Тело удобообтекаемого профиля Советский патент 1932 года по МПК B64C7/00 

С целью достижения кинниального лобового сопротивлеЕЕИя и наилучшегб обтекания предлагается тело удобообтекаемого профиля, очерченного пО кривой lituus уравнения («р + с) г const или уравне 3. - ;

ния (f-j-c)/-- const.

На чертеже фиг. 1 изображает кривую lituus; фиг. 2-верхню1р половину обтекаемого профиля; фиг. 3-ряд обтекаемых профилей, пригодных для разных скоростей продвижения снаряда.

Известныедо сих пор кривые, по которым строится очертание профилей, нат пример, пропеллера, крыльев аэроплана, ветродвигателя и пр. не могут быть названы наллучгаими в смысле достижения пределов минимального лобового сопрог тивления и наилучшего обтекан (наименьших потерь). Еще более нуждаются в {установлении нанболее правильного очертання формы корпусЬвкораблей, морских судов, дирижаблей, томобилей и прочих федств передвижения, обладающих значительной скоростью продвижения в обтекающей среде.

Изучения формы тела у различных пород рыб и птиц показали, что в большинстве случаев преобладающим очертанием осевого профиля рыб и птиц является

форма закруглений и искривление, приближающаяся к математической кри:бой lituus (.кривая жезла). Особенно частк совпадения в пределах этой кривой от О до к.

Эта особенность послужила основаннем для испол ования кривой lituus для построения формы профилей удобробтекаемых тел.

Как известно, уравнение кривой lituus (фиг. 1) выражается формулой:

«;р2 а ...... f

где р-:рад1|ус закругления, w-угол, выражаемый в частях 2х, а - некоторая постоянная величина.-J

Анализ той кривой в отношении вн хревых образований показал, что это есть не что иное, как кривая угловых скоростей вихря.

Это открытие подтверждается следующим рассуждением. Известно, что вращение вихря совершается по закону площадей:

wr const(П)

где: W - окружная скорость вихревых струй, г-радиус закругления струек вихря. Представляя окружную скорость через угловую т wr, получаем общеизвестное уравнение кривой угловых скоростей вихря;

ан)

wr const

Полная тождественность уравнения (1) и (Ш) в яоАярных координатах очевидна, ибо в формуле (I) а const.

Кривая угловых скоростей вихря дает относительное положение частиц вихря, начавших вращательное движение с того момента окогда рни были на рбщей полярной . , : iB .такры ; (Случае )Я ЯЧ-Задаваясь определенной величиной г, при w 1/4 2 r.l2 (половина ширины судна), легко мо жем определить const. Далее, по известной величине w и const легко отыскать все значения радиусов г в пределах от О до т. чтобы таким образом вычертить верхнюю половину нового обтекаемого профиля (фиг. 2).

При продвижении теда вреред с qtipe деленной cкopoctью и const при абсолютном движении частиц вихря (по закону площадей) со скоростью ш относительная скорость частицы среды т, во всех точках кривой нового очертания, буДет располагаться параллельно отдельным элементам (участкам) этого очертания. Поэтому, именно, вследствие этой чрезвычайно важной особенности, могущие иметь место завихрения (потери) «будут минимальными. Наиболее полная обтекаемость в новом очертании профи.я будет получена случаев, когда будет достигнуто условие, чтобь при да 1 скорость v -К.

Для некоторой точки нового профиля можно найти определенную зависимость между постоянной величиной w const и переменной га. . Это будет именно та точка, когда W рйдиану 57°3 или (выражая ее в частях irj когда (0 1.

В этом исключительном случае wr

-0/-2 1г2 const. В общем же виде: --

. ;,.

const.,

-: const и.и го/ гг. const .

const

В случае, когда ш 1, w r (численно). u. const. Исходя из понятий размерностей const должно быть приравнено к ы. Последняя формула тогда примет вид

В другом .случае, например, при г со, «0 0. Здесь, при ft) 1, (численно). С увеличением w 1, w и; п.ри ,.

