Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов

 

Изобретение относится к аэродинамическим испытаниям, в частности к способам исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся объектов в потоке. Цель изобретения - сокращение времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений. Цель достигается измерением параметров, характеризующих начальное состояние системы , которое определяет ее механическое демпфирование, в. течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды, когда еще не изменилась температура системы, а следовательно, и величина ее механического демпфирования. 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ы)5 6 01 M 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (л) V () О О (21) 4706561/23 (22) 19,06.89 (46) 30.05.92. Бюл. ¹ 20 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) С. П, Гончаренко и В. А. Балалаев (53) 629.7,015.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 370491, кл. G 01 M 9/00, 1973.

Каминер А. А. и др, Методика исследования нестационарных аэродинамических характеристик решеток профилей, вибрирующих в пространственном потоке. Репринт, Киев, ИПП АН УССР, 1988, с, 26-33. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ АЭРОДИНАМИ4ЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к испытаниям, в частности к способам исследования нестационарных аэродинамических- характеристик колеблющихся объектов в потоке, и может быть использовано например, при исследовании нестационарных аэродинамических характеристик элементов теплообменных аппаратов.

Известен способ исследования колебаний лопаток плоской решетки, по которому, с целью определения нестационарных аэродинамических сил, действующих на исследуемые лопатки в решетках при связных (через поток) колебаниях в 1збуждают поочередно изгибные колебания одной из соседних с измерительной лопаток, при этом все лопатки, кроме измерительной, жестко закреплены.

Исследуемая лопатка совершает изгибные колебания от воздействия нестационарной аэродинамической силы, „„. Ж„„1737300 А1 (57) Изобретение относится к аэродинамическим испытаниям, в частности к способам исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся объектов в потоке, Цель изобретения сокращение времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений. Цель достигается измерением параметров, характеризующих начальное состояние системы, которое определяет ее механическое демпфирование, в течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды, когда еще не изменилась температура системы, а следовательно, и величина ее механического демпфирования, 2 ил. передающейся через поток от принудительно вибрирующей с заданной амплитудой соседней лопатки. По величине зарегистрированной амплитуды колебаний исследуемой лопатки и по сдвигу фаз колебаний между исследуемой и соседней вибрирующей лопаткой, а также по декременту затухания колебаний определяют величину нестационарной аэродинамической силы, действующей на исследуемую лопатку, Недостатком известного способа является низкая достоверность определения характеристик. Это обусловлено тем, что при каждом измерении амплитуд и декремента затухающих колебаний температура объекта и упругого элемента, на котором он жестко закреплен, будет меняться, следовательно, будет меняться и собственная частота колебаний упр того элемента, что в свою очередь приведет к изменению механического демпфирования колеблющейся систе1737300

55 мы. Изменение механического демпфирования существенно сказывается на величине нестационарных аэродинамических характеристик, что снижает достоверность определения искомой характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения и нестационарных аэродинамических характеристик объектов, который позволяет более точно, по сравнению с известными способами, определять искомую характеристику, поскольку обеспечивает возможность исключить температурное влияние.на результаты эксперимента путем принудительного подогрева системы.

Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов заключается в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установленных в аэродинамической трубе. и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов.

Сущность известного способа заключается в следующем. Объект укрепляют на упругом элементе и устанавливают в рабочем пространстве аэродинамической трубы, сообщают системе (измерительный объект— упругий элемент), например,. с помощью вибровозбудителя, колебания с частотой, близкой к резонансной (т. е, к собственной частоте колебаний системы), и заданной амплитудой. Для определения режима нагрева подают рабочий поток и по истечении времени, необходимого для нагрева системы потоком и выхода его на рабочие параметры, отключают поток, измеряют величину возбуждающей силы и сдвиг фаз между направлением возбуждающей силы и перемещением объекта, и принимают эти параметры за начальное состояние колебательной системы. Далее, определив таким образом режим нагрева системы, с целью поддержания механического демпфирования на уровне начального состояния, осущеcòвляют принудительный подогрев колеблющегося упругого элемента до тех пор, пока возбуждающая сила и угол сдвига при неизменной частоте и амплитуде колебаний системы не совпадут с начальными.

Затем подают поток с заданными параметрами, отключают принудительный подогрев и, не меняя частоты возбуждения колебаний, изменением величины возбуждающей силы восстанавливают первоначальную амплитуду колебаний системы и измеряют модуль и сдвиг фаз этой возбуждающей силы, Затем отключают рабочий поток и в процес5

50 се остывания системы осуществляют контроль за изменением амплитуды колебаний .системы, возбуждающей силой и углом сдвига фаз, B случае совпадения этих параметров с начальными определяют нестационарные аэродинамические характеристики, построив векторные диаграммы возбуждающих сил с учетом начальных условий. B случае же несовпадения контрольных параметров с начальными считают измеренные результаты некорректными и повторяют эксперимент, изменив определенным образом начальное состояние, например, режим принудительного подогрева упругого элемента (время и температуру подогрева).

Основным недостатком известного способа является длительное время проведения эксперимента, большие энергозатраты, так как любое изменение параметров исследований — скорость потока, частота колебаний объектов, амплитуда перемещений, расстояние между объектами, давление окружающего воздуха, его температура и т. д, — требует определения нового начального состояния колеблющейся системы, подбора нового режима нагрева системы с целью поддержания механического демпфирования на уровне начального состояния, Кроме того, для получения достоверных результатов необходим постоянный контроль за изменением амплитуды колебаний системы, возбуждающей силой и углом сдвига фаз в процессе остывания системы, и проведения бесконечного множества повторных продувок, чтобы получить по возможности близкое совпадение перечисленных параметров с начальными.

