2. Принципы построения аэродинамических труб

Как отмечалось выше, основное назначение любой аэродина­мической трубы заключается в том, чтобы создать в ее рабочей части равномерный установившийся поток воздуха определенной скорости.

Теоретической основой расчета аэродинамических труб явля­ется уравнение энергии движущегося воздуха в трубе. В частно­сти, для воздушных потоков небольших дозвуковых скоростей, используется уравнение Бернулли (5.26 p₀ – р = V²/2. Из этого равенства следует, что для получения воздушного потока опре­деленной скорости необходимо обеспечить избыток потенциальной энергии покоящегося газа, т. е. энергии давления. Это требо­вание определяет конструктивное решение схемы аэродинамичес­кой трубы малых скоростей (рис, 10.1), в контуре которой обя­зательно имеются следующие элементы: конфузор (коллектор) или сопло, рабочий участок, диффузор, вентиляторная уста­новка.

Основное назначение сопла — увеличение скорости воздушно­го потока. Согласно закону сохранения массы, который можно записать в форме уравнения расхода для несжимаемой жидко­сти (2.18) V₁S₁ = V₂S₁ или V₁/V₁ ⁼ S₁/S₂, для увеличения скорости воздушного

Рис. 10.1. Схема аэродинамической трубы замкнутого типа с открытой рабочей частью: 1 — коллектор; 2 — рабочая часть; 3 — диффузор; 4 — двигатель; 5 —вентилятор; 6—об­ратный канал; 7—направляющие лопатки

Рис. 10.2. Схема аэродинамической трубы: 1 — лабораторное здание; 2 — рабочая часть; 3 — коллектор; 4 — форкамера; 5 — шахта охлаждения воздуха; 6 — диффу­зор с большим углом расширения; 7 — вентилятор; 8 — силовая установка

потока необходимо уменьшать площадь его попереч­ного сечения S. Поэтому сопло представляет собой сужающийся канал со специально спрофилированным обводом (образующей сопла). Характер поля скоростей в рабочей части трубы и потери энергии, кроме скорости, определяют форма обвода сопла, его длина и степень поджатия n = S₁/S₂. Сопло уменьшает неравно­мерность поля скоростей, при этом неравномерность скорости на выходе из сопла в n² раз меньше неравномерности скорости на входе, что, в свою очередь, приводит к уменьшению турбулент­ности воздушного потока в рабочей части аэродинамической трубы.

Непосредственно за соплом располагается рабочая часть (ра­бочий участок) аэродинамической трубы. В ней формируется воздушный поток необходимой скорости и располагается иссле­дуемая модель.

Рабочие части в аэродинамических трубах выполняются либо открытыми, либо закрытыми, в силу чего аэродинамические тру­бы подразделяются на аэродинамические трубы с открытой ра­бочей частью (обычно замкнутые, т. е. с обратным каналом) и на аэродинамические трубы с закрытой рабочей частью (могут быть замкнутые и незамкнутые). Схемы указанных аэродинами­ческих труб приведены на рис. 10.1 —10.4.

Преимуществом труб с открытой рабочей частью является свободный доступ к модели и приборам, когда не возникает трудностей с расположением аэродинамических масс.

Рис. 10.3. Схема аэродинамической трубы незамкнутого ти­па с закрытой рабочей частью:1 — коллектор; 2 — испытуемый объект;

3 — рабочая часть; 4 — диффу­зор;

5 — вентилятор; 6 — электродвигатель

К недостаткам труб с открытой рабочей частью относятся: возникновение резких и опасных для конструкции трубы пульсаций воздушного потока, связанных с вихреобразованием на вы­ходе из сопла и на границах свободной струи, резкое увеличение требуемой мощности вентиляторной установки с увеличением скорости потока. Трубы с закрытой рабочей частью более эконо­мичны, но они имеют свои недостатки, связанные в основном с доступом к модели и сложностью компоновки рабочего участка.

Рис. 10.4. Схема аэродинамической трубы с обратным диф­фузором: 1 — коллектор;

2 — первая спрямляющая решетка; 3 — первая рабочая часть; 4—первый диффузор:

5 — подвижная часть; 6 — вторая спрям­ляющая решетка; 7 — вторая рабочая часть;

8 — обратный диффузор; 9 — вентилятор

За рабочей частью аэродинамической трубы располагается диффузор — постепенно расширяющийся канал, предназначен­ный для превращения кинетической энергии потока рабочей час­ти в энергию давления (потенциальную). На работу диффузора оказывают влияние, главным образом, величина и распределение скоростей на входе в диффузор и ха­рактер расширения потока в диффузоре.

Требуемый перепад давления в трубе, необходимый для под­держания движения воздуха, обеспечивается вентиляторной ус­тановкой.