Способ определения аэродинамического сопротивления моделей и макетов транспортных средств

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1789902 А 1 9) .ъЖ. 51) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-.исследовательский институт механики МГУ им. М,В. Ломоносова(56) Аэродинамика автго, - М: МашиностроеШлихтинг Г. ТеориМ.; Наука. 1971.Пенкхерст Р. иперимента в аэродМ.: Иностранная ли350 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к способам определения аэродинамических характеристик транспортных средств.В связи с необходимостью совершенствования аэродинамических показателей широкое распространение получили испытания натурных транспортных средств в аэродинамических трубах. Вместе с тем представляет интерес проведение модель.ных аэродинамических исследований, позволяющих испольэовать трубы меньших размеров и значительно уменьшить затраты на подготовку и проведение экспериментов.Известен способ определения аэродинамических характеристик моделей трансЛЕЙ И А ОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ(57) Изобретение относится к транспортным средствам и способам определения их аэродинамических характеристик. Цель изобретения - определение аэродинамического сопротивления масштабных моделей и полноразмерных макетов в аэродинамических трубах при наличии значительных величин загромождения их рабочей части. Данный способ используется при проведении испытаний масштабных моделей и натурных макетов транспортных средств в аэродинамических трубах при большом загромождении и исключает погрешности в линиях границ потока в трубе и рабочей части.Обеспечивает возможность получения истинных значений коэффициентов аэродина- З мического сопротивления исследуемых объектов. 1 з, и. ф-лы, 3 ил,портных средств путем испытаний в малых трубах,Однако при таком способе не всегда удается провести испытания в аэродинамической трубе с соблюдением условий допустимого загромождения моделью ее рабочей части: либо иэ-за большого масштаба и значительных габаритных размеров модели, либо из-за малых размеров рабочей части трубы, При этом испытания проводятся с нарушением общепринятого критерия Гм/Рр,ч,0,02, при котором отсутствует влияние границ рабочей части трубы на аэродинамические характеристики моделей. При большом загромождении рабочей части трубы моделью или макетом происхо 1789902дит изменение параметров потока в рабочей части трубы в зависимости от типа аэродинамической трубы: либо ускорение, либоторможение потока, При закрытой рабочейчасти воздушный поток оказывается стесненным и обтекает модель с большой средней скоростыб,"чейэто имеет место присвободном обтекайииДр( испытаниях модели или макета с большЬм загромождением в трубе с открытой рабочей частьюили с камерой Эйфеля воздушный потокподтормаживается и обтекает модель соскоростью, меньшей скорости свободнонатекающего потока. Как следствие отмеченных особенностей обтекания моделей или 15макетов при большом загромождении аэродинамических труб является возмущениепотока и изменение его основных параметров по всему объему рабочей части трубы, ане только в непосредственной близости от 20модели (макета). Поэтому результаты испытаний модели или макета со сверхнормативным загромождением рабочей части трубыиз-за влияния границ рабочей части и спутной струи за моделью оказываются либо,25заниженными (для труб с закрытой рабочейчастью), либо завышенными (для труб с открытой рабочей частью или камерой Эйфеля) по сравнению с истинными,Известен принятый в качестве прототипа способ оценки влияния границ рабочейчасти и спутной струи для тел с двумернымобтеканием (крыло самолета) путем использования эффекта подъемной силы и определением дополнительного индуцированного 35сопротивления и блокинг-эффекта, возникающих из-за отклонения вектора подъемнойсилы.Однако этот способ применим толькодля тел с двумерным обтеканием и имеющим большие значения подьемной силы, вто время как для моделей наземных транспортных средств типично трехмерное обтекайиеи практически на два порядкаменьшее значение подъемной силы. Поэтому использование указанного способа применительно к наземным транспортнымсредствам невозможно,Целью изобретения является определение истинных параметров аэродинамического сопротивления масштабных моделейи натурныхмакетов транспортных средствв аэродинамических трубах с открытой рабочейчастйбпри" йэличии значительного еезагромождения исследуемыми объектами, 55Поставленная цель достигается тем, чтодля определения аэродинамического сопротивления масштабных моделей и полно-размерных макетов в аэродинамических трубах, когда при значительном загромождении их рабочей части коэффициент загромождения К для диапазона загромождения рабочей части трубы от 2 до 30 определен посредством проведения только двух испытаний разномасштабных моделей однотипного транспортного средства с получением линейной зависимости изменения коэффициента загромождения К от изменения коэффициента аэродинамического сопротивления модели Схм вида:К = (Схм (1 - а) - Ь)/(Ем/Ер.