Способ определения аэродинамического сопротивления моделей и макетов транспортных средств Советский патент 1993 года по МПК G01M17/00 B62D35/00 

Изобретение 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 использовать трубы меньших размеров и значительно уменьшить затраты на подготовку и проведение экспериментов.

Известен способ определения аэродинамических характеристик моделей транспортных средств путем испытаний в малых трубах.

Однако при таком способе не всегда удается провести испытания в аэродинамической трубе с соблюдением условий допустимого загромождения моделью ее рабочей части: либо из-за большого масштаба и значительных габаритных размеров модели, либо из-за малых размеров рабочей части трубы. При этом испытания проводятся с нарушением общепринятого критерия Рм/Рр.ч. 0,02, при котором отсутствует влияние границ рабочей части трубы на аэродинамические характеристики моделей. При большом загромождении рабочей части трубы моделью или макетом происхо 4

00

ю ч о ю

дит изменение параметров потока в рабочей части трубы в зависимости от типа аэродинамической трубы: либо ускорение, либо торможение потока. При закрытой рабочей части воздушный поток оказывается стесненным и обтекает мбдель с большой средней скорость, 5че :citb имеет место при свободном обтё ка:нии,.1рри испытаниях модели или макета с большим загромождением в трубе с открытой рабочей частью или с камерой Эйфеля воздушный поток подтормаживается и обтекает модель со скоростью, меньшей скорости свободнона- текающего потока. Как следствие отмеченных особенностей обтекания моделей или макетов при большом загромождении аэродинамических труб является возмущение потока и изменение его основных параметров по всему объему рабочей части трубы, а не только в непосредственной близости от модели (макета). Поэтому результаты испытаний модели или макета со сверхнормативным загромождением рабочей части трубы из-за влияния границ рабочей части и спут- ной струи за моделью оказываются либо заниженными (для труб с закрытой рабочей частью), либо завышенными (для труб с открытой рабочей частью или камерой Эйфеля) nd сравнению с истинными.

Известен принятый в качестве прототипа способ оценки влияния границ рабочей части и спутной струи для тел с двумерным обтеканием (крыло самолета) путем использования эффекта подъемной силы и определением дополнительного индуцированного сопротивления и блокинг-эффекта, возникающих из-за отклонения вектора подъемной силы.

Однако этот способ применим только для тел с двумерным обтеканием и имеющим большие значения подъемной силы, в то время как для моделей наземных транспортных средств типично трехмерное обтекание и практически на два порядка меньшее значение подъемной силы. Поэтому использование указанного способа применительно к наземным транспортным средствам невозможно.

Целью изобретения является определение истинных параметров аэродинамического сопротивления масштабных моделей и натурйых Maxetb B транспортных средств в аэродинамических трубах с открытой ра- бочёй:ча стью1 при й алйчйй значительного ее загромождения исследуемыми объектами.

Поставленная цель достигается тем, что для определения аэродинамического сопротивления масштабных моделей неполно- размерных макетов в аэродинамических трубах, когда при значительном загромож0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дении 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 Схм вида:

К Схм(1-а)(Рм/Рр.ч.). где a, b - коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубе при наличии большого загромождения ее рабочей части;

Рм/Рр.ч. - площадь поперечного сечения модели и рабочей части трубы, с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости:

Схист Схм-K(FM/Fp.4.).;

При этом зависимость изменения коэффициента загромождения в трубе с открытой и закрытой рабочей частью одинакова для всех типов автотранспортных средств.

На фиг, 1 показана схема графической обработки зависимости Сх f (Рм/Рр.ч.), по- с строенной по результатам двух опытов с моделями разного масштаба и определения коэффициентов а и Ь, на фиг. 2 - линейные зависимости Сх f(FM/Fp.4.) 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 аэроди- намического сопротивления тела при обтекании стесненным и неограниченным потоком с его параметрами и степенью загромождения трубы:

m

неогр

(1 +

КТ2

m

FT

+ m

2 FT

-р.г.т.

-р.г.т.

+ . . .).

(1)

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

Voo KT -г;- - коэффициент, учитывающий

VT

изменение скорости потока в рабочей части трубы при загромождении его телом;

Voo, VT - скорости неограниченного и стесненного потоков соответственно;

кнеогр. - коэффициент, учитывающий изменение скорости потока в рабочей части трубы при обтекании неограниченным потоком;

m с- - коэффициент, учитывающий

гр.г.т.

