( 54 J СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ Изобретение относится к аёрогидро динамическим испытаниям и может быть использовано, для определения сил вза имодействия жидкости газа с поверхностями при малых возмущениях или ма лых числах Рейнольдса в процессе обтекания летательных аппаратов, кораблей, гидротехнических сооружений, а также в биомеханике - при течении крови в сосудах, в металлургии - при течении жидкого металла по изложницам, в вулканологии - при течении магмы из кратера вулкана. Известен способ определения аэродинамических сил, основанный на испытаниях тел или их моделей в потоке аэродинамической установки,при котором силы взаимодействия получают путем обработки данных голографической интерферометрии структуры обтекания тела р. . Известен также способ определения аэрогидродинамических сил, включающий помещение модели в рабочую среду и задание относительного их дв движения, моделирующего обтекания тела потоком натурной среды, освещение поляризованным светом и регистра цию интерференционной картины взаимодействия рабочей среды с поверхСИЛностью модели- 2. Относительное движение модели и рабочей среды осуществляется за счет обеспечения истечения газа из сопла аэродинамической установки, модель изготавливают, из фотоупругого материала, что поз- . воляет определять по теневым интер- , ференционным картинам внутренние напряжения в модели. Однако известные способы весьма дорогостоящие, так как требуют для создания потока рабочей среды (газа или жидкости специальных сложных аэрогидродинамических установок. Кроме того, в случае необходимости обеспечения исследований моделей малого масштаба и при малых возмущениях натурной среды или малых числах Рейольдса (большой вязкости среды и ее скоростях течения; использование аэрогидродинамических установок малоэффективно из-за невозможности обеспечить достаточную надежность и хорошую точность результатов исследований.. Целью изобретения является обеспечение исследований на маломасштабных моделях и при малых возмущениях натурной среды или при ма.пых числах Рейнольдса. Указанная цель достигается тем, что в способе определения аэрогидродинамических сил, включающем помещение модели в рабочую среду и задание относительного их движения, моделирующего обтекание тела потоком натурной среды, освещение поляризованным светом и регистрацию интерференционной картины взаимодействия рабочей среды с поверхностью модели, модель помещают в фотоупругую рабочую среду и прикладывают смещающую относительно среды силу, не превышающую по величине предела упругой ее связи с поверхностью модели. ,При этом в качестве фотоупругой рабочей среды используют полимерный материал в высокоэластичном состоянии. Кроме того, в качестве полимерног материала для рабочей среды применяют отвержденную эпоксидную смолу при температуре 100-150 0. На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - кривые, иллюстрирующие возможности способа по определению нормальных и касательных напряжений на поверхности шара (диска при его движении в вязкой -жидкости. В блоки 1 и 2 фотоупругой среды, выполненные в виде кубических емкостей, заполненных отвержденной эпоксидной смолой, помещены соответствен но исследуемая 3 и эталонная {контрольная) 4 модели. Блоки размещены в термостате 5. Исследуемая модель 3 с помощью тяги б соединена с рычаж ным нагрузочным устройством 7,. снабженным индикатором перемещений 8.Эт лонная модель 4 снабжена свободной т гой 9, аналогичной тяге 6. Направление величины смещения 0 модели 3 относительно фотоупругой среды с модулем сдвига G f задается совпадающим с направлением скорости ) натурного Объекта в вязкой среде с известным коэффициентом вяз кости . П р и м е р. Определяют силу соп ротивления и напряжения на поверхности при движении спостоянной ско ростью j 3 см/с шара радиусом см в глицерине с вязкостью( 8,5 . Две модели 3 и 4 шара радиусом Кцд 2 см изготовляют из эбо нита с коэффициентом линейного расширения с -7 -10 1/град, близкого к коэффициенту линейного расширения фотоупругой среды, модуль сдвига которой 6 15000 кг/см . В модели 3 и 4 вворачивают сталь ные тяги б и 9 диаметром 2 мм. Модели 3 и 4 для лучшего сцепления с фотоупругой средой обезжиривают, а тяги б и 9 покрывают силиконовым каучуком,. чтобы обеспечить свободны смещения относительно фотоупругой среды. Модели 3 и 4 помещают в блоки 1 и 2 из жести, выполненные в виде куба с ребром мм, покрытые изнутри силиконовым каучуком, куда заливают жидкую эпоксидную смолу с отвердителем. Исследования проводят методом замораживания деформаций, для чего температуру в термостате поднимают до и вьщерживают в течение 2 ч для равномерного прогрева фотоупругой среды. К основной модели 3 через тягу б прикладывают нагрузку Q 100 кг и с помощью индикатора 8 определяют соответствующее смещение модели 3 иц 0,038 см в фотоупру ой среде с модулем сдвига G 70 кг/см при t 120 С. После охлаждения до комнатной температуры и замораживания деформаций производят разрезку блоков 1 и 2 с моделями 3 и 4, просвечивание срезов поляризованным светом и вычитание контрольной картины блока 2 из основной для устранения .