Цель изобретения — сокращение времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе исследования нестационарных аэродинамических характеристик, заключающемся в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установленных з аэродинамической трубе, и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов, регистрацию параметров обьектов при отсутствии потока проводят в течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации способа; на фиг, 2— диаграмма векторов возбуждающих и нестационарных аэродинамических сил.

1737300

На фиг. 1 и 2 приведены следующие обозначения: 1 — аэродинамическая труба;

2 — рабочая часть аэродинамической трубы;

3 — измерительный объект; 4 — исследуемый объект(влияние которого на измерительный необходимо оценить); 5 — упругий элемент;

6 — вибровозбудитель; 7 — вектор возбуждающих сил, действующих на колеблющийся объект 3 при неподвижном объекте 4, измеренных в потоке при амплитуде А>, частоте в и температуре ti; 8 — суммарный вектор механического демпфирования и нестационарных аэродинамических сил, уравновешивающий вектор 7 возбуждающих сил; 9— вектор возбуждающих сил, измеренных без потока при амплитуде А, частоте в и температуре t>; 10 — вектор механического демпфирования, уравновешивающий вектор 9 возбуждающих сил; 11 — вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3, вызванных рабочим потоком; 12 — вектор возбуждающих сил, действующих на колеблющийся объект 3 при колеблющемся обьекте 4, измеренных в потоке при амплитуде А,, частоте в, и температуре t2, 13 — суммарный вектор механического демпфирования и нестационарных аэродинамических сил, уравновешивающий вектор 12 возбуждающих сил; 14 — вектор возбуждающих сил, измеренных без потока при амплитуде А>, частоте Щ> и температуре с2; 15 — вектор механического демпфирования, уравновешивающий вектор 14 возбуждающих сил; 16 — суммарный вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект

3, вызванных потоком и колеблющимся объектом 4; 17 — вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект

3, вызванных колеблющимся объектом 4.

Определение нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся в потоке объектов осуществляется следующим образом.

Исследуемый объект 4 и измерительный объект 3 укрепляют каждый на упругом элементе 5 и устанавливают в рабочую часть 2 аэродинамической трубы 1, С помощью вибровозбудителя 6 возбуждают колебания объекта 3 с заданной частотой и амплитудой, подают в аэродинамическую трубу 1 рабочий поток (направление показано стрелкой) с заданными параметрами, с помощью вибровозбудителя 6 восстанавливают первоначальную амплитуду и измеряют величину возбуждающей силы F> ", развиваемой вибровозбудителем 6 в потоке, и фазовый угол p) ìåæäó возбуждающей си45

55 дывают вектор 7 (F< ) и уравновешивающийй е го (т. е. противоположно направленный и равный по модулю) вектор

8 (F< ) вектор 9 IF> j и уравновешивающий

его вектор 10 (Fp ), и векторным вычитанием векторов 8 и 10 находят вектор 11 (Ro>) нестационарной аэродинамической силы, действующей на объект 3 со стороны потока.

Затем аналогичным образом наносят на координатную плоскость векторы 12 (Fg и

13 (Е2), 14 (Ро ) и 15 (Fp ), и определяют вектор 16 (Ро ) нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3 со стороны потока и через поток со стороны колеблющегося объекта 4. Далее векторы 11 лой F< и перемещением измерительного объекта 3. Затем прекращают подачу потока, восстанавливают заданные амплитуду и частоту колебаний измерительного объекта

3 и при той же температуре t> измерительного объекта 3 измеряют возбуждающую силу F<, развиваемую вибровозбудителем 6

t без потока, и фазовый угол p< " между воз1 буждающей силой F, и перемещением измерительного объекта 3.

Затем подают рабочий поток с заданными параметрами, возбуждают колебания исследуемого объекта 4, устанавливают заданные. амплитуду и частоту колебаний объектов 3 и 4, измеряют возбуждающую силу F2, воздействующую на объект 3 чец рез поток от колеблющегося объекта 4, и

20 фазовый угол pz между возбуждающей силой и перемещением измерительного объекта 3. Отключают поток, с помощью вибровозбудителя 6 восстанавливают заданные амплитуду и частоту колебаний из25 мерительного 3 и исследуемого 4 объектов и измеряют возбуждающую силу F< и фазовый угол rp> между возбуждающей силой F и перемещением измерительного

30 объекта 3, Далее, для определения нестационарных аэродинамических характеристик. например, нестационарных аэродинамических сил, действующих на измери35 тельный объект 3 со стороны потока и через поток со стороны колеблющегося объекта 4, строят диаграмму векторов или осуществляют аналитический расчет по известным зависимостямм, 40 Построение векторной диаграммы осуществляется следующим образом. В координатной плоскости "перемещение— скорость перемещения измерительного объекта" (фиг. 2) из начала координат откла1737300

Фиг. I би2.2

Составитель П.Гончаренко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Редактор Э,Слиган

Заказ 1885 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 (Во ) и 16 (Rm) переносят в начало координат и находят вектор 17 (Rz), который является нестационарной аэродинамической силой, действующей в потоке на объект 3 со стороны колеблющегося объекта 4. 5

Аналогичным образом осуществляют определение нестационарных аэродинамических на объект 3 или на любой другой элемент массива, который--в этом случае 10 принимают за измерительный.

Из диаграммы на фиг. 2 следует, что изменение демпфирующих свойств колеблющейся системы, обусловленное изменение ее температуры, не оказывает влияние 15 на результаты определения нестационарных аэродинамических характеристик.

Формула изобретения

Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов, заключающийся в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установленных в аэродинамической трубе, и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений, регистрацию параметров объектов при отсутствии потока проводят в течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды.