Введение 13
1 Разновидности и принцип действия аэродинамических труб 15
2 Описание модельной аэродинамической установки 19
3 Методы исследования 23
3.1 Баллистический метод 23
3.2 Дренажные исследования 23
3.3 Динамометрический метод 24
3.4 Метод визуализации 26
4 Измерительные устройства 30
4.1 Тензометрические весы 30
4.2 Устройства для измерения давления 31
4.3 Реализация метода визуализации в модельной
аэродинамической установке 34
5 Разработка и реализация стенда для контроля работы используемых датчиков давления 36
6 Поверка измерительных устройств 38
6.1 Поверка тензометрических весов 38
6.2 Поверка датчиков давления 43
7 Измерение числа Маха 47
8 Весовые испытания модели 51
8.1 Расчёт коэффициента сопротивления 51
8.2 Обработка результатов весовых испытаний 54
9 Дренажные испытания 56
10 Визуализация 62
11 Обтекание тела сложной формы 64
12 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 66
Социальная ответственность 72
Заключение 91
11
Список публикаций 93
Список источников 94
Приложение А 97
Приложение Б 113
Приложение В 115
В настоящее время возрастают требования к точности определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Задачи сверхзвуковой аэродинамики будут актуальными, пока будет существовать потребность в применении летательных аппаратов, движущихся с большими скоростями в атмосфере Земли.
Развитие ракетной, авиационной и космической техники связано с экспериментальными исследованиями, проводимыми в аэродинамических трубах. Все вновь проектируемые летательные аппараты, прежде чем будут построены, обязательно проходят тщательное исследование в аэродинамических трубах. Вопросы аэродинамических исследований актуальны для всех технических областей: начиная от профилирования лопаточного аппарата турбинной решётки и заканчивая строительством высотных зданий.
Перспективным направлением развития аэродинамики на сегодняшний день является создание газодинамических установок кратковременного действия с высокими эксплуатационными и метрологическими характеристиками. В этом направлении сегодня работают ведущие страны мира. Существует необходимость совершенствования средств и методов исследования.
Непосредственно летные эксперименты представляют собой наиболее дорогой путь накопления практического знаний. При испытаниях в аэродинамических трубах можно получать дешевые и надежные данные, которые обеспечивают проверку численных методов и накопление базовых знаний, служащие основой для подготовки финальных летных экспериментов.
Целью работы является практическая реализация основных видов аэродинамических исследований при условиях быстропротекающего физического эксперимента в широком диапазоне изменения характеристик набегающего сверхзвукового потока при обтекании моделей сложной формы.
Объект исследования данной работы - сверхзвуковое обтекание воздушным потоком моделей тел, имеющих широкое распространение в конструкциях летательных аппаратов.
В работе представлены результаты экспериментального исследования структуры течения и основных параметров воздушного потока при обтекании моделей различной формы.
Эксперименты проводились на модельной аэродинамической установке, позволяющей исследовать реальные процессы при сверхзвуковом обтекании на открытом воздухе при атмосферном давлении. Основной функцией аэродинамической установки является создание кратковременного сверхзвукового потока газа для проведения аэродинамических и аэрофизических исследований.
В процессе работы над магистерской диссертацией рассмотрены существующие виды экспериментальных аэродинамических установок. Затем изучен принцип работы модельной аэродинамической установки и освоена методика проведения испытаний. Осуществлены все виды экспериментов, которые являются типовыми для исследований в аэродинамических трубах. А именно: визуализация течения, весовые и дренажные испытания.
Перед проведением непосредственно экспериментов обязательно проводилась поверка тензометрических весов и датчиков давления. От получаемых в результате поверки коэффициентов напрямую зависит точность экспериментальных данных. Для поверки датчиков давления был разработан стенд, который позволяет быстро и эффективно производить процедуру поверки.
Весовые испытания проводились для модели в виде конуса, а также для модели тела сложной формы. Определялся коэффициент лобового сопротивления. Сравнение полученных результатов для конуса с известными данными литературных источников свидетельствует о достоверности результатов проведенных экспериментов.
Для модели тела сложной формы получено значение коэффициента сопротивления равное 0,36 в эксперименте с соплом, соответствующим числу Маха равному пяти. В эксперименте с другим соплом не получено достоверного результата, поскольку модель выходит за пределы ромба Маха.
Для моделей в виде клина и в виде конуса проведены дренажные испытания. Модели имели одинаковые размеры в продольном сечении. Но эксперимент показал отличие в значениях давления на поверхности конуса от значений давления в соответствующих точках на поверхности клина.
Наряду с дренажными и весовыми испытаниями для всех моделей проводился качественный метод исследования - визуализация процесса обтекания. По визуализированной картине можно было проследить все этапы
испытания и соотнести их с результатами количественных измерений.
Таким образом, в ходе исследований на аэродинамической установке отработаны все виды экспериментов с получением достоверных результатов. Поэтому в перспективе возможна реализация аэродинамических испытаний для моделей с еще более усложненной геометрией тела.
