УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТРЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01M9/06 

Изобретение относится к области технической физики и предназначено для измерения силы поверхностного трения на телах, обтекаемых потоком жидкости или газа, например в аэродинамических трубах.

Известны устройства для измерения аэродинамической силы поверхностного трения, так называемые насадки Престона и Стантона. Насадки Престона выполняются в виде трубок полного давления, уложенных на обтекаемую поверхность. Насадки Стантона выполняются в виде козырьков над дренажными отверстиями в обтекаемом теле - плоских пластинок с заостренными на клин передними кромками. Принцип действия их основан на измерении динамического давления потока непосредственно у стенки и на законах подобия течения в этой области.

В силу конструктивных особенностей этих насадок применение их оказывается неэффективным, так как при любых практически возможных высотах приемного отверстия насадков зависимость между силой трения и динамическим давлением нелинейна. Кроме того, не подается учету с помощью тарировки такой фактор, как продольный перепад давления.

Известно устройство для измерения аэродинамической силы трения исследуемого тела, содержащее элемент воздействия на поток, установленный на теле, в виде выступа с дренажными отверстиями, соединенными посредством каналов с датчиками давления.

Принцип действия этого устройства основан на измерении величины разности давлений до и после планки-выступа (элемента возмущения потока), расположенного в ламинарном подслое. Этой разности давления становится в соответствие аэродинамическая сила трения с помощью заранее полученных тарировочных зависимостей.

Проведение исследований с помощью указанного устройства возможно лишь при условии ортогональности предельных линий тока на поверхности обтекаемого тела к поверхности выступа, а это условие может быть обеспечено только в плоском потоке. В пространственном потоке из-за переменности направлений предельных линий тока на поверхности в каждой ее точке осуществить ортогональность их поверхности выступа практически невозможно, а поэтому известное устройство не позволяет измерить в этом случае вектор аэродинамической силы поверхностного трения.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений на случай пространственного обтекания исследуемого тела.

Цель достигается тем, что в устройстве выступ выполнен в виде кольца, ось которого нормальна к поверхности тела в исследуемой точке, а дренажные отверстия расположены по всему периметру кольца.

На чертеже изображено устройство для измерения аэродинамической силы поверхностного трения.

Устройство состоит из корпуса 1, поверхность которого соответствует поверхности исследуемого тела, кольца-выступа 2, ось которого нормальна к поверхности тела в исследуемой точке, дренажных отверстий 3 расположенных по периметру с внешней и внутренней сторон кольца-выступа. Дренажные отверстия 3, расположенные на одном радиальном направлении, соединены каналами 4 с полостями дифференциальных датчиков давления 5 и 6.

Принцип действия предлагаемого устройства состоит в следующем. Пусть установленное в исследуемой точке поверхности тела кольцо-выступ 2 обтекается потоком жидкости, при этом направление предельных линий тока в исследуемой области заранее неизвестно. Высота кольца-выступа выбирается такой, что выступ находится в ламинарном подслое, прилегающем к обтекаемому телу. С помощью датчиков давления 5 определяется перепад давления Δ Р между каждыми двумя отверстиями, расположенными на одном радиальном направлении кольца-выступа. Направление действия аэродинамической силы трения, совпадающее с направлением предельной линии тока на поверхности исследуемого тела, определяется как направление линии, проходящей через точку, где Δ Р достигает своего максимального значения ( Δ Р = Δ Р_макс), т. е. точку торможения на кольце-выступе, и центр кольца-выступа. Величина, силы трения определяется согласно тарировочной зависимости τ= = f( ΔP_макс), полученной в результате предварительных испытаний в одних и тех же условиях предлагаемого устройства и другого устройства, например устройства типа "плавающего элемента". По этим результатам испытаний строится тарировочная зависимость τ = f( ΔP_макс). Зная тарировочную зависимость τ= f(Δ P_мах), по величине Δ _Рмакс определяют величину аэродинамической силы трения.

Эффективность действия устройства обусловлена тем, что оно позволяет в отличие от известных устройств определять аэродинамическую силу поверхностного трения в пространственном потоке и направление этой силы в том случае, когда направление предельных линий тока на поверхности тела заранее неизвестно или переменно во времени. (56) Труды ЦАГИ, вып. 1719, 1976, с. 3-17.

Константинов Н. И. , Драгныш Г. Л. К вопросу об измерении напряжения трения на поверхности. "Энергомашиностроение". Труды ЛПИ, N 176, 1955, с. 194, рис. 3.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТРЕНИЯ исследуемого тела, содержащее элемент воздействия на поток, установленный на теле, в виде выступа с дренажными отверстиями, соединенными посредством каналов с датчиками давления, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, выступ выполнен в виде кольца, ось которого нормальна к поверхности тела в исследуемой точке, а дренажные отверстия расположены по всему периметру кольца.