Устройство для моделирования обтекания транспортных средств с реактивными движителями

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 714629 А рц 5 8066 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(61) 1509953 (21) 4829201/24 (22) 28.05.90 (46) 23,02.92. Бюл, Ф (72) В.К, Ошкуков (53) 681,3(088.8) (56) Авторскоесвидетельство СССР . М 1509953, кл. 6 06 6 7/70, 1989.Теория турбулентных струй./Под ред. Г,Н. Абрамовича. Изд. 2-е переработанное и дополненное. - М.: Наука, 1984.Седов Л,И, Механика сплошной среды. Изд. М 4. - М.: Наука, 1983, т.1.Аэродинамика летательных аппаратов и гидравлика их систем,/Под ред. М.И. Ништа. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1981,15 Т ВОДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С МИ ДВИЖИТЕЛЯМИение относится к аналоговой ой технике и может быть исри исследовании обжигания х средств. Цель изобретения - бласти применения устройстета пульсаций скорости струи движителя. Устройство содерю кабину, в которой размещетранспортного средства с лирования реактивных движиительные 2,3 и контролируюки 4-6, связанные с м блоком 10. Каждый блок мовыполнен в виде соленоидов, З(54) УСТРОЙ С ОБТЕКАНИЯ РЕАКТИВНЬ (57) Изобрет вычислительн пользовэно и транспортны расширение о ва за счет уч реактивного жит магнитну на модель 7 блоками моде телей, измер щие датчи измерительнь делирования1714629 подключенных к блоку 9 питания, к которому подключена и магнитная кабина. Обмотка второго соленоида помещена в магнитопроводе 16, один конец которого размещен внутри обмотки первого соленоида, а другой (расширенный) конец размещен соосно с первым концом за моделью транспортного средства. На срезе второго расширенного конца магнитопровода 16 за- а Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники, может быть использовано для решения задач аэрогидромеханики при исследовании об,текания транспортных средств и является усовершенствованием изобретения по авт.св. М 1509953.Известно устройство для моделирования обтекания транспортных средств с реактивными движителями, содержащее блок задания магнитного поля, выполненный в виде магнитной кабины, в которой размещены измерительные и контролирующие датчики, подключенные к измерительному блоку, геометрическую металлическую модель транспортного средства, расположенную в магнитной кабине, геометрическую модель реактивного движителя, выполненную в виде металлического кожуха и двух соленоидов, причем первый соленоид размещен в кожухе реактивного движителя, обмотка второго соленоида реактивного движителя размещена внутри трубчатого С- образного магнитопровода, один конец которого размещен внутри обмотки первого соленоида, соосно с ним, другой конец выполнен в виде раструба, геометрическая ось которого соосно с геометрической осью первого соленоида, обмотка которого подключена к подвижным контактам двухполюсного переключателя, замыкающие контакты которого подключены к одному из подстроечных резисторов, а размыкающие контакты - к выходам питания, в плоскости торца раструба которого размещены соосно п катушек индуктивности, выполненных в виде петель, свернутых в плоские кольца, при этом внутренние витки каждого вещества плоского кольца примыкают вплотную к наружным виткам внутреннего плоского кольца, выводы каждой из катушек индуктивности подключены к соответствующим подстроечным резисторам, металлические кожухи реактивных движителей и трубчатые С-образные магнитопроводы выполнены со сквозными прорезями вдоль образующей,креплен круг иэ диэлектрика, на поверхности которого размещены соосно и эквидистантно катушки 18 - 20 индуктивности, замкнутые на индивидуальные подстроечные резисторы, Имитаторы тороидальнь 1 х вихрей в виде кольцевых проводников подключены к блоку питачия 9 и размещены вдоль выходящей струи РД между цилиндрическими концами магнитопровода 16, 3 ил. Недостаток данного устройства состоитв том, что при помощи этого устройства невозможно решить задачу исследования обтекания транспортных средств с учетом5 пульсации скорости в струе реактивногодвижителя,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем увеличения круга решаемых задач,10 Указанная цель достигается тем, что вустройство для моделирования обтеканиятранспортных средств с реактивными движителями, содержащее блок задания магнитного поля, выполненный в виде15 магнитной кабины, в которой размещеныизмерительные и контролирующие датчики,подключенные к измерительному блоку, геометрическую металлическую модельтранспортного средства, расположенную в20 магнитной кабине, геометрическую модельреактивного движителя, выполненную в ви-,де металлического кожуха и двух соленоидов, причем первый соленоид размещен вкожухе рективного движителя, обмотка вто 25 рого соленоида реактивного двигателя размещена внутри трубчатого С-образногомагнитопровода, один конец которого раз-мещен внутри обмотки