степень загромождения следом за телом рабочей части трубы;

FT, РСЛ, Рр.ч.т - 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 плохообтека.емых тел с большим загромождением, описанную уравнением (1), что позволило установить следующую взаимосвязь коэффициентов аэродинамического сопротивления модели (макета) с поправкой на загромождение и без нее со скоростным напором и степенью загромождения рабочей части трубы

Схм диет 1 Ср QM

Схист дм 1 - Ср днет

1 +а

FM гU м

-- Схм - b --

Схм

-р.ч.

-р.ч.

где Сх, Схист - коэффициенты аэродинамического сопротивления исследуемой модели без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;

дм, днет - скоростной напор потока, действующего на модель, без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;

Срдм, Срднет - коэффициенты давления на модели без учета и с учетом поправки на загромождение рабочей части трубы;

FM, Fp.4. - лобовая площадь модели и площадь поперечного сечения рабочей части трубы;

a, b - коэффициенты, характеризующие качество потока в рабочей части трубы.

В опытах было установлено, что величина

Рм2

0

0

5

0

составляющей уравнений (2): b

Pp..

Схм20

5

0

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

Схм/СхИСт 1+a(FM/Fp.4.)CxM,(3) т. е. взаимосвязь коэффициентов аэродинамического сопротивления 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 b + а Схм.(4)

При этом величина коэффициентов Ь 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 Ь 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.4. для них находилась в диапазоне: FM/FP.4. 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.4.) и по двум экспериментальным точкам (А и Б) проводится прямая линия - до пересечения с осью ординат (т. Б). Тогда 0В определит величину коэффициента Ь, а тангенс угла наклона прямой ВАБ относительно оси абсцисс - О 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 коэффи- циентов а и Ь для последующего пересчета и получения истинного (с учетом внедрения поправки на загромождение рабочей части трубы) значения коэффициента аэродинамического сопротивления модели или

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: : FM :

Схист Схм - К

-р.ч.

(5)

где К - коэффициент, учитывающий поправку на загромождение моделью (макетом) рабочей части трубы.

При этом установлено, что протекание зависимости К Сх)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 СхМ; испытанной в трубе модели любого 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

частью другого типа (закрытой, с камерой Эйфеля) необходимо проведение своего цикла испытаний по описанной выше методике. 5Использование предлагаемого способа определения аэродинамического сопротивления масштабных моделей и полноразмерных макетов в аэродинамических трубах, когда при значительном загромождении их

10 рабочей части коэффициент загромождения К для диапазона загромождения рабочей части трубы от 2 до 30% определен посредством проведения только двух испытаний рэзнрмасштабных моделей однотипного

15 транспортного средства с. получением линейной зависимости изменения коэффициента загромождения К от изменения коэффициента аэродинамического сопротивления модели вида:

20К - Сх„ (1 - а) - (FM/Fp.4.)

с последующим определением истинных значений коэффициента аэродинамического сопротивления модели или макета по следующей зависимости:

25

Схист Схм-К(Рм/Рр.ч.), при этом зависимость изменения коэффициента загромождения в трубе с открытой и закрытой рабочей .частью одинакова для

30 всех типов автотранспортных средств, позволяет в несколько раз снизить стоимость и сроки проведения комплексных аэродинамических испытаний моделей при проекти- . ровании нового автомобиля.

35 .

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

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ определения аэродинамического сопротивления моделей и макетов транспортных средств, заключающийся в том, что продувают модель или макет потоком возду- ха и определяют аэродинамическое сопротивление Сх с учетом поправочного коэффициента величины загромождения, отличающийся тем, что, с целью определения аэродинамического сопротив- ления масштабных моделей и полноразмер- ных макетов, продувают макет или модель транспортного средства в одном масштабе, затем продувают макет или модель того же транспортного средства в другом масштабе

и определяют зависимость изменения коэффициента загромождения К от изменения аэродинамического сопротивления Схм по формуле

K CxM(1-a)(FM/Fp.4.), где a, b - коэффициенты, учитывающие качество потока в аэродинамической трубе при наличии большого загромождения ее рабочей части,

FM, Рр.ч. - площади поперечного сечения модели и рабочей части трубы; а затем определяют истинное значение коэффициента по формуле

Cx CxM-K(FM/Fp.4.).

Фиг /

Фи, г

a.f

OA

tЈ Я

o,t

1,0 Cxfr

Фиг.З