Перейти к содержимому

IPB Style © Fisana

Аэродинамика / Дело - труба

Опубликовано: 27.08.2018

видео Аэродинамика / Дело - труба

Mercedes S Class 2014 Аэродинамика

T e к с т - Даниил Шургальский

Ф о т о г р а ф -

В настоящее время существуют специальные устройства для проведения тестов по аэродинамике. Без этих экспериментов невозможно представить ни авиацию, ни космонавтику, ни автомобилестроение.



Еще в далеком прошлом исследователи понимали, что для более точных тестов нельзя опираться на естественные ветры. Еще Леонардо да Винчи и до него Исаак Ньютон предполагали, что перемещение модели через воздушную среду с необходимой скоростью или ее обдув значительно выгоднее для проведения экспериментов, чем ветры естественного происхождения. Впервые измерения сопротивления воздуха начали проводить в XVI веке на свободно падающих телах. Затем были попытки использовать сравнительно устойчивые естественные источники ветра. Модели помещались на гребнях гор или в продуваемых пещерах и ущельях. Но даже здесь непостоянство природы вынуждало экспериментаторов двигать модели через неподвижный воздух. Тогда и было создано самое первое устройство для испытания моделей на высокой скорости по принципу центрифуги.


Как работает аэродинамика в Формуле 1. Что такое «грязный воздух»

Бенджамин Робинс (1707-1751), блестящий английский математик, был первым, кто применил эффект вращающегося рычага. Его первая машина имела рычаг длиной 4 фута (~1,26 м), закрепленный на шкиве. Вращение осуществлялось при помощи груза, тянущего под своим весом веревку, намотанную на шпиндель. При этом достигались скорости несколько метров в секунду

Закрепляя на конце рычага различные предметы - пирамиду, лист металла и т.п., Робинс установил несостоятельность существующих теорий воздушного сопротивления. "Различные формы, даже если предположить, что они имеют одинаковую площадь, не всегда обладают тем же воздушным сопротивлением или обтекаемостью". Явно сложное отношение между обтекаемостью, формой, положением модели и скоростью воздуха шло вразрез с простой теорией, выдвинутой Ньютоном.

Подобные эксперименты проводил также сэр Джорж Кайли (1773 -1857). Его аппарат позволял достичь скоростей в 6 м/с. Опираясь на свои эксперименты, Кайли в 1804 г. создал и запустил беспилотный планер с площадью крыльев 18,5 м 2, и уже в 1852 г. у него был готов проект триплана, имеющий многие характеристики современных самолетов. Но основной вклад Кайли состоял в том, что он первым отметил, что "двигатель нужно использовать лишь для движения вперед, а подъемную силу будут создавать крылья".

До этого считалось, что крыльями необходимо взмахивать, как это делают птицы. До конца XIX века рычажное приспособление оставалось практически единственным устройством для исследования аэродинамики. Но ряд существенных недостатков и сложностей этой конструкции привел к появлению более совершенного инструмента - аэродинамической трубы (АТ).

Испытание трубами

Франк Уинхэм (1824-1908), член Совета авиационного общества Великобритании, как принято считать, был первым человеком, кто спроектировал и провел первые эксперименты с АТ в 1871 г.

Сначала Уинхэм также пытался использовать "рычажную центрифугу", но неудачный опыт побудил его к тому, чтобы принудить Совет к увеличению финансирования для строительства АТ.

Это была труба более 3,5 м в длину и сечением 116 см 2. Вентилятор, обдувавший модели, приводился в движение паровым двигателем. Уже первые эксперименты доказали абсолютное превосходство АТ перед другими способами проведения аэродинамических тестов.

В том же 1871 г. капитан В. А. Пашкевич, преподаватель Артиллерийской академии, построил первую в России АТ для исследования сопротивления движению снарядов. А в 1897 г. К. Э. Циолковский при поддержке Н. Е. Жуковского построил АТ в Калуге, где провел исследования моделей дирижаблей и самолетов в потоке, скорость которого была около 5 м/с.

В 1902 г. под руководством Н. Е. Жуковского в механической лаборатории Московского университета строится первая в России аэродинамическая труба закрытого типа. Затем организуется специальная лаборатория в Кучине, где ставятся опыты по изучению свойств подъемной силы и ее зависимости от формы испытуемых тел.

В 1904 г. под руководством Жуковского был создан первый в мире Аэродинамический институт (ЦАГИ), оказавший огромное влияние на развитие авиации и космонавтики. АТ начали строиться во многих странах. С тех пор их построено великое множество, от миниатюрных до гигантских.

Самая большая в мире аэродинамическая труба вступила в строй 11 декабря 1987 г. в исследовательском центре Эймза, принадлежащем НАСА, в Маунтин-Вью, штат Калифорния, США. Ее размеры - 12х24 м, в ней установлено 6 моторов мощностью 22500 л.с. каждый, создающих поток воздуха скоростью 555 км/ч.

Основы испытаний в АТ базируются на принципе относительности Галилея: вместо движения тела в неподвижной среде изучается обтекание неподвижного тела потоком газа. В АТ экспериментально определяются действующие на различные предметы и механизмы аэродинамические силы и моменты, исследуется распределение давления и температуры по поверхности, наблюдается картина обтекания тела, изучается аэроупругость и т.д.

АТ имеют множество разновидностей: дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые (по скорости ветра), замкнутые и незамкнутые (по компоновке контура), открытые и закрытые (по типу рабочего участка), компрессорные (непрерывного действия), в которых поток воздуха создается специальным компрессором, и баллонные с повышенным давлением.

Для нужд автомобильной промышленности в основном используются дозвуковые АТ замкнутого (геттингенского) типа с обратным воздушным потоком. Такие трубы благодаря замкнутому контуру позволяют добиться звуконепроницаемости и снизить мощность двигателя. АТ оснащены комплексными динамометрическими устройствами, позволяющими измерять все аэродинамические нагрузки. Такие весы позволяют поворачивать исследуемый объект под разными углами и моделировать воздействие ветра с разных сторон.

Очень важно отметить, что различные АТ могут показывать разные данные. Это связано с конструктивными особенностями самих труб, методиками экспериментов и прочими условиями.

В первую очередь аэродинамические исследования проводились разработчиками авиационной техники. Серьезно изучалась обтекаемость водных судов.

Как и следовало ожидать, первым наземным транспортным средством, которое продули в АТ, стал поезд. Случилось это в 1899 г. Автомобили начали подвергаться испытаниям в АТ только после Первой мировой войны.

В настоящее время комплексами для проведения аэродинамических испытаний обладают все крупнейшие автопроизводители мира. Одними из самых авторитетных и профессиональных специалистов в этой области по праву считаются инженеры компании Porsche.

Особенно приятно, что именно эта фирма помогала в разработке российской модели ВАЗ 2110. Специалисты с Волжского автозавода работали в АТ компании Porsche и, вероятно, и по этой причине вазовская АТ является практически ее точной копией.

1 | 2 | 3


rss