первого. соленоидасоосно с ним, другой конец выполнен в виде"30 раструба, геометрическая ось которого соосна с геометрической осью первого соленоида, обмотка которого подключена кподвижным контактам двухполюсного переключателя, замыкающие контакты которого35 подключены к одному иэ подстроечных резисторов, а размыкающие контакты - к выходам питания, в плоскости торца раструбакоторого размещены соосно и катушек индуктивности, выполненных в виде петель,40 свернутых в плоские кольца, при этом внутренние витки каждого вещества плоскогокольца примыкают вплотную к наружным виткам внутреннего плоского кольца, выводы каждой из катушек индуктивности под ключены к соответствующим подстроечнымрезисторам, металлические кожухи реактивных движителей и трубчатые С-образные магнитопроводы выполнены со сквозными прорезями вдоль образующей, дополнительно введены имитаторы тороидальных вихрей в виде кольцевых проводников, которые подключены к блоку питания и размещены вдоль выходящей струи движителя между цилиндрическими концами магнитопровода, причем радиус Уо колец кольцевых проводников и шаг их размещения ЛХ находят из соотношенийУо=Ьо+АЧоэ1 --ЬХ =ВЧооСсгде Ьо - радиус сопла движителя;Х - расстояние от среза сопла до кольцевого проводника;Чм - скорость набегающего потока; Сс - скорость истечения струи;А=ОдляХ 9 ЬоЧсо1 --и А =0,066 с Х, для Х 9 Ьо;Чоо+В=0,41 для Х 9 Ьо иВ=О,ЗЗдляХ 9 Ьо.Таким образом, за счет использования имитаторов тороидальных вихрей, позволяющих исследовать обтекание транспортных средств с учетом пульсации скорости в струе реактивного движителя, расширяются функциональные возможности устройства, Струя представляет собой протяженную область течения, и пульсации скорости (и давления), возникающие в этой струе, оказывают значительное влияние на течение потока: искривление линий тока, изменение формы поперечного сечения потока. Имитация тороидальных вихрей производится при помощи магнитного потока, наведенного электрическим током кольцевых проводников.Ка фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - имитатор тороидальных вихрей; на фиг.З - схема. наметки катушек индуктивности.Устройство содержит блок 1 задания магнитного поля; в котором размещены измерительные и контролирующие датчики 2 - 6, металлическая модель 7 транспортного средства, несущие поверхности которой через электроды 8 (не показаны), моделирующие пелену свободных вихрей, подключены к выходамблока 9 питания, измерительные и контролирующие датчики 2-6 соединенысоседних катушек расположены плотно40 один к другому. Выводы каждой катушки 45 50 55 10 15 20 25 30 35 с входами измерительного блока 10. Блок моделирования реактивного движителя выполнен в виде соленоидов, выводы обмоток . которых подключены к выходам блока 9 питания, Блок реактивного движителя имеет первый 11 и второй 12 соленоиды. Соленоид 11 закреплен на модели 7 транспортного средства в металлическом кожухе 13 реактивного движителя. Форма кожуха 13 воспроизводит форму движителя, Выводы обмоток соленоида 11 соединены с блоком питания через подвижные контакты двухпозиционного переключателя 14, замыкающие контакты которого подключены к подстроечному резистору 15.Обмотка соленоида 12 помещена в магнитопроводе 16, один цилиндрический конец которого размещен внутри обмотки соленоида 11, а второй цилиндрический конец расширен и размещен соосно первому концу за металлической моделью 7 транспортного средства, Магнитопровод 16 выполнен в виде трубы из электропроводного диамагнитного материала, и вектор магнитной индукции, создаваемый соленоидом 12, вблизи стенки магнитопровода всегда направлен по касательной к стенке. Для усиления магнитного потока в магнитопроводе 16, а также в проточном канале движителя может быть использован ферромагнитный материал, помещенный внутрь магнитопровода и проточного канала движителя.На срезе второго цилиндрического конца 17 магнитопровода размещены соосно и зквидистантно катушки 18 - 20 индуктивности с намоткой в виде плоских колец, при этом разность наружного и внутреннего радиусов плоских колец постоянна и витки индуктивйости замкнуты на индивидуальные подстроечные резисторы 21 - 23. Катушки индуктивности позволяют получить входящий в магнитопровод 16 поток с задаваемым по сечению профилем векторов магнитной индукции за счет возможности регулировки индукционных токов в катушках при помоЩи подстроечных резисторов. Металлическая модель 7 транспортного средства, металлический кожух 13 движителя и магнитопровод 16 выполнены из электропроводного диамагнитного материала Кожух 13 и магнитопровод 16 имеют сквозные продольные прорези 24 (не показаны) и 25 для размыкания индукционных токов, препятствующих прохождению переменного магнитного потока через их внутренние каналы.