УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ Советский патент 1931 года по МПК G01M10/00 

Предлагаемое устройство предназначено для гидродинамического испытания моделей судов, подводных и летающих лодок, поплавков самолетов, гребных винтов и т.п.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает вид спереди устройства с горизонтальной осью вращения бассейна; фиг. 2 - то же, в вертикальном разрезе; фиг. 3 - вид сверху устройства с вертикальной осью вращения бассейна; фиг. 4 - то же, в вертикальном разрезе.

Устройство состоит из кольцевого бассейна 1, укрепленного для прочности фермами 5. Ось 2 вращения бассейна может быть горизонтальной (фиг. 1 и 2) или вертикальной (фиг. 3 и 4). Для установки модели и измерительных приборов предназначена неподвижная платформа 6, на которой находится также кабинка 4 для наблюдателя.

При вращении бассейна 1 содержащаяся в нем жидкость 3 под действием центробежных сил, вызванных ее трением о стенки, располагается по периферии бассейна. При горизонтальном расположении оси вращения жидкость образует поверхность правильного цилиндра, ось которого лежит несколько выше оси 2 бассейна (фиг. 2). При вертикальном расположении оси вращения поверхность жидкости представляет параболоид (фиг. 4).

Испытуемую модель, установленную вне вращающейся системы на соответствующих приборах, показывающих гидродинамическое давление, погружают в движущуюся жидкость 3. Модель неподвижна и жидкость набегает на нее подобно тому, как в аэродинамической трубе поток воздуха движется, обтекая неподвижную модель самолета.

Вследствие того, что жидкость движется по окружности, модели также необходимо выгибать по дуге соответствующего радиуса. Кроме того, при испытании нужно учитывать, что в предлагаемой установке на жидкость, кроме силы тяжести, действует и центробежная сила.

Описанное устройство предназначается: 1) для определения гидродинамического давления для различных погружений моделей, при различных диферентах и скоростях, 2) для распределения давлений по днищу модели, что очень важно для расчета на прочность и выбора форм, 3) для определения сил трения воды при выходе глиссера на редан, 4) для определения устойчивости пути и 5) для испытания моделей винтов и т.д.

В качестве преимуществ описанного устройства перед обычным гидроканалом с тележкой указывается, что постоянный поток жидкости в бассейне дает возможность испытывать модели сколько угодно длительно, тогда как испытания в каналах идут мгновенно на автоматических приборах. Далее, вследствие того, что измерительные приборы установлены неподвижно, на них не влияют силы и инерции их отдельных частей, что обеспечивает большую точность показаний. Кроме того предлагаемое устройство дает возможность производить одновременно испытание нескольких моделей в зависимости от радиуса бассейна и получать большие скорости жидкости для испытания различных типов реданов.

Ниже приводится примерный расчет устройства с вертикальной осью вращения бассейна (фиг. 3 и 4).

Задание. Модель гидроплана, масштаб - 0,1.

Решение. Скорость потока по формулам подобия будет равна 12 м/сек. Для устранения влияния стенок сосуда и уменьшения кривизны выбирается цилиндрический бассейн радиусом R = 5 м и высотой Н = 1,5 м. Количество воды выбирается также из расчета, чтобы устранить влияние стенок сосуда. Из опытов известно, что поверхность потока должна быть в 15 раз больше ширины модели, а расстояние до дна в 35 раз больше глубины погружения модели. Объем V налитой воды выразится так:

Н=3,14 (25-16) 1,5 = 42 м²,

где - средний радиус поверхности вращения.

Скорость потока = 12 м/сек, число оборотов бассейна = 30 об./мин.

Вращающаяся жидкость образует параболоид: где ω = 3,14 - угловая скорость сосуда, Z - высота параболоида и g - ускорение силы тяжести.

На основании равенства между объемом налитой воды и объемом, полученным после вращения бассейна, определим r₁, r₂, Z и α° (фиг. 4).

Отсюда:

r₁ = 4,18 м

r₂ = 3,88 м

α° = 76°

Полученные r₁, r₂, Z и α вполне подходящи для испытания моделей; при больших скоростях получатся еще лучшие условия. Желательно брать радиус бассейна возможно больший: 8-10 метров.

Устройство для гидродинамического испытания моделей, отличающееся применением кольцевого бассейна 1 для приведения в движение наполняющей его жидкости 3, с целью образования постоянного кольцевого потока, по внутренней окружности которого располагаются испытательные камеры с неподвижными динамометрическими приборами.