Устройство для определения интенсивности вихревого движения среды под воздухозаборником воздушного судна

Изобретение относится к области авиации, а именно к установкам для исследования вихревого движения под воздухозаборниками воздушных судов с реактивными двигателями.

Принцип работы устройства следующий. Устанавливается воздухозаборник на фиксированной высоте Н расположения над поверхностью экрана, на котором нанесена координатная сетка с вписанными окружностями r₁, r₂, r₃, в виде правильного контура l, разделенная на конечное число элементов контура dl (фиг.1) и используется щуп в виде пенопластового маркера и шелковой нити длиной 35 мм для дальнейшего определения тангенциальной скорости с и вычисления циркуляции Г. Угол между вектором скорости с и касательной к данной окружности на элементе dl обозначается через .

Измеряется скорость потока с и определяется тангенциальная скорость с по формуле с=c·cos. По закону Био-Савара вычисляется циркуляция Г по формуле

Затем строится вихревая характеристика Г=f() для воздухозаборника на заданной высоте Н (фиг.2). Высота Н расположения воздухозаборника над поврехностью раздела сред с помощью винтовой пары может быть уменьшена или увеличена.

Применение предлагаемой установки позволит количественно оценить интенсивность вихревого движения среды под воздухозаборником за интервал времени t, и расширить диапазон проведения эксперимента. 1 с. и 2 з.п .ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, а именно к установкам для исследования процесса вихревого движения под воздухозаборниками воздушных судов с реактивными двигателями.

Известна установка, которая позволяет количественно определить интенсивность вихревого движения под воздухозаборником в виде замера объема V_B засасываемой жидкости воздухозаборником из расходного сосуда за некоторый интервал времени _t. Это достигается путем постановки на поверхности экрана расходного сосуда с жидкостью и соединенного через трубопровод с мерным устройством. Центральное отверстие сосуда с жидкостью расположено под нижней кромкой воздухозаборника [1].

Недостатком этой установки является невозможность количественного определения интенсивности вихревого движения под воздухозаборником на больших высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред (аэродрома). Данная установка количественно определяет интенсивность вихревого движения только на низких высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред, на режиме «пылесосного всасывания».

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей установки для определения интенсивности вихревого движения.

Для достижения данной задачи использована экспериментальная установка и алгоритм для определения интенсивности вихревой среды под воздухозаборником воздушного судна.

Устройство для определения интенсивности вихревого движения среды с использованием вихревых характеристик воздухозаборника позволяет количественно определять интенсивность вихревого движения на различных высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред с учетом составляющей тангенциальной скорости с, посредством вычисления циркуляции Г.

За основу использованы теоретические положения по Г.Ф.Бураго и Н.В.Даниленко [2, 3].

На фиг.1 представлен общий вид описываемой установки: а) вид сверху, б) вид сбоку. На фиг.2 изображена схема для проведения замера тангенциальной скорости с и определения циркуляции Г, на фиг.3 - график полученной вихревой характеристики Г=f().

Устройство для изучения вихревого движения среды под воздухозаборником воздушного судна состоит из следующих основных частей: электродвигатель 1 мощностью 110 кВт, приводящий во вращение центробежный компрессор 2; магистрали 7 всасывания воздуха и магистрали нагнетания 8 с заслонкой 6; заслонка 5, позволяющая перекрывать доступ воздуха к компрессору 2. К магистрали 7 всасывания подстыковывается модель исследуемого воздухозаборника 11. Под моделью воздухозаборника 11 установлена поверхность раздела сред 3, имитирующая поверхность аэродрома. С внешней стороны установки установлены: пульт запуска центробежного компрессора 14 и U-образный дифференциальный манометр 4, позволяющий проводить замеры скорости в канале исследуемого воздухозаборника. Поверхность раздела сред 3 представляет собой пластиковую прозрачную поверхность,

снабженную снизу светотехническим оборудованием и видеокамерой 9. Поверхность раздела сред 3 имеет возможность изменять высоту расположения при помощи винтовой пары. На пластиковую поверхность раздела сред 3 нанесена координатная сетка 10. Координатная сетка представляет собой размеченную область, с размером ячеек 2,4×2,4 см, и вписанных окружностей различных диаметров (для использования их в качестве круга с радиусом r, необходимые для просчета циркуляции). Данная координатная сетка 10 совместно со светотехническим оборудованием и видеокамерой 9, позволяет фиксировать места зарождения, развития и разрушения вихревых структур.

С помощью термоанемометра ТТМ-2 12 фиксируются: температура t_н окружающего воздуха, необходимая для расчета скорости потока и расхода воздуха G_в через воздухозаборник; значение скорости потока с над поверхностью раздела сред, значение которой необходимо для получения тангенциальной скорости c.

Для получения угла отклонения а и получения значения с, и дальнейшего вычисления циркуляции Г предназначен щуп 13 с шарообразной маркером на конце. Маркер изготовлен из кусочка пенопласта, закрепленной шелковой нитью длиной 35 мм к щупу и показывает направление вихревого движения среды.

Для определения интенсивности вихревого движения на различных высотах Н расположения воздухозаборника над поверхностью раздела сред осуществляется по следующему алгоритму.

Установим воздухозаборник на заданной высоте Н над поверхностью экрана. В нижней части экрана проведем замкнутый контур l произвольной формы. В данном случае это окружность с центром, которую в свою очередь разобьем на конечное число элементов контура dl, как показано на фиг.2. Таких окружностей выберем три с радиусами r₁, r₂, r₃, для полноты

получения картины вихревого движения среды под воздухозаборником. Измерим длины дуг секторов, равные конечным числу элементов d1. В середине назначенных секторов установим точки для замера величины скорости потока с. Угол между вектором скорости с и касательной к данной окружности на элементе dl обозначим через . Для обеспечения легкого запуска компрессора 2 в системе нагнетания 8 и всасывания 7 установлены соответственно заслонки 6 и 5, которые в момент запуска закрыты. Это позволяет перекрыть поступление воздуха в рабочую часть центробежного компрессора 2, тем самым уменьшить потребную работу для раскрутки крыльчатки, и тем самым, уменьшить заброс пускового силы тока при запуске установки. После запуска электродвигателя производится плавное открытие заслонок 6 и 5, то есть устанавливается режим с заданным расходом воздуха в воздухозаборнике 11, который определяется по U-образному дифференциальному манометру 4, под воздухозаборником 11. Измеряем скорость с с помощью термоанемометра ТТМ-2. Угол измеряем с помощью щупа в виде пенопластового маркера, который показывает направление движения потока под воздухозаборником. Далее определяем тангенциальную скорость по формуле c=c·cos. Согласно закону Био-Савара вычислить циркуляцию Г для одного и того же момента времени по всему замкнутому контуру l можно по формуле

После проведения ряда замеров строится вихревая характеристика - относительная высота расположения нижней кромки воздухозаборника 11 от поверхности раздела сред 3, d_экв - эквивалентный диаметр входа в воздухозаборник 11. Затем изменяется высота расположения воздухозаборника H (она может быть уменьшена или увеличена) и серия замеров продолжается.

Применение предлагаемого способа и устройства позволит количественно оценить интенсивность вихревого движения среды под воздухозаборником за интервал времени t, а также расширить диапазон проведения эксперимента по изучению вихревого движения потока под воздухозаборником воздушного судна.

Список используемой литературы:

1. Патент RU 2252404 С2 Авторы: Пахомов С.В., Сафарбаков А.М., Матвиенко А.С. Опубликовано 20.05.2005, бюллетень 14 (прототип)

2. Бураго Г.Ф. Аэродинамика. Основы теоретической аэродинамики и аэродинамика крыльевых профилей. Часть 1 / Г.Ф.Бураго. - М.: Типография ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1957 с.22-23

3. Даниленко Н.В. Исследование вихревых течений потока перед воздухозаборниками авиационной силовой установки с газотурбинными двигателями / Н.В.Даниленко, П.М.Кривель, С.В.Пахомов, А.М.Сафарбаков, М.М.Федотов. - Иркутск: ИВВАИУ(ВИ), 2008. - 440 с.

Устройство для определения интенсивности вихревого движения среды под воздухозаборником воздушного судна, содержащее электродвигатель, соединенный с воздуходувкой, специальный насадок в виде воздухозаборника самолета, расположенный на фиксированной высоте над поверхностью раздела сред (аэродрома), отличающееся тем, что поверхность раздела сред имеет возможность изменять высоту Н расположения воздухозаборника от поверхности экрана с помощью винтовой пары, под экраном установлено светотехническое оборудование с видеокамерой, около экрана расположен термоанемометр ТТМ-2 для замера скорости потока с, а сам экран представляет собой пластиковую прозрачную поверхность, на которую нанесена координатная сетка - размеченная область, с размерами ячеек 2,4×2,4 см и тремя вписанными окружностями с радиусами r₁, r₂, r₃, в виде правильного контура l, разделенная на конечное число элементов dl, на поверхности экрана использован щуп в виде пенопластового маркера с шелковой нитью длиной 35 мм для определения угла между вектором скорости c и касательной к данной окружности на элементе dl.