Устройство для моделирования обтекания транспортных средств

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7 8 а)4 С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 17 77 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОтнРытю К АВТОРСКОМУ Сви(56) Авторское свидетельство СССРВ 598096, кл. С 06 С 7/57, 1975.Авторское свидетельство СССРВ 516060. кл. С 06 С /48, 1976,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯОБТЕКАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ(57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для электромагнитного аналогового моделирования трехмерныхпотоков при обтекании с постоянной,ЯО, 1285498 или переменной скоростью транспортных средств произвольной Формы с. учетом движительно-рулевых комплексов путем задания граничных условий,1 позволяющих учесть вязкость жидкости и скорость движения потока, Целью изобретения является повышение точности и расширение класса решаемых задач. Устройство содержит блок 1 моделирования среды, выполненный в виде катушки индуктивности 2, нанесенной на диэлектрический каркас 3, блок 4 накопительных конденсаторов, модель транспортного средства, снабженного П-образными проводниками,Р соленоид 8, группу дополнительных соленоидов 9, генератор 13 переменного напряжения, усилители 14, груп1285498 пу промежуточных усилителей 12, из-мерительные датчики, группу контролирующих датчиков 18, коммутатор 19и блок 11 регистрации. Устройство Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для электромагнитного аналогового моделирования трехмерных потоков при обтекании с постоянной или 5 переменной скоростью транспортных средств произвольной Формы с учетом . движительно-рулевых комплексов путем задания граничных условий, позволяющих учесть вязкость жидкости и ско 10 рость движения потока.Целью изобретения является повышение точности и расширение Аункциональных возможностей устройства за счет обеспечения моделирования потока вязкой жидкости с постоянной или переменной скоростью.На чертеже показано предлагаемое устройство.- г 0Устройство содержи блок 1 модели рования среды,.выполненный в виде катушки 2 индуктивности, нанесенной на диэлектрический каркас 3, блок 4 накопительных конденсаторов, металли зированную модель 5 несущей поверхности, снабженной задними кромками6, элементы моделирования пелены свободных вихрей, выполненные в виде П-образных проводников 7, соленоид 8, группу дополнительных соленоидов 9, вход 10 запуска устройства, блокФ 11 регистрации, группу промежуточных усилителей 12, генератор 13 переменного напряжения, усилители 14, измерительныедатчики 15-17, группу контролирующих датчиков 18 и коммутатор 19Устройство работает следующим образом. 40В области блока 1 устанавливаются металлизированная модель 5 и соленоид 8, на задних кромках 6 закрепляются П-образные проводники 7 и все устройство зепитывается от генератора 13. Устанавливаются измерительные датчики 15-17 и включаются на разпозволяет повысить точность моделирования за счет учета вязкости жидкости при различной скорости обтекания транспортного средства. 1 ил,дельные входы коммутатора 19. Регулируя ток по показаниям блоха 11 от датчика 17, устанавливают величину магнитной индукции, являющейся аналогом скорости движения потока (или "обращенной" скорости движения транспортного средства). Включается питание обмотки соленоида 8 и по показаниям на блоке 11 от датчика 15 устанавливается расход магнитного потока через торец соленоида 8, соответствующий приращению скорости потока жидкости в сечении движителя (винта, реактивного сопла и т.д,). Если у модели 5 есть острые кромки 6, распд. ложенные под углом к направлению Чхф то для выполнения подобия обтекания модели и натуры необходимо выполнение так называемого "постулата ЧаплыгинаИуковского" о плавном сходе потока с выходящих острьм кромок, В натуре это обусловливает появление распределенной циркуляции вокруг кромок, замыкающихся пеленой сходящих свободных вихрей, что на модели обеспечивается заданием усилителями 14 токов в про" водники 7, величины которых контролируются блоком 11 по показаниям датчи" ков 16. Далее датчиками 1 выполняются необходимые измерения в блоке 1 и на поверхности модели .5. Такии образом выполняется аналоговое моделирование обтеканИя транспортного средства с движителем и управляющими элементами (рулями, закрылками и т,д.), именициии выходящие острые кромки, потоком несжимаемой невязкой жидкости, при этом все параметры потока не за.висят от абсолютной скорости. Учет вязкости жидкости и влияние изменения скорости течения может быть выполнен лишь на основе введения дополнительных граничных условий, соответствующих моделируемому явлению. В потоке вязкой жидкости в слое, примыкающем к поверхности1285498 тела, происходит торможение частицжидкости и, как следствие, появлениесоставляющей скорости, перпендикулярной направлению движения, что приводит к появлению вихрей в зоне потока, прилегающего к поверхности тела.Форма, направление и интенсивностьвихрей определяются геометрическойформой тела, скоростью движения икоэффициентом кинематической вязкости жидкости. Начало такого вихревого"пограничного слоя определяетсякритическим числом Рейнольдса К е,и называется "точкой перехода": 510 ке =Ч 1 5- (2-:4 ) 10 20 25 трических каркасах, выполненных, на.пример, из картона или фанеры. 30 35 40 45 50 55 где 7; - абсолютная скорость в точке- характерный линейный размер твердого тела;4 - коэффициент кинематическойвязкости.В соответствии с законами неразрывности потока и сохранения количества движения вихревые образования сходят с поверхности твердого тела в поток за кормой, при этом вся система находится в динамическом равновесии в каждый момент времени.