Ударная камера для определения гидродинамических характеристик профиля днища исследуемого тела

 

Использование: в экспериментальной гидродинамике, для исследования процессов погружения тел в жидкость через ее свободную поверхность. Сущность изобретения: стенки первой ветви снабжены прикрепленными к ним пластинами с эластичными прокладками на их верхних торцах, имеющих возможность контактирования с исследуемым телом и сопряжения с ним при профилировании, а нижние торцы этих пластин погружены в жидкость. 2 ил.

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и применяется для исследования процессов погружения тел в жидкость через ее свободную поверхность.

Известна ударная камера для определения гидродинамических характеристик профиля днища исследуемого тела, содержащая V-образный частично заполненный жидкостью сосуд, первая из ветвей которого выполнена с возможностью размещения в ней исследуемого тела, а верхняя часть второй его ветви через вентили сообщена с источником сжатого воздуха в виде ресивера и снабжена плавающим поршнем.

Недостатком известной ударной камеры является малая точность определения в ней гидродинамических характеристик моделей профилей днищ испытываемых тел из-за наличия поперечных перетеканий жидкости в зазоры между ее стенкам и торцами испытываемых моделей профилей днищ тел.

Цель изобретения повышение точности определения гидродинамических характеристик моделей днищ испытываемых тел путем исключения перетекания жидкости в зазоры между торцами испытываемой модели и стенками рабочей части камеры.

Поставленная цель достигается тем, что стенки первой ветви снабжены прикрепленными к ним пластинами с эластичными прокладками на их верхних торцах, имеющих возможность контактирования с исследуемым телом и сопряжения с ним при профилировании, а нижние торцы этих пластин погружены в упомянутую жидкость.

На фиг. 1 изображена описываемая ударная камера, поперечный разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1.

Основу ударной камеры составляет V-образный сосуд, частично заполненный жидкостью. Его широкое колено 1 соединено с помощью патрубка 2 с коленом 3, имеющим меньшую площадь поперечного сечения, чем колено 1, и прозрачные стенки. Узкое колено 3 является рабочей частью ударной камеры для размещения в ней испытываемого тела. Оно сообщено с верхним баком 4. В патрубке 2 размещаются перфорированная пластина 5, выполняющая роль гидравлического сопротивления, и поворотные струенаправляющие лопатки 6. В широком колене 1 расположен установленный на направляющих плавающий поршень 7. Верхняя часть колена 1 сообщена с источником сжатого воздуха в виде воздушного ресивера 8 с помощью воздуховода, снабженного быстродействующим вентилем 9. Слив жидкости из верхнего бака 4 в широкое колено 1 производится через трубопровод с вентилем 10. Заполнение ударной камеры жидкостью осуществляется через вентиль 11, а слив жидкости через вентиль 12. В рабочей части ударной камеры вблизи ее середины на жестком основании 13 установлены датчики 14 сил и моментов, на которых с зазором к стенкам может закрепляться исследуемая модель днища 15, которая может устанавливаться на пластинах 16, прикрепленных к боковым стенкам рабочей части ударной камеры (узкого колена 3) через эластичные прокладки 17, имеющие возможность сопряжения с днищем 15 при профилировании. Для определения скорости потока в рабочей части на ее стенке закреплен быстродействующий уровнемер 18. Манометр 19 предназначен для контролирования давления воздуха в ресивере 8. Поршень 7 в широком колене 1 соединен с помощью тяги со стравливающим клапаном 20.

Эксперименты в предлагаемой ударной камере проводятся следующим образом.

В колено 1 через вентиль 11 наливается до нужного уровня жидкость. Воздушный ресивер 8 при закрытом вентиле 9 заполняется сжатым воздухом, давление которого контролируется с помощью манометра 19. Вентили 10 и 12 закрыты. После включения, прогрева и тарировки регистрирующей аппаратуры ударная камера готова к работе.

Эксперимент начинается с открытия быстродействующего вентиля 9 и одновременного включения регистрирующей аппаратуры. Сжатый воздух поступает в верхнюю часть широкого колена 1 и создает давление на поршень 7. Под действием этого давления поршень 7 вытесняет жидкость из широкого колена 1 через патрубок 2 в колено 3.

Ввиду того, что торцы пластин опущены в жидкость, возмущения свободной поверхности жидкости в рабочей части камеры (колене 3) не происходит.

Первоначально жидкость движется со значительными ускорениями. По мере роста скорости потока резко возрастает тормозящее воздействие пластины 5. Когда сила, действующая на жидкость со стороны сжатого воздуха, сравнивается с тормозящей силой гидросопротивления, скорость жидкости в ударной камере устанавливается постоянной.

Путь, пройденный свободной поверхностью жидкости в рабочей части ударной камеры от начала эксперимента до установления постоянной скорости потока, зависит от начального избыточного давления в ресивере 8 и коэффициента перфорации пластины 5, но не должен превышать расстояния от начального уровня жидкости в колене 3 до нижней части исследуемой модели днища 15.

Установившийся в колене 3 одноpодный поток со свободной поверхностью, ортогональной скорости потока, натекает на модель днища 15. Процесс встречи модели днища со свободной поверхностью и дальнейшее ее проникание в жидкость фиксируются с помощью кино- или фотосъемки через прозрачные стенки колена 3. Сигналы от датчиков 14 устанавливаются усилителем постоянного тока и регистрируются на шлейфовом осциллографе. Сигналы быстродействующего уровнемера 18 также регистрируются на осциллографе. Эластичные прокладки 17, деформируясь во время эксперимента (при колебаниях исследуемой модели) препятствуют проникновению жидкости в зазоры между торцами модели и стенками рабочей части камеры.

При движении поршень 7 выбирает избыточную длину тяги, соединенной со стравливающим клапаном 20, и после того, как поток жидкости достигнет верхней части колена 3, клапан 20 открывается, стравливая в атмосферу сжатый воздух из верхней части колена 1. Быстродействующий вентиль 9 закрывается. На этом эксперимент завершается.

Жидкость, попавшая во время эксперимента в верхний бак 4, возвращается в широкое колено 1 после открытия вентиля 10. После его закрытия ударная камера готова к следующему эксперименту.

Использование описываемой ударной камеры путем обтекания исследуемой модели днища только двухмерным потоком позволяет без погрешностей определить в обращенном движении силы и моменты, действующие на погружающуюся с постоянной скоростью через свободную поверхность жидкости исследуемую модель днища, а также получить фотографии и кинограммы обтекания модели днища, обеспечивающие возможность оценки влияния формы модели днища и скорости потока на характер обтекания и интенсивность брызгообразования. При смене одной исследуемой модели на другую меняются и пластины, повторяющие ее форму.

Формула изобретения

УДАРНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОФИЛЯ ДНИЩА ИССЛЕДУЕМОГО ТЕЛА, содержащая V-образный частично заполненный жидкостью сосуд, первая из ветвей которого выполнена с возможностью размещения в ней исследуемого тела, а верхняя часть второй его ветви через вентили сообщена с источником сжатого воздуха в виде ресивера и снабжена плавающим поршнем, отличающаяся тем, что стенки первой ветви снабжены прикрепленными к ним пластинами с эластичными прокладками на их верхних торцах, имеющих возможность контактирования с исследуемым телом и сопряжения с ним при профилировании, а нижние торцы этих пластин погружены в упомянутую жидкость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2