Способ определения аэродинамического сопротивления моделей и макетов транспортных средств

 

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 аэродинамического сопротивления исследуемых объектов. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868695/11 (22) 01.08.90 (46) 23.01.93, Бюл, М 3 (71) Научно-.исследовательский институт механики МГУ им. M,В. Ломоносова (72) А.Н, Евграфов, Г,А. Романенко, Г.Е, Худяков, В.3. Оберемок, О.Х. Папашев и Г,Ф.

Бабкин (56) Аэродинамика автомобиля. Под ред. Хуго, — М: Машиностроение. 1987, Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.—

М.; Наука. 1971.

Пенкхерст Р. и Холдер Д. Техника эксперимента в аэродинамических трубах.—

M.: Иностранная литература, 1955, с. 335350. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МОДЕИзобретение 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 транс„„5U„„1789902 А1

ЛЕЙ И МАКЕТОВ 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 аэродинамического сопротивления исследуемых обьектов. 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 äîïóстимого 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

F

Однако этот способ применим только для тел с двумерным обтеканием и имею- 40 щим большие значения подьемной силы, в то время как для моделей наземных транспортных средств типично трехмерное обтекайи е и практически на два порядка меньшее значение подъемной силы. Поэто- 45 му использование указанного способа применительно к наземным транспортным средствам невозможно.

Целью изобретения является определение истинных параметров аэродинамиче- 50 ского сопротивления масштабных моделей и на гурных макетов транспортных средств в аэродинамических трубах с открытой рабочей частйбпри" йаличии значительного ее загромождения исследуемыми объектами, Поставленная цель достигается тем, что для 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 Сх вида:

К = tCxM (1 — а) — Ь)/(FM/Fp, ), где а, b — коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубе при наличии большого загромождения ее рабочей части;

Гм/Fp.÷. — площадь поперечного сечения модели и рабочей части трубы, с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости:

Схист = CxM K(FM/Fp.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 графической обработки зависимости Сх = f (FM/Fp „.), по- строенной по результатам двух опытов с моделями разного масштаба и определения коэффициентов "а" и "Ь", на фиг, 2 — линейные зависимости Сх - f(FM/Fp.q,) 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 неограниченным потоком с его параметрами и степенью загромождения трубы:

Сх ст Сх еогр m 2 < неогр "т

2 2 2 г

+ m +m +...)), (1)

F p.г.т. Fp.r.ò.

1789 Q02

Схм ц нет

1 Срцм

1 — Cp Цнет

Сх„Ь Сх„

FM г

Fp.ч.

Схист QM

=1+д ™

Fp.ч где Схпет, Схнеетр, значения коэффициента аэродинамического сопротивления тела при обтекании стесненным (введением поправки на загромождение трубы) и неограниченным потоком;

Voo — коэффициент, учитывающий ттт изменение скорости потока в рабочей части трубы при загромождении его телом; b/co, Чт — скорости неограниченного и стесненного потоков соответственно;

I

m = — коэффициент, учитывающий

F p.г.т. степень загромождения следом за телом рабочей части трубы;

FT, Рсл, Fp,÷,ò 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 аэродинамическоr0 сопротивления модели (макета) с поправкой на загромождение и без нее со скоростным напором и степенью загромождения рабочей части трубы где Сх, Cx«> — коэффициенты аэродинамического сопротивления исследуемой модели без учета и с учетом. поправки на загромождение рабочей части трубы;

QM, Онет — СКОРОСтНОй НаПОР ПстОКа. ДЕйствующего на модель, без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;

CPqM, СРОнет — КОЭффИЦИЕНтЫ ДаВЛЕНИЯ на модели без учета и с учетом поправки на эагромождение рабочей части трубы;

FM, Fp.ч. — ЛОбОВая ПЛОщадЬ МОДЕЛИ И площадь поперечного сечения рабочей части трубы; а, Ь вЂ” коэффициенты. характеризующие качество потока в рабочей части трубы.

В опытах было установлено, что величина

2 составляющей уравнений (2): Ь . CxM—

"M г

Fp,ч мала, поэтому ею можно пренебречь. Тогда уравнение (2) будет иметь вид;

Схм/Схист = 1 + а (FM/Fp.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 вида

Схист = Ь + à Схм, (4)

При этом величина коэффициентов "b" 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 "b" 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 FM/Fp ч дЛя НИХ НаХОдИЛаСЬ В дИаПаЗОНЕ: FM/Fp,ч. =

= 0,02-0,3. Далее значения коэффициента

Схм, полученные в результате весовых испытаний в трубе, наносятся на показанный на фиг, 1 гРафик Сх = f(FM/Fp.v.) 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 распространенных транспортных 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 или

1789902

30 мических испытаний моделей при проекти. ровании нового автомобиля.

40

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:

Схи т = Сх — К, (5)

Рм

Fp.g. где К вЂ” коэффициент, учитывающий поправку на загромождение моделью(макетом) рабочей части трубы, При этом установлено, что протекание зависимости К= f(Cx) 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 =

=f(Cx) — 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 = f(Cx) 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, отличающийся 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

25 частью другого типа (закрытой, с камерой

Эйфеля) необходимо проведение своего цикла испытаний по описанной выше методике.Использование предлагаемого способа определения аэродинамического соп ротивления 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 307. 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)/(Fu/Fp.ц,) с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости:

Сх т = Схц К (Рц/Fp ц.), при этом зависимость изменения коэффициента загромождения в трубе с открытой и закрытой рабочей .частью одинакова для всех типов автотранспортных средств, позволяет в нвсколько раз снизить стоимость и сроки проведения комплексных аэродинаи определяют зависимость изменения коэффициента загромождения К от изменения аэродинамического сопротивления Схм по формуле

К = (Сх(1 — а) — Ь)/(FM/Fp ), где a, b — коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубе при наличии большого загромождения ее рабочей части, F>, Fp.u. — площади поперечного сечения модели и рабочей части трубы; а затем определяют истинное значение коэффициента по формуле

Cx = Cx> K(F>/Fp.ц.).

1789902

1789902

f.6

09 . Составитель А,Евграфов

Редактор M.ÊóçíåöoBà Техред M.Моргентал Корректор C,Юско

Заказ 346 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101