Устройство для измерения присоединенной массы тел Советский патент 1991 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для определения характеристик тел при нестационарных процессах.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения щ)исое;;:щненной массы теп, содержащее сосуд с жидкостью., сшювозбудитель, на штоке которого закреплено -исследуемое тело, системы запуска и реуистрации.

Недостатком устройства является То, что тело двиаются попеременно в одну и другую cTopoi&t, что снижает точность и достоверность опытных даншлх при опредеяеции присоединенных масс тел, обладающих существенной несимметрией, которая может приводить к гистерезису характеристик.

Целью изобретения является повыW

4 шение достоверности опытных дашплх.

Дпя этого устройство для измере 00 ния присоединенной массы тел, содер- . жащее сосуд С жидкостью, силовозбудитель, на штоке которого закреплено исследуемое тело, ристеьш запуска и регистрации, снабжено пневматической камерой с электропневматическим клапаном и. акселерометром, при этом силовозбудитель выполнен в виде пневмоципиндра с поршнем, на котором закреплены шток и акселерометр, соединенный с системами запуска и регистра цииi а попость пневмощшиндра со стороны, противоположной креплению ка к поршню, через электропневматический клапан соединена с пневматической камерой. На фиг, приведено предааагаемое устройство; на фиг, 2 - характерна осциллограмма ускорения, получения на устройстве, Jстройство (фиг, 1) содеряч1Т силовозбудитель, выполненный в виде расположенного вертикально пневмоцилинд ра , в котором помещен поршень 2, К поршню прикреплен кронштейн 3, на котором установлен акселерометр 4, Дня прохода кронштейна в боковой поверхности пневмотдилиндра выполнен паз. Исследуемое тело 5 соединяют с поршнем 2 через шток 6„ Тело погруже но в жидкость налитую в сосуд 7, К штоку 6 прикреплены пружины 8, служащие для уравновешивания поршня, акселерометра и штока с моделью, погруженной в жидкость. Второй конец пружины дрикреплен к передвижным крон штейнам 9, регулиругацим натяжение пру жин, Бесштоковая полость пневмощшинд ра I соединена с пневматической камерой 1(3 опорного давле1шя и закрыта в ;начапьный момент тарелкой 1I быстродействующего электропневматического клапана 12. Для создания в камере..10 необходимого начального давления гаэа и его измерения служит соответственно впускной вентиль 13 и манометр 14« Электроклапан 12 подключен к цепи, состоящей из батареи 15, зарядного соиротивяения 16, конденсатора 17 к кнопки 18, Сигнал от акселеромет ра 4 регистрируют путем фотографии с экрана катодного осцшгпографа 19, причем цепь запуска о С1щлй о графа присоединена непосредственно к цепи пита ния электро клапана 12, Устройство работает следукщим образом. На конце штока 6 закрепляют тело 5 и погружают в жвдкость, налитую в сосуд 7, С помощью кронштейнов 9 регулируют натяжение пружин 8 так, что суммарный вес всех движущихся элементов (поршень, шток, тело, акселерометр) оказался равным нулю, В камере 10 создают необходимое давление рабочего газа. При этом тарелка 11 клапана 12 закрывает доступ газу .в пневмоцилиндр 1, Перед началом измерений поршень 2 с телом 5 подают вверх До соприкосновения с тарелкой 11 клапан При заныкании кнопки 18 конденсатор 17 разряжается на обмотку электромагнита клапана 12, Под действием элек- трического импульса клапан 12 откры- , вается, толкающий газ давит напоршень 2, Под действием приложенной силы поршень 2, шток 6 и тело 5 с присоединенной жидкостью начинают двигаться с постоянным ускорением. Величину ускорения измеряют акселерометром 4 и регистрируют на осциллографе 19, После разрядки конденсатора 17 пружина 20 возвращает клапан в исходное положение, и доступ газа в пневмоцилиндр 1 прекращается, К этому времени днище поршня 2 достигает бокового паза и находящийся в цилиндре 1 толкающий газ выходит в атмосферу, Пружина 21 служит для торможения поршня и тела 5, Устройство имеет камеру опорного давления объемом 2000 см, давление воздуха в ней может меняться от О до 5:10 Па, Диаметр пневмоцилиндра составляет 20 мм, характерный размер исследуемого тела J)00 мм, размеры емкости для жидкости составляют 0 «600 мм, мм. На фиг, 2 приведена характерная осци -лограма ускорения поршня и тела, полу нная с помощью описанного устройства. Время нарастания ускорения от нуля до постоянного значения составляет 1-,5 мс. Величину давления в опорной камере выбирают таким образом, чтобы смещение тела за время измерения (5-10 мс) не превышало 1-2/S от характерного размера тела. При этом условии обтекание тела все время остается потенциальным, Для упрощения вычисления присоединенной массы проводят два эксперимента,при одном и том же давлении воздуха в опорной камере - в первом из них тело движется в воде, во втором - в воздухе. Тогда присоединенная масса тела находится по формулем м/ .65. . П хк АЖ где М - масса тела с поршнем, штоком и акселерометром; Ag - амплитуда сигнала при испытаниях ,в воздухе; Ajj - амплитуда сигнала при испытаниях в Ш1ДКОСТИ, Погрешность определения црисоеди- , ненкой массы на данном устройстве определяется в основном погрешностью измерения сигнала Злектронным осциллографом и для изготовленного образца не превышает 2-3%. Для проверки были проведены измерения присоединенных масс тел для которых имеются точные аналитические решения (цийиндр, диск, пластина и .т.д.). Они показали хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений. Так, теоретические значения коэффициента присоединенной массы jUxx «M.w/V ,для шара, цилиндра, пласти ны и диска поперёк потока соответственно равны {11у)(0,5; 0,785; 0,785; 0,647. Измерения для тех же тел дали jUjix 0,49; 0.815 0,80; 0,63. Зде

Фуг. V - объем тела, для пластины V объем описанного цилиццра, а для дис ка - о0ъем описанного шара. Возможность устройства проводить измерения присоединенной массы тел любой формы в условиях, более близких к их обтеканию в Натурных условиях, позволяет уточнить аэродииамические характеристики тел, например, летательных аппаратов, при нестационариом течении газа около них, В результате можно сократить количество испытаний каждого тела на спех нальных установках, моделирующих несЧационар- ные режимы обтекания, что ведет к сокращению общей стоимости эксперименттон для данного объекта.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИСОЕДИНЕННОЙ МАССЫ ТЕЛ, содержащее сосуд с жидкостью, силовозбудитель, на штоке которого закреплено исследуемое тело, системы запуска и регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышеш1Я достоверности опытных данных, оно снабжено пневматической камерой с электропневматическим клапаном и акселерометром, при зтом силовозбудитель выполнен в виде пневмоцклиндра с поршнем, на ко тором закреплены шток и акселерометр, соединенный с системами запуска и регистрации, а полость пневмоциливдра со стороны, противоположной крепле- ; нию штока к поршню, через злектропнеЬматический клапан соединена с пневма- тической камерой. ; СЛ С