искажений, вносимых усадкой и температурными деформациями. Фактическая сила сопротивления Уд равна силе Q за вычетом равнодействующей давления основании куба фотоупругой среды со стороной Ь Таким образом. . Подставляя числовые величины,получают, ( кг. Сила сопротивления движения шара в глицерине определяется из полученного методом теории разномерностей соотношения WH-WM где 8j Е.Д- характерные размеры натурного объекта и модели. соответственно Q -IL - Ъ 0,5 C-CVi WI VQ Г Г| U Wu п -- .т f а 1-io 0/о38сл -2см 4,6-10 Н Точное решение этой задачи (см., н например Л.Н.Седов. Механика сплошной среды, т.2, М., Наука, 1970, с.235) дает величину силы сопротивления W V R « 4,8 о И, которая отличается от экспериментального значения лишь на 4%, Безразмерные нормальные избыточные и касательные напряжения расчитываются по формулам X . 2R() Q X 2Rgr -; д h ЗТНГ ° V -51Пе По интерференционной картине взаимодействия фотоупругой пластинки с моделью определяют напряжения на поверхности модели ,|д(( , Напряжения на натуре объекта определяются из соотношения G-.. -G-. н . ,„, ijH- l M G,U., в, 2-/ /л (W Соотношения (1) и (2) основаны на тождественности уравнений движения газов и жидкостей при постоянной скорости движения и относительно ма лых числах Рейнольдса, с одной сторо ны, и уравнений равновесия упругих твердых сред - с другой (при этом принимается во внимание то, что размерности : комбинаций Ун И Q U входящих в уравнения состояния одина ковы. На поверхности тела и жидкости ил газа вследствие прилипания отсутству ют относительное проскальзывание и о рыв, что моделируется упругой связью модели с фотоупругой средой. При нестационарном взаимодействи твердых тел с жидкостью основное влияние на резонансные частоты ц оказывает сжимаемость. При этом дол нр выполнятся основное условие подобия : . Я( ,J3J Ро (- о fxo р о И - Н г ЯЛ V где р - плотность и С - скорость звука в твердом теле и в модели; р°- плотность и с - скорость звука в жидкости и в фотоупругой среде Движение идеальной жидкости и фо тоупругой среды оказывается потенциальным и описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями, отку да при наличии упругого сцепления Модели с фотоупругой средой следует соотношение для определения резонан ных частот для натурного объекта по резонансным частотам модели tO РнСницеС где WH , дд -- соответственно возмуща щие силы, действующие на натурный объект и модель. При определении на ряааний на поверхности твердого тела основное значение имеет осевая ( нормальная2 составляющая тензора напряжений 0у, - Р,, которая может бы определена на плоских моделях методом голографической интерферометрии при просвечивании моделей в поляризованном свете и пересчитана на на туру: нС нШнин „ Рм С дл1%им При неустановившемся движении в идеальном газе или жидкости с малыми возмущениями акустические волны распространяются по тем же законам, что и упругие продольные волны в фо тоупругой среде, что позволяет изучать явления отражения, преломления и дифракции акустических волн на фот упругих моделях. Представленные на фиг.2 данные по определенщр нормальных , и касательных Gt; напряжений (отмечены точками) и сравнение-их с расчетными величинами (сплошные кривые) свидетельствуют о надежности и хорошей точности разработанного способа исследований. Данный способ определения аэрогидродинамических сил по сравнению с другими известными обеспечивает получение следующего положительного эффекта:а)возможность проведения испытаний на маломасштабных моделях; б)уменьшение затрат на проведение испытаний путем отказа от дорогостоящих аэрогидродинамических установок/ в) одновременное определение сил сопротивления и распределения напряжений на обтекаемой поверхности. Формула изобретения 1.Способ определения аэрогидродинамичёских сил, включающий помещение модели в рабочую среду и задание относительного их движения, моделирующего обтекание -тела потоком натурной среды, освещение поляризованным i: светом и регистрацию интерференционной картины взаимодействия рабочей среды с поверхностью модели, отличающийся тем, что, с целью обеспечения исследований ни маломасштабных моделях и при малых возмущениях натурной среды или маЛых числах Рейнольдса, модель помещают в фотоупругую рабочую среду и прикладывают смещающую относительно среды силу, не превышающую по величине предела- упругой ее связи с поверхностью модели. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что в качестве фотоупругой рабочей среды используют полимерный материала в высокоэластичном состоянии. 3.Способ по ПП.1.и 2, о т л ичающийся тем, что в качестве полимерного материала для рабочей среды применяют отвержденную эпоксидную смолу при температуре 100150°С. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Sien T.-F. , Ragsdale W.C., Spring W.Ch. Quantitative applicatins of hoiograp.hic i nte rf eromet ry o wind-tunnel testing. NOt TR-74-96, 974. 2.Авторское свидетельство СССР. 174403, кл. GDI М 9/00, 1967 (проотип).