Дополнительные соленоиды 9 с датчиками 18 устанавливаются в кормовой части модели 5, обмотки соленоидов включаются на независимые усилители 12, а датчики 18 - на раздельные входы коммутатора 19. Регулировка токов в соленоидах 9 и их положения контролируются по показаниям блока 11 переменным включением П-образных контуров датчиков последовательно или параллельно. Интенсивность всех соленоидов в потоке за кормой устанавливается одинаковой и равной интенсивности последнего соленоида,ох" ватывающего корму модели 5. Изменение интенсивности по оси удобнее задавать в безразмерном виде, приняв, например, за единицу (эталон) интенсивность крайнего кормового соленоида.Далее корректируется положение соленоидов 9, соответствующее состоянию равновесия вихря в потоке. Для этого рамки датчика 18 .включаются так, что при этом параллельные оси соленоида стороны рамок реагируют на внешнее магнитное поле, исключая коле самого соленоида, т.е. в случае нулевого показания датчика его положение (и положение участка соленоида,где установлен датчик) соответствуетграничному условию динамического равновесия вихря в потоке, т.е. отсутствию составляющей скорости перемещения (аналог - магнитная интенсивность В ) на поверхности вихря.Датчик 18 перемещают по контуру соленоида 9 и, сдвигая соленоид в сторонуот первоначального положения, поуменьшению показания датчика 18 наблоке 11 корректируют его положение.Таким же образом корректируется положение соленоидов 9 за кормой в потоке блока 1, Однако при этом, кроме отклонения относительно оси ОХ, могутбыть изменения по оси ОУ, что допускает гибкая основа соленоида. Приудалении от твердого тела вихри приобретают более плавные стремящиеся к круговым замкнутые оси, что и является критерием к изменению их формы. После подбора соответствующей формы соленоиды 9 закрепляются на диэлекПосле изменения положения соленоидов может возникнуть необходимость корректировки интенсивности токов в соленоидах, что производится по показаниям датчиков 18, а лотом снова уточняется положение соленоидов.Однако изменение на каждом этапе составляет не более 10-157 и двух коррекций бывает достаточно для достижения точности 1-ЗЕ от первоначальных максимальных значений,Изменение скорости движения, коэффициента динамической вязкости жидкости и размеров тела определяет положение "точек перехода и, соответственно, изменение элементов в моделируемом потоке.После выполнения граничных условий, соответствующих заданной скорости движения и вязкости жидкости, с помощью датчиков 17 измеряются аналоги скоростей в заданных точках на поверхности .модели 5 и в потоке блока 1. С помощью датчика 15 уточняется расход движителя, а датчиками 18 уточняется распределение интенсивнос" ти соленоидальных вихрей, причем датчики переключаются по очереди коммутатором 19 на блок 11.Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным по. зволяет получить на основе электро 5 1285498 6 магнитногидродинамической аналогии ности между П-образными проводниками модель пространственного потока вяз- первый и второй выходные выводы втокой жидкости при обтекании транспорт- рого усилителя соединены соответстного средства произвольной формы с венно с первым и вторым выводами соучетом движительного и рулевого ко леноида, выводы П-образного проводплекса при произвольных скоростях ника первого элемента моделирования обтекания и коэффициента Линамичес- . пелены свободных вихрей соединены с кой вязкости потоков путем задания, двумя выходными выводами третьего регулирования и контроля граничных усилителя, два выходных вывода четусловий вязкого обтекания в самом 10 вертого усилителя подключены к П-обобщем случае, разному проводнику второго элемента Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я моделирования пелены свободных вихрей, три измерительных датчика, выУстройство для моделирования об- ходы которых соединены соответствентекания транспортных средств, содер но с первым, вторым и третьим инфоржащее блок регистрации, четыре уси- мационными входами коммутатора, выход литйля, генератор переменного напря- которого подключен к входу блока режения, выход которого подключен к гистрации, вход запуска устройства входам первого, второго, третьего соединен с управляющим входом коммун четвертого усилителей, блок нако татора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, пительных конденсаторов, блок моде- что, с целью повышения точности и лирования среды, выполненный в виде расширения функциональных возможноскатушки индуктивностй, размещенной тей за счет учета вязкости потока на диэлектрическом каркасе, модель жидкости, в него введены группа конт. несущей поверхности транспортного 25 ролирующих датчиков, группа промежусредства, выполйенная в виде метал- точных усилителей, блок моделировалической пластины, расположенной ния вязкости потока жидкости выпол 1 вдоль оси внутри полости катушки ин- ненный в виде группы дополнительных дуктивности, выводы которой соедине- соленоидов, размещенных на гибких ны с выходными выводами первого уси диэлектрических каркасах тороидальлителя и вывОдами блока накопитель- ной формы, охватывающих соленоид и ных конденсаторов, первый и второй металлическую пластину, причем выход элементы моделирования пелены сво- генератора переменного напряжения бодных вихрей каждый из которых вы- подключен к входам промежуточных полнен в виде П-образных проводников, 35 усилителей, группы выходных выводов закрепленных на задних кромках метал- которых соединены с соответствующими лизированной модели несущей поверх- парами выводов дополнительных солености, блок моделирования движителя, ноидов группы, выходы контролирующих ,выполненный в виде соленоида, распо- датчиков группы подключены к группе ложенного вдоль оси катушки индуктив информационных входов коммутатора.Составитель В.РыбинРедактор И.Николайчук Техред В.Кадар Корректор Т. КолбЗаказ 7527/52 Тираж 670 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4