ч.).где а, Ь - коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубе при наличии большого загромождения ее рабочей части;Ем/Ер.ч, - площадь поперечного сечения модели и рабочей части трубы,с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости:Схист = Схм К(Ем/Ер.ч.).При этом зависимость изменения коэффициента загромождения в трубе с открытой и закрытой рабочей частью одинакова для всех типов автотранспортных средств.Ка фиг, 1 показана схема графическойобработки зависимости Сх = 1 (Ем/Ер,ч.), по-строенной по результатам двух опытов с моделями разного масштаба и определения коэффициентов "а" и "Ь", на фиг, 2 - линейные зависимости Сх - т(Ем/Ер,ч,) для моделей автотранспортных средств различного типа; на фиг, 3 - зависимость коэффициента загромождения трубы с открытой рабочей частью от коэффициента аэродинамического сопротивления моделей,Предлагаемый способ определения истинных значений аэродинамического сопротивления модели и макета и исключение влияния на него граничных условий аэродинамических труб опирается на одномерную (гидравлическую) теорию, уравнение сохранение массы, количества движения и энергии. Исходя из решения этих уравнений применительно к условиям обтекания уСтановленных поперек потока с большим загромождением в рабочей части трубы плохообтекаемых тел, получена следующая полуэмпирическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь коэффициента аэродинамического сопротивления тела при обтекании стесненным и неограниченнь 1 м потоком с его параметрами и степенью загромождения трубы:Схис Схнеогр п 12Где Схпет, Схнеогр. значения коэффициента аэродинамического сопротивления тела при обтекании стесненным (введением поправки нэ загромождение трубы) и неограниченным потоком;Чсо1 т = - коэффициент, учитывающийЧтизменение скорости потока в рабочей части трубы при загромождении его телом;Чсо, Чт - скорости неограниченного и стесненного потоков соответственно;кнеогр. - коэффициент, учитывающий изменение скорости потока в рабочей части трубы при обтекании неограниченным потоком; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Еслгл = - коэффициент, учитывающийЕр.г.т.степень загромождения следом за телом рабочей части трубы;Ет, Есл, Ер.ч,т поперечные площади тела, следа за ним и рабочей части трубы соответственно,Многочисленные экспериментальные исследования разномасштабных моделей разнотипных автотранспортных средств в аэродинамической трубе подтвердили общую закономерность обтекания их и плохообтекаемых тел с большим загромождением, описанную уравнением (1), что позволило установить следующую взаимосвязь коэффициентов аэродинамического сопротивления модели (макета) с поправкой на загромождение и без нее со скоростным напором и степенью загромождения рабочей части трубы 1 - Ср цм1 - Ср цнет2СхЬ СхмЕм гЕр.ч. Схм ц нет Схист смгде Сх, Сх,ст - коэффициенты аэродинамического сопротивления исследуемой модели без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;цм, онет - скрростной напор потока, действующего на модель, без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;Срцм, Срцнет - коэффициенты давления на модели без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;Ем, Ер.ч, - лобовая площадь модели и площадь поперечного сечения рабочей части трубы;а, Ь - коэффициенты, характеризующие качество потока в рабочей части трубы. В опытах было установлено, что величина2составляющей уравнений(2): Ь Схм -Рм 2 Ер,ч.мала, поэтому ею можно пренебречь, Тогда уравнение (2) будет иметь вид;Схм/Схист = 1 + а (Ем/Ер.ч,)Схм, (3) т. е, взаимосвязь коэффициентов аэродинамического сопротивленйя модели без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы описывается линейной зависимостью.Таким образом, применительно к моделям (макетам) транспортных средств значения Схист связаны с Схм линейным двучленам видаСхист=Ь + а Схм, (4)При этом величина коэффициентов "Ь" и "а", характеризующих качество потока в рабочей части трубы, различна - в зависимости от типа автотранспортных средств и конструкции рабочей части трубы. Для труб с закрытой и открытой рабочей частью поправки на влияние границ потока и спутной струи, учитываемые коэффициентами "Ь" и "а", будут иметь разный знак.