Устройство для моделирования обтекания транспортных средств с реактивными движителями

 

Изобретение относится к аналогов'ой вычислительной технике и ^ложет быть использовано при исследовании обжигания транспортных средств. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет учета пульсаций скорости струи реактивного движителя. Устройство содержит магнитную кабину, в которой размещена модель 7 транспортного средства с блоками моделирования реактивных движителей, измерительные 2,3 и контролирующие датчики 4-6, связанные с измерительным блоком 10. Каждый блок мо делирОЕ^ания выполнен в виде соленоидов,^^ Очю ю>&го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 8 06 6 7/70

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю (61) 1509953

{21) 4829201/24 (22) 28.05.90 (46) 23.02.92. Бюл. hh? (72) В.К. Ошкуков (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство 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. — M. В В ИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1981.

„„Я2,„, 1714629 А2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ОБТЕКАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С

РЕАКТИВНЫМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может. быть использовано при исследовании обжигания транспортных средств. Цель изобретения— расширение области применения устройства за счет учета пульсаций скорости струи реактивного движителя. Устройство содержит магнитную кабину, в которой размещена модель 7 транспортного средства с блоками моделирования реактивных движителей, измерительные 2,3 и контролирующие датчики 4-6, связанные с измерительным блоком 10. Каждый блок моделироВания выполнен в виде соленоидов, 1714629 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 заа

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.ев. 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 Собразного 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 s 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 тороидальнь1х 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 состоит в том, что при помощи этого устройства невозможно решить задачу исследования обтекания транспортных средств с учетом

5 пульсации скорости в струе реактивного движителя.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем увеличения круга решаемых задач, 10 Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования обтекания транспортных средств с реактивными движителями, содержащее блок задания магнитного поля, выполненный в виде

15 магнитной кабины, в которой размещены измерительные и контролирующие датчики, подключенные к измерительному блоку, геометрическую металлическую модель транспортного средства, расположенную в

20 магнитной кабине, геометрическую модель реактивного движителя, выполненную в ви-, де металлического кожуха и двух соленоидов, причем первый соленоид размещен в кожухе рективного движителя, обмотка вто25 рого соленоида реактивного двигателя размещена внутри трубчатого С-образного магнитопровода, один конец которого раз- мещен внутри обмотки первого. соленоида соосно с ним, другой конец выполнен в виде

"30 раструба, геометрическая ось которого соосна с геометрической осью первого соленоида, обмотка которого подключена к подвижным контактам двухполюсного переключателя, замыкающие контакты которого

35 подключены к одному иэ подстроечных резисторов, а размыкающие контакты — к выходам питания, в плоскости торца раструба которого размещены соосно и катушек индуктивности, выполненных в виде петель, 40 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 под45 ключены к соответствующим подстроечным резисторам, металлические кожухи реак1714629 тивных 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 соотношений

Yo= Üî+À >

Voo

1 ——

ДХ=В С Х

Voo с-с где bo — радиус сопла движителя;

X — расстояние от среза сопла до кольцевого проводника;

Voo — скорость набегающего потока;

Cc — скорость истечения струи;

А = 0 для Х < 9bo

Voo

1 —— и А =0,066 Х, для Х> 9ЬО, V co

1+С, В=0,41для Х<9Ьо и В =0,33для Х>9Ьо.

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.3— 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 выходам блока 9 питания, измерительные и контролирующие датчики 2-6 соединены соседних катушек расположены плотно

40 один к другому. Выводы каждой катушки

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

1714629

Voo

Сс Х

Чоо

+—

Сс

1 1

=0,41 — С х=в

Voo .

1+ — 1

Сс

Voo

Сс д) =д

Чоо

1+—

Сс

К вЂ” В "

В со

Уо = bo+ 0,3д). 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 9Ьо, радиус

Уо колец кольцевых проводников (центровой окружности тора) равен радиусу bo начального сечения струи Yo = Ьо. Расстояние между кольцевыми проводниками Ь Х на этом участке (Х «9Ьо) определяется иэ соотношения

Vao

1—

ЬХ=1,5д1 =1,5 0,27 С Х =

1+ где В =0.41; д1 — радиус струи движителя в спутном следе (транспортное средство движется), где д — радиус затопленной струи,д при

Х < 9bo, 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 bo, справедливо выражение

При д> и для движения струи попутно внешнему потоку (транспортное средство движется в противоположную струе сторону) радиус определяют по формуле

Vao

1 ——

Уо = Ьо +0,22 0,3 Х =

1+—

Сс

Voo

1 ——

=Ь. +0,066 Х =Ь. +А, Сс

Voo

Сс

Voo

1 —— где А =0,066 Х.

Сс расстояние между кольцевыми проводниками на основном участке (при X >9Ьо) определяют иэ соотношения

Л)И5д1=15 022 Х =

Voo

1+—

Cñ

Vao Чоо

=o,x3 с х=в с х, С

Vm И»

Сс Сс

20 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 двига30 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 3 величину индукции невозмещенного потока. По заданному коэффициенту расхода К потока определяют необходимую величину индукции входного потока Вох = К -Вро и регули45 ровкой тока в соленоиде 11 добиваются этой величины, 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 расхода

К меньше единицы (режим моделирования более высоких скоростей движения транспортного средства), то обмотку соленоида подключают к подстроечному резистору 15.

55 Далее производят настройку на заданный режим выходящей струи движителя. По заданной удельной тяге Вуд, выраженной через разность скорости истечения струи Сс и скорости полета Voo, 1714629

Руд = Сс - Vao находят величину индукции, пропорциональную скорости истечения струи Сс, которую устанавливают регулировкой тока в соленоиде 12 по показаниям датчика 5. За- 5 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 1Î добиваются подбором величины токов обеспечения циркуляции Г, равной

Г= Пг.v A,, 1 где Ао — параметр завихренности, равный 2 при расстоянии Х до кольцевого проводника, меньшем 9 радиусов сопла bo, и равный

2,27 при расстоянии X до кольцевого про- 20 водника, большем 9 радиусов сопла bo, ro — радиус сечения вихревого тора (фиг.2);

V — местное значение относительной скорости обтекания вихревого тора на рас- 25 стояции Уо, определенное из выражения

V Ч 1 Уо 2

124 Ьо при Vm =Сс

Х

Контроль 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 циркуляции

r=4) Vs dl, где — элемент контура S с радиусом ro, Так как контур представляет собой окруж- ° ность радиусом ro, то циркуляция скорости по данной окружности равна

rro 2 По Vro

Формула 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 соотношениями

Чоо

1 ——

Yo=bo+А, ЛХ =В с Х, 1+

Сс где Ьо — радиус сопла движителя;

Х вЂ” расстояние от среза сопла до кольцевого проводника;

Voo- скорость набегающего потока:

Сс — скорость истечения струи;

А=Одля X «Qbo и

Чоо

A =0,066. Х для Х> 9ЬО

Voo

1+—

Сс

В = 0,41 для Х «9 и В = 0,33 для Х> 9bo.

1714629 г9 ra

Корректор M Пожо

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор И.Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 695 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5