Таким образом построение нового обт каемого профиля следует начив задавшись поступательной скоростью обтекаемого тела, необходимо для этого момента построить отсюда « 1, наг ходим const ц гЗ,V

Вывод: для каждой скорости и, при w 1, должен 6WTtt свой фадиус Jr,

Далее по ф9рм,уле (Ш) u)r2 copst, откладывая углы в частях 2it, в пределах 1C О) О, графически находим очертания кривой узловых скоростей вихря (фиг. 2).

Построение этой кривой ведем в масштабе следующим образом: задаваясь скоростьюд ередвижения снаряда ы 5,01 см, описываем из центра координатной системы круг радиусбм 5,01 см.

По формуле ft)/-- const определяем численное значение

, : 1-5,ОР-25,1 const. При w 90° формула примет вид:

2к. 90

г2 25,1. 36Q

Отсюда

Х360

4 см.

Х90

Таким образом можно получить значения

для Г75. Гео, Г45, Гзо И Т4 д.

Отк.л.адывая на сторонах соответственных углов величины г, получим ряд точек, которые затем, будучи соединены прямыми отрезками или по лекалу, дадут общий вид кривой над осью абсцисс. Точно такую же кривую можно построить под осью абсцисс.

Обрыв кривой в ее нижнем пределе определит обрыв ее в верхнем пределе при о -7г/2.

В случае больших поступательных скоростей обтекаемого тела и при требуемых наименьших размерах его пойеречного сечения, можно сдвигать симметрично в отношении оси абсцисс верхнюю и нижнюю кривую (зеркальное отображение кривой lituus над осью абсцисс даст нижнюю кривую). В таком случае центры вихря будут смещены за пределы очертания тела. Получится ряд обтекаемых профилей, пригодных для разных скоростей продвижения снаряда (фиг. 3).

l :0vsua$ o что {ищксЩг екавив струей движущегося тела совершается по закону вихревых: обтеканив-и здесь новая предложенная авторами обтекаемых профилей призвана сыграть существенную роль в смысле создания Ъгшболее благоприятных условий обтекания.

Чтобы достигнуть наибольших пределов безударности входа частиц среды на нос снаряда, необходимо В1ерхвим пределом для (1) брать значение, -меньшее . Нижним пределом надо взять ш больше нуля, иначе г 00. В таком случае хвостовая часть снаряда сама собой получает замкнутую форму. .

Практически нет смысда бравь ш 3,5°, так как тогда кривая стё новится почти параллельной оси абсцисс, уходя в бескОиечность.

По наблюд иям авторов именно оба указанные условия выполнены природой в форме тела многих рыб и некоторых птиц (ласточки).

В этих случаях строение природных форм очертания, кроме соответствия с найденной кривой, удовлетворяет условию создавания в передней, уширенной части тела (когда w я) пониженного давления,

при большш:;г01|(0{ 0стях обтеа&атя я повышенного давленая в задней хвостовой части тела.

Движение капли масла по поверхности воды, в момент отрыва от. нее утолщенного хвоста (а это утолщение создается благодаря большому гидродинамическому давлению скопившихся в XBOCTie капли частиц масла), дает форму, вполне тождественную с новым, предложенным авторами, профилем х;обтекаемого снаряда.

Далее Опыты авторов с центральным выбрызгиванием капель краски по вращающемуся диску, показал также, что выбрасывание струй краски идет по кривой угловых скоростей (lituus).

Это наводит на мшсль о 1вОзможности постройки по предлагаемой кривой каналов в центробежных насосах, а также в турбинах II на поверхности лопастей ветродвигателей и аэропланов.

Предмет изобретения.

Тело удобообтекаемого профиля, ОТАИчающееся тем, что профиль очерче по кривой lituus уравнения («с-{-с) г const

-i

или уравнения (-{-с} г const.

фнП

фигЗ

фнг2