Имитаторы тороидальных вихрей в виде кольцевых проводников 26 - 28 подключены=0,41 - С х =вЧсо .1+ -1Сс Чсос Сс 1+ -Сс вхВВ со 40 Уо = Ьо+ 0,3 д 1. к блоку 9 питания и размещены вдоль выходящей струи движителя между цилиндрическими концами магнитопровода 16, На начальном участке струи от среза сопла до кольцевого проводника, равном 9 Ьо, радиус Уо колец кольцевых проводников (центровой окружности тора) равен радиусу Ьо начального сечения струи Уо = Ьо. Расстояние между кольцевыми проводниками Ь Х на этом участке (Х 9 Ьо) определяется иэ соотношения ЧсоЬХ=1,5 д 1 =1,5 0,27 С Х =1 +- -где В =0.41;д 1 - радиус струи движителя в спутномследе (транспортное средство движется),где д - радиус затопленной струи,д приХ 9 Ьо,Для основного участка струи радиус Уо колец проводников (центровой окружности тора) составляет постоянную долю радиуса струи д, равную 0,3, Тогда, если источником струи считать не точку, а сопло с радиусом Ьо, справедливо выражение Ори д 1 и для движения струи попутно внешнему потоку (транспортное средство движется в противоположную струе сторону) радиус определяют по формуле Чсо 1 --Уо = Ьо +0,220,3Х = 1+ -СсЧсо1 --где А - 0,066 ХСсРасстояние между кольцевыми проводниками на основном участк (при Х 9 Ьо)определяют иэ соотношенияЧ 10 1- САХ=15 д 1 =1,5 0,22 с, Х =Чсо1+ -Сс20 Устройство работает следующим образом.В блок 1 устанавливают блок моделирования реактивного движителя, содержащий соленоид 11, помещенный в кожухе 13, и 25 соленоид 12, помещенный в магнитопроводе 16, Включают блок 9 и с его выходов подают питание на обмотку магнитной кабины и на обмотки соленоидов,Настройку режима работающего двига теля производят следующим образом. Измерительный датчик 4 устанавливают перед входным отверстием кожуха 13 для настройки входящего в движитель потока на заданный режим. Вначале измеряют 35 измерительным индукционным датчиком 3величину индукции невозмущенного потока. По заданному коэффициенту расхода К потока определяют необходимую величину индукции входного потока Ввх = К В. и регули ровкойтока в соленоиде 11 добиваются этойвеличины, замеряемой контролирующим датчиком 6, При этом, если коэффициент расхода К больше единицы, то с помощью переключателя 14 соленоид подключают к 50 блоку питания, а если коэффициент расходаК меньше единицы (режим моделирования более высоких скоростей движения транспортного средства), то обмотку соленоида подключают к подстроечному резистору 15.55 Далее производят настройку на заданныйрежим выходящей струи движителя, По заданной удельной тяге йод, выраженной через разность скорости истечения струи Сс и скорости полета Чсо,Йуд = Сс - Чоонаходят величину индукции, пропорциональную скорости истечения струи Сс, которую устанавливают регулировкой тока в соленоиде 12 по показаниям датчика 5. За тем в исследуемой области течения размещают кольцевые проводники, 26-28 (имитаторы тороидальных вихрей), от блока 9 питания запитывают последовательно каждый из кольцевых проводников 26 - 28 и 1 О добиваются подбором величины токов обеспечения циркуляции Г, равнойГ=ОПг,чА 1где Ао - параметр завихренности, равный 2 при расстоянии Х до кольцевого проводника, меньшем 9 радиусов сопла Ьо, и равный 2,27 при расстоянии Х до кольцевого про водника, большем 9 радиусов сопла Ьо;го - радиус сечения вихревого тора (фиг.2);Ч - местное значение относительной скорости обтекания вихревого тора на рас стоянии Уо, определенное из выраженияЧ 1 то 23012,4 Ьопри Чп =СсХКонтроль обеспечения циркуляции заданной величины осуществляют контролирующим датчиком 2 на расстоянии го от кольцевого проводника (фиг.2). При этом для определения величины скорости, индуцированной вихревым тором на расстоянии го, подставляем выражение циркуляцииГ=ФЧз й,где- элемент контура Я с радиусом го,Так как контур представляет собой окруж- .ность радиусом го, то циркуляция скоростипо данной окружности равнаГго =2 Пго ЧгоФормула изобретения Устройство для моделирования обтекания транспортных средств с реактивными движителями по авт.св, М 1509953, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, области применения устройства путем учета пульсаций скорости струи реактивного движителя, в него введены имитаторы тороидальных вихрей в виде кольцевых проводников, которые подключены к дополнительным выходам питания и размещены вдоль выходящей струи движителя между цилиндрическими концами магнитопровода, причем радиус Уо колец кольцевых проводников и шаг их размещения ЛХ определяются соотношениямиЧоо1 --Уо=Ьо+А, ЬХ =В с Х,1+Сс где Ьо - радиус сопла движителя;Х - расстояние от среза сопла до кольцевого проводника;Чсо- скорость набегающего потока:Сс - скорость истечения струи;А=Одля Х 9 Ьо иЧооА =0,066. с Х длЯ Х 9 ЬоЧоо1+ -СсВ = 0,41 для Х 9 и В = 0,33 для Х 9 Ьо.1714629 орректар М,Пожо Техред М.Морген р И.Горная зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 695НИИПИ Г Тиражвенного комит113035, Москва Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС