Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов Советский патент 1992 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к испытаниям, в частности к способам исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся объектов в потоке, и может быть использовано например, при исследовании нестационарных аэродинамических характеристик элементов тепло- обменных аппаратов.

Известен способ исследования колебаний лопаток плоской решетки, по которому, с целью определения нестационарных аэродинамических сил, действующих на исследуемые лопатки в решетках при связных (через поток) колебаниях возбуждают поочередно изгибные колебания одной из соседних с измерительной лопаток, при этом все лопатки, кроме измерительной, жестко закреплены.

Исследуемая лопатка совершает изгибные колебания от воздействия нестационарной аэродинамической силы,

передающейся через поток от принудительно вибрирующей с заданной амплитудой соседней лопатки. По величине зарегистрированной амплитуды колебаний исследуемой лопатки и по сдвигу фаз колебаний между исследуемой и соседней вибрирующей лопаткой, а также по декременту затухания колебаний определяют величину нестационарной аэродинамической силы, действующей на исследуемую лопатку. Недостатком известного способа является низкая достоверность определения характеристик. Это обусловлено тем, что при каждом измерении амплитуд и декремента затухающих колебаний температура объекта и упругого элемента, на котором он жестко закреплен, будет меняться, следовательно, будет меняться и собственная частота колебаний упругого элемента, что в свою очередь приведем к изменению механического демпфирования колеблющейся систе vjGO Лч|

Ј О

О

мы. Изменение механического демпфирования существенно сказывается на величине нестационарных аэродинамических характеристик, что снижает достоверность определения искомой характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения и нестационарных аэродинамических характеристик объектов, который позволяет более точно, по сравнению с известными способами, оп- ределять иско мую характеристику, поскольку обеспечивает возможность исключить температурное влияние на результаты эксперимента путем принудительного подогрева системы.

Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов заключается в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установ- ленных в аэродинамической трубе, и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов.

Сущность известного способа заключается в следующем. Объект укрепляют на упругом элементе и устанавливают в рабочем пространстве аэродинамической трубы, сообщают системе (измерительный объект - упругий элемент), например, с помощью виброврзбудителя, колебания с частотой, близкой к резонансной (т. е. к собственной частоте колебаний системы), и заданной ам: плитудой. Для определения режима нагрева подают рабочий поток и по истечении времени, необходимого для нагрева системы потоком и выхода его на рабочие параметры, отключают поток, измеряют величину возбуждающей силы и сдвиг фаз между на- правлением возбуждающей силы и перемещением объекта, и принимают эти параметры за начальное состояние колебательной системы. Далее, определив таким образом режим нагрева системы, с целью поддержания механического демпфирования на уровне начального состояния, осуществляют принудительный подогрев колеблющегося упругого элемента до тех пор, пока возбуждающая сила и угол сдвига при неизменной частите и амплитуде колебаний системы не совпадут с начальными. Затем подают поток с заданными параметрами, отключают принудительный подогрев и, не меняя частоты возбуждения колеба- ний, изменением величины возбуждающей силы восстанавливают первоначальную амплитуду колебаний системы и измеряют модуль и сдвиг фаз этой возбуждающей силы. Затем отключают рабочий поток и в процессе остывания системы осуществляют контроль за изменением амплитуды колебаний системы, возбуждающей силой и углом сдвига фаз. В случае совпадения этих параметров с начальными определяют нестационарные аэродинамические характеристики, построив векторные диаграммы возбуждающих сил с учетом начальных условий. В случае же несовпадения контрольных параметров с начальными считают измеренные результаты некорректными и повторяют эксперимент, изменив определенным образом начальное состояние, например, режим принудительного подогрева упругого элемента (время и температуру подогрева).

Основным недостатком известного способа является длительное время проведения эксперимента, большие энергозатраты, так как любое изменение параметров исследований - скорость потока, частота колебаний объектов, амплитуда перемещений, расстояние между объектами, давление окружающего воздуха, его температура и т. д. - требует определения нового начального состояния колеблющейся системы, подбора нового режима нагрева системы с целью поддержания механического демпфирования на уровне начального состояния. Кроме того, для получения достоверных результатов необходим постоянный контроль за изменением амплитуды колебаний системы, возбуждающей силой и углом сдвига фаз в процессе остывания системы, и проведения бесконечного множества повторных продувок, чтобы получить по возможности близкое совпадение перечисленных параметров с начальными.

Цель изобретения - сокращение времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе исследования нестационарных аэродинамических характеристик, заключающемся в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установленных з аэродинамической трубе, и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов, регистрацию параметров объектов при отсутствии потока проводят в течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации способа; на фиг, 2 - диаграмма векторов возбуждающих и нестационарных аэродинамических сил.

