Аэродинами́ческая труба́ — техническое устройство, предназначенное для моделирования воздействия среды на движущиеся в ней тела. Применение труб в аэродинамике базируется на принципе обратимости движений и теории подобия физических явлений. Объектами испытаний в аэродинамических трубах являются модели натурных летательных аппаратов или их элементов (геометрически подобные, упруго подобные, термически подобные и т. д.), натурные объекты или их элементы, образцы материалов (унос материалов, каталитичность поверхности и т. д.).
Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов (или других устройств нагнетания воздуха), которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью (принцип обращения движения).
Аэродинамические трубы классифицируют по диапазону возможных скоростей потока (дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые), размеру и типу рабочей части (открытая, закрытая), а также поджатию — соотношению площадей поперечных сечений сопла трубы и форкамеры. Также существуют отдельные группы аэродинамических труб:
- Высокотемпературные — дополнительно позволяют изучать влияние больших температур и связанных с ними явлений диссоциации и ионизации газов.
- Высотные — для исследования обтекания моделей разреженным газом (имитация полёта на большой высоте).
- Аэроакустические — для исследования влияния акустических полей на прочность конструкции, работу приборов и т. п.
Исследование характеристик надводных и подводных частей корпуса судов приходится выполнять с использованием дублированных моделей, что позволяет удовлетворить условию непротекания по поверхности раздела сред. В качестве альтернативы возможно использование специального экрана, имитирующего поверхность воды.
Центральный аэродинамический институт имеет 60 различных аэродинамических труб для скоростей от 10 м/с до M=25, некоторые из них (СМГДУ с магнитогидродинамическим разгоном до 8000 м/с, УСГД с давлением торможения 5000 атм) уникальны[1].
«Типовые» эксперименты
правитьИзмерение давлений по поверхности тела
правитьДля исследования необходимо изготовить дренированную модель тела — в поверхности модели выполняются отверстия, которые соединяются шлангами с манометрами.
В гидромеханике доказано, что давление без изменений передается поперек пограничного слоя, что позволяет рассчитать сопротивление давления тела по результатам измерения давлений.
Измерение сил и моментов, действующих на тело
правитьДля исследования необходимо подвесить модель на многокомпонентном динамометре (аэродинамические весы) либо на системе растяжек, позволяющей измерять натяжение каждой растяжки.
Пересчет сил и моментов, действующих на тело, осуществляется в соответствии с критерием подобия Рейнольдса.
Визуализация течений
правитьДля решения этой задачи используют шерстяные нити (шелковинки), наклеенные на поверхность модели либо закрепленные на проволочной сетке. Возможна постановка эксперимента с подачей цветного дыма в характерные зоны потока, но продолжительность такого эксперимента (в трубах с повторной циркуляцией воздуха), как правило, весьма мала вследствие общего задымления всего аэродинамического тракта.
История
правитьПервая в мире аэродинамическая трубы была построена 1871 году членом Совета Королевского авиационного общества Великобритании Фрэнсисом Гербертом Уэнхемом (англ. Francis Herbert Wenham). Уэнхем использовал свою аэродинамическую трубу для исследований несущих свойств крыла[2].
В 1897 году К. Э. Циолковский построил прототип аэродинамической трубы собственной конструкции, использовав поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора, и впервые в России применил этот агрегат для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет) воздушным потоком.
Под руководством Н. Е. Жуковского при механическом кабинете Московского университета в 1902 году была сооружена аэродинамическая труба, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.
Первая аэродинамическая труба разомкнутой схемы была создана Т. Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 году., вторая — Н. Е. Жуковским в Москве в 1906 году.
Первая замкнутая аэродинамическая труба построена в 1909 году в Гёттингене Людвигом Прандтлем, вторая — в 1910 году Т. Стантоном.
Первая аэродинамическая труба со свободной струёй в рабочей части была построена Гюставом Эйфелем в Париже на Марсовом поле в 1909 году.
Дальнейшее развитие шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель).
В 1934 году в районе Берлина построена Большая аэродинамическая труба (Адлерсхоф) для аэродинамического моделирования. В трубе диаметром от 8,5 до 12 м размещались части самолётов и изучалось воздействие на них горизонтальных воздушных потоков. Особенностью данной аэродинамической трубы является бетонное сооружение «Zeiss-Dywidag» с толщиной стенок всего 8 сантиметров. В настоящее время сохраняется как памятник промышленной архитектуры в составе Аэродинамического парка.
Впервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году на авиабазе Райт-Патерсон[англ.] в Огайо.
См. также
правитьПримечания
править- ↑ ЦАГИ — Экспериментальная база. Дата обращения: 28 октября 2012. Архивировано 30 октября 2012 года.
- ↑ Соболев Д. А. История самолётов. Начальный период. — М.: РОССПЭН, 1995. — 343 с.
Литература
править- Гофман А. Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. — Л.: Судостроение, 1988.
- Справочник по теории корабля. В трёх томах / Я.И. Войткунский. — Л.: Судостроение, 1987. — Т. 1.
- Физическая энциклопедия / А.М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 161—164. — 704 с. — 100 000 экз.
Ссылки
править- Аэродинамическая труба // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- Аэродинамическая труба в Физической энциклопедии
- https://web.archive.org/web/20081015142241/http://rnd.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006%2F01%2F11%2F194124
- Опыты с аэродинамической трубой на YouTube
- Первый полет в аэродинамической трубе в России на YouTube
В другом языковом разделе есть более полная статья Wind tunnel (англ.). |