Для получения значений коэффициента "а" и "Ь" для трубы одного типа проводится по два эксперимента с моделями разных масштабов автотранспортных средств каждого типа из числа тех, которые в дальнейшем будут испытывать в данной трубе. При этом масштаб моделей выбирался исходя из условия, чтобы величина отношения Ем/Ер,ч, для них находилась в диапазоне: Ем/Ер,ч, = = 0,02-0,3. Далее значения коэффициента Схм, полученные в результате весовых испытаний в трубе, наносятся на показанный на фиг, 1 график Сх = 1(Ем/Ер,ч,) и по двум экспериментальным точкам (А и Б) проводится прямая линия - до пересечения с осью ординат (т. Б), Тогда ОВ определит величину коэффициента "Ь", а тангенс угла наклона прямой ВАБ относительно оси абсцисс - 0 коэффициента "а", Таким же образом проводится по два эксперимента с последующей графической обработкой и на моделях транспортных средств других типов в трубе, где они будут испытываться, На фиг. 2 показано семейство таких прямых, полученных по результатам испытаний в аэродинамической трубе с открытой рабочей частью разномасштабных моделей наиболее распространенныхтрэнспортных средств, позволивших получить значения коэффициентов "а" и "Ь" для последующего пересчета и получения истинного (с учетом внедрения поправки на загромождение рабочей части трубы) значения коэффициента аэродинамического сопротивления модели или1789902 30 мических испытаний моделей при проекти. ровании нового автомобиля.35 40 45 50 55 макета любого масштаба при их испытаниях в данной трубе,Анализ и последующая обработка результатов проведенных авторами экспериментальных исследований по данному методу показали, что для трубы с открытой рабочей частью величину истинного коэфФициента аэродинамического сопротивления модели (макета) можно определить по формуле вида:Схист= Схц - К, (5)Гр,ч.где К - коэффициент, учитывающий поправку на загромождение моделью(макетом) рабочей части трубы,При этом установлено, что протекание зависимости К = 1(Сх) для моделей разнотипных автотранспортных средств, испытанных в трубе с открытой рабочей частью, носит линейный характер (см. Фиг, 3), Это позволяет графически определять значение истинного коэффициента аэродинамического сопротивления модели (макета) Для чего на ось абсцисс наносится значение коэффициента Сх, испытанной в трубе модели л юбого масштаба (т. А), далее оно проецируется на прямолинейную зависимость К = =1(Сх) - т, Б, а затем на ось ординат - т. Б, положение которой относительно оси абсцисс и определяет величину искомого коэфФициента К.Для получения значений коэффициентов "а" и "Ь" и установления последующей зависимости К = ЯСх) для труб с рабочей Формула изобретения Способ определения аэродинамического сопротивления моделей и макетов транспортных средств, заключающийся в том, что продувают модель или макет потоком воздуха и определяют аэродинамическое сопротивление Сх с учетом поправочного коэффициента величины загромождения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения аэродинамического сопротивления масштабных моделей и полноразмерных макетов, продувают макет или модель транспортного средства в одном масштабе, затем продувают макет или модель того же транспортного средства в другом масштабе 5 10 15 20 25 частью другого типа (закрытой, с камерой Эйфеля) необходимо проведение своего цикла испытаний по описанной выше методикеИспользование предлагаемого способа определения аэродинамического сопротивления масштабных моделей и полноразмерных макетов в аэродинамических трубах, когда при значительном загромождении их рабочей части коэффициент загромождения Кдля диапазона загромождения рабочей части трубы от 2 до 30 определен посредством проведения только двух испытаний разномасштабных моделей однотипного транспортного средства с получением линейной зависимости изменения коэффициента загромождения К от изменения коэффициента аэродинамического сопротивления модели вида:К = Схм (1 - а) Ь 1/(Рм/Рр,ч,)с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости: Схщт = Схм К (Рц/Гр.ч.),при этом зависимость изменения коэффициента загромождения в трубе с открытой и закрытой рабочей .частью одинакова для всех типов автотранспортных средств, позволяет в несколько раз снизить стоимость и сроки проведения комплексных аэродинаи определяют зависимость изменения коэффициента загромождения К от измененияаэродинамического сопротивления Сх поФормуле К = Схм(1 - а) - Ь)/(Рм/Рр.ч.),где а, Ь - коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубепри наличии большого загромождения еерабочей части,Гм, Гр.ч. - площади поперечного сечениямодели и рабочей части трубы;а затем определяют истинное значение коэффициента по формулеСх = Схм - К(м/Рр.ч.)ктор М.Кузнецова Т Корректор С,Ю Производственно-издательский комбинат "Патент", г ул,Гагарина, 101 Заказ 346 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5