На фиг. 1 и 2 приведены следующие обозначения: 1 - аэродинамическая труба;

2- рабочая часть аэродинамической трубы;

3- измерительный объект; 4 - исследуемый объект (влияние которого на измерительный необходимо оценить); 5 - упругий элемент; 6 - вибровозбудитель; 7 - вектор возбуждающих сил, действующих на колеблющийся объект 3 при неподвижном объекте 4, измеренных в потоке при амплитуде А0, частоте ш0 и температуре tn 8 - суммарный вектор механического демпфирования и нестационарных аэродинамических сил, уравновешивающий вектор 7 возбуждающих сил; 9 - вектор возбуждающих сил, измеренных без потока при амплитуде А0, частоте (Оо и температуре ti; 10 - вектор механического демпфирования, уравновешивающий вектор 9 возбуждающих сил; 11 - вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3, вызванных рабочим потоком; 12 - вектор возбуждающих сил, действующих на колеблющийся объект 3 при колеблющемся объекте 4, измеренных в потоке при амплитуде А0, частоте ш0 и температуре t2; 13 - суммарный вектор механического демпфирования и нестационарных аэродинамических сил, уравновешивающий вектор 12 возбуждающих сил; 14 - вектор возбуждающих сил, измеренных без потока при амплитуде А0, частоте УО и температуре ta: 15 - вектор механического демпфирования, уравновешивающий вектор 14 возбуждающих сил; 16 - суммарный вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3, вызванных потоком и колеблющимся объектом 4; 17 - вектор нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3, вызванных колеблющимся объектом 4.

Определение нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся в потоке объектов осуществляется следующим образом.

Исследуемый объект 4 и измерительный объект 3 укрепляют каждый на упругом элементе 5 и устанавливают в рабочую часть 2 аэродинамической трубы 1. С помощью вибровозбудителя 6 возбуждают колебания объекта 3 с заданной частотой и амплитудой, подают в аэродинамическую трубу 1 рабочий поток (направление показано стрелкой) с заданными параметрами, с помощью вибровозбудителя 6 восстанавливают первоначальную амплитуду и измеряют

величину возбуждающей силы FI t1, развиваемой вибровозбудителем 6 в потоке, и фазовый угол между возбуждающей силой FI t1 и перемещением измерительного объекта 3. Затем прекращают подачу потока, восстанавливают заданные амплитуду и частоту колебаний измерительного объекта 3 и при той же температуре ti измерительного объекта 3 измеряют возбуждающую силу F0l , развиваемую вибровозбудителем 6

без потока, и фазовый угол р0 t1 между возt

буждающей силой F0 и перемещением измерительного объекта 3.

Затем подают рабочий поток с заданными параметрами, возбуждают колебания исследуемого объекта 4, устанавливают заданные амплитуду и частоту колебаний объектов 3 и 4, измеряют возбуждающую

силу F2 t1, воздействующую на объект 3 через поток от колеблющегося объекта 4, и

фазовый угол р2 t2 между возбуждающей силой и перемещением измерительного объекта 3. Отключают поток, с помощью вибровозбудителя 6 восстанавливают заданные амплитуду и частоту колебаний измерительного 3 и исследуемого 4 объектов

и измеряют возбуждающую силу F0 t2 и фазовый угол р0 t2 между возбуждающей силой F0 t2 и перемещением измерительного

объекта 3.

Далее, для определения нестационарных аэродинамических характеристик, например, нестационарных аэродинамических сил, действующих на измерительный объект 3 со стороны потока и через поток со стороны колеблющегося объекта 4, строят диаграмму векторов или осуществляют аналитический расчет по известным зависимостям.

Построение векторной диаграммы осуществляется следующим образом. В координатной плоскости перемещение - скорость перемещения измерительного объекта (фиг. 2) из начала координат откладывают вектор 7 (R t1) и уравновешивающий его (т. е. противоположно направленный и равный по модулю) вектор 8 (Fi1) вектор 9 (F0 и уравновешивающий его вектор 10 (F0 ), и векторным вычитанием векторов 8 и 10 находят вектор 11 (Roi) нестационарной аэродинамической силы, действующей на объект 3 со стороны потока. Затем аналогичным образом наносят на

координатную плоскость векторы 12 (F2 t2 и

13 (FV), 14 (F0t2) и 15 (Fo), и определяют вектор 16 (Ro2) нестационарных аэродинамических сил, действующих на объект 3 со стороны потока и через поток со стороны колеблющегося объекта 4. Далее векторы 11

(Roi) и 16 (Rcc) переносят в начало координат и находят вектор 17 (Fb), который является нестационарной аэродинамической силой, действующей в потоке на объект 3 со стороны колеблющегося объекта 4,

Аналогичным образом осуществляют определение нестационарных аэродинамических на объект 3 или на любой другой элемент массива, который в этом случае принимают за измерительный.

Из диаграммы на фиг. 2 следует, что изменение демпфирующих свойств колеблющейся системы, обусловленное изменение ее температуры, не оказывает влияние на результаты определения нестационарных аэродинамических характеристик.

Формула изобретения Способ исследования нестационарных аэродинамических характеристик объектов, заключающийся в возбуждении механических колебаний исследуемых объектов, закрепленных на упругих элементах и установленных в аэродинамической трубе, и регистрации их параметров при наличии потока и при его отсутствии, по которым судят о нестационарных аэродинамических характеристиках объектов, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений, регистрацию параметров объектов при отсутствии потока проводят в течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды.

Изобретение относится к аэродинамическим испытаниям, в частности к способам исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся объектов в потоке. Цель изобретения - сокращение времени и энергозатрат за счет сокращения количества измерений. Цель достигается измерением параметров, характеризующих начальное состояние системы, которое определяет ее механическое демпфирование, в. течение 30 с с момента прекращения подачи рабочей среды, когда еще не изменилась температура системы, а следовательно, и величина ее механического демпфирования. 2 ил. Ё

fl

Фиг.1