
-
Вторая мировая война и послевоенные исследования
- В 1941 году в США была построена крупная аэродинамическая труба на аэродроме Райт Филд.
- В Германии были разработаны различные конструкции аэродинамических труб для исследований высокоскоростного воздушного потока.
- В США было построено восемь новых аэродинамических труб после Второй мировой войны.
-
Современные исследования и применение
- В 1949 году в США был принят Закон о едином плане строительства аэродинамических труб.
- Вычислительная гидродинамика (CFD) может дополнять или заменять использование аэродинамических труб в некоторых областях.
- Аэродинамические трубы в пограничном слое используются для моделирования внешнего турбулентного потока.
-
Будущее аэродинамических труб
- В США многие аэродинамические трубы были выведены из эксплуатации с 1990 по 2010 год.
- Для валидации CFD по-прежнему требуются данные в аэродинамической трубе.
-
Будущие потребности в аэродинамических трубах
- Исследования продолжаются для оценки будущих потребностей в аэродинамических трубах.
- Использование беспилотных летательных аппаратов и исследовательских дронов заменило некоторые традиционные виды использования аэродинамических труб.
-
Устройство аэродинамической трубы
- Воздух подается через воздуховод с вентиляторами.
- Вентиляторы могут приводиться в действие стационарными турбовентиляторными двигателями.
- Воздух должен быть относительно свободным от турбулентности для точных измерений.
- Используются вертикальные и горизонтальные воздушные лопасти для сглаживания потока.
- Поперечное сечение туннеля обычно круглое для плавного потока.
- Внутренняя поверхность туннеля делается гладкой для уменьшения турбулентности.
-
Методы измерений
- Давление на поверхностях модели измеряется с помощью напорных кранов.
- Подъемная сила, лобовое сопротивление и другие силы измеряются с помощью силового балансира.
- Визуализация потока осуществляется с помощью различных методов, таких как дым, впрыск углекислого газа, масло, темперная краска, туман и сублимация.
-
Количественные методы
- Краска, чувствительная к давлению (PSP), реагирует на изменение давления, меняя цвет.
- Измеритель скорости изображения частиц (PIV) использует лазерный луч для измерения скорости и направления потока.
- Измерение деформации модели (MDM) анализирует изменение положения маркеров на модели при воздействии ветра.
-
Классификация аэродинамических труб
- Низкоскоростные, высокоскоростные, дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые, с высокой энтальпией
- Горизонтальные и вертикальные
- Для наземных транспортных средств и авиационных целей
-
Авиационные аэродинамические трубы
- Туннели с высоким числом Рейнольдса
- Туннели под давлением, для тяжелых газов, криогенные, высотные
- Туннели V/STOL, вращающиеся, автомобильные
-
Автомобильные аэродинамические трубы
- Внешние проточные и климатические туннели
- Системы компенсации пограничного слоя
-
Аэроакустические туннели
- Изучение шума и его подавления
-
Аэродинамические трубы с высокой энтальпией
- Изучение гиперзвуковых скоростей
- Методы: резервуары с горячим воздухом, электрические дуги
-
Аквадинамический желоб
- Испытания плавсредств в воде
- Петлевой желоб для подводных испытаний
-
Низкоскоростное тестирование негабаритных жидкостей
- Использование масла для замедления движения крыльев
-
Тестирование вентилятора
- Измерение движения воздуха вентиляторами
- Определение кривой Q/h
-
Испытания ветроэнергетики
- Измерение скорости вращения и давления на конструкции
- Анализ высоких зданий и мостов в аэродинамических трубах