Ćw. 6 Pomiary oporu aerodynamicznego

Transkrypt

1 . el ćwczena Ćw. 6 Pomary ooru aerodynamcznego ele ćwczena są nastęujące:. Pomar ooru roflu kołowego metodą adana rozkładu cśnena na jego owerzchn.. Wzorcowane metody straty ędu w śladze aerodynamcznym. 3. Wykorzystane metody straty ędu w śladze aerodynamcznym do określena wływu szorstkośc owerzchn walca na jego oór.. Podstawy teoretyczne Sła aerodynamczna jest wyadkową elementarnych sł wywołanych na owerzchn cała stałego rzez oływający je łyn. Rzut sły aerodynamcznej na kerunek rędkośc nazywamy oorem aerodynamcznym. W rzeływe łaskm oór aerodynamczny składa sę z: -ooru cśnenowego zwanego teŝ oorem kształtu (rzut sę normalnych na kerunek r ) r P n cos (-n ) d s () s gdze n r - normalna zewnętrzna elementu łuku d s (atrz rys. 3) -ooru tarca (rzut sę stycznych na kerunek r ) r Px t τ cos (s ) d s () s gdze rzez (s ) rozumemy kąt mędzy styczną do roflu mającą ten sam zwrot co r τ a kerunkem rędkośc r. Ich suma jest oorem roflowym Px P + Px t. (3) Wzajemny udzał ooru cśnenowego ooru tarca w oorze roflowym zaleŝy od kształtu cała jego ustawena względem kerunku rzeływu charakteru rzeływu w warstwe rzyścennej. I tak n. dla łaskej łytk ustawonej rostoadle do kerunku rędkośc oór cśnenowy stanow całość ooru aerodynamcznego zaś dla tej samej łytk ustawonej równolegle oór cśnenowy jest równy zeru a oór roflowy jest równy oorow tarca. Dla nnych kształtów n. walec lu kula P xc >> P xt dla roflu lotnczego ustawonego od newelkm kątem natarca P xc << P xt. zasam oór całkowty moŝe yć nawet neco mnejszy od ooru cśnenowego gdyŝ część konturu oływana jest w kerunku rzecwnym do dzałana wyadkowej sły Px. Ogólne rzyjmujemy Ŝe kształty oływowe to te dla których oór tarca stanow główną część ooru aerodynamcznego zaś kształty neoływowe to te dla których oór tarca jest omjalne mały w orównanu z oorem cśnenowym. Sły aerodynamczne a węc oór moŝna merzyć nastęującym metodam: ) korzystając z zasady zachowana ędu ) wykorzystując omaozkładu cśneń naręŝeń stycznych na owerzchn oływanego cała 3) wagowo (ezośredn omar sły). Metoda 3) omówona jest szczegółowo w ćwczenu Pomary wagowe sł aerodynamcznych. W nnejszym ćwczenu oznamy metody ) ) wykorzystamy je do wyznaczena wsółczynnków ooru aerodynamcznego roflu kołowego gładkego szorstkego... Metoda W odnesenu do jednostk czasu zmana ędu łynu jest równa sume sł dzałających na łyn ojęty owerzchną kontrolną d P. (4) n Jako sły dzałające na łyn rozumemy sły owerzchnowe na owerzchn (styczne normalne) oraz sły oddzaływana cał stałych znajdujących sę wewnątrz rzestrzen kontrolnej (omjamy sły grawtacyjne). Wyadkowa sę owerzchnowych normalnych (cśnenowych) wynos: Pc - n d (5) (znak mnus gdyŝ za dodatn rzyjmujemy kerunek normalnej zewnętrznej do owerzchn ). Wyadkowa sę stycznych wynos natomast: Pt τ d. (5) Wyadkowa sę stycznych wynos natomast:

2 Rys. Przestrzeń kontrolna dla lansu ędu Dla owerzchn kontrolnej jak na rys. (owerzchne oczne równoległe do kerunku rzeływu) zasadę zachowana lośc ruchu (ędu) w kerunku rzeływu moŝna zasać: - d + d + y x d + τ d - d - d P x (7) gdze: y d - elementarny wydatek masowy rzez element owerzchn ocznej d x - składowa rędkośc w kerunku x - rędkość w śladze aerodynamcznym (zaleŝna od y ). Jeśl rzez Px oznaczymy słę oddzaływana łynu na cało (czyl oór) to wyadkowa sła oddzaływana cała stałego znajdującego sę w rzestrzen kontrolnej wynos - Px. Z równana cągłośc wynka Ŝe: - d + y d + d. (8) Woec na odstawe (8) mamy y d ( - ) d. (9) x ZauwaŜmy Ŝe gdy to a wtedy x y d y d ( - ) d.() Sły styczne τ d na owerzchnach ocznych w rzyadku gdy ch odległość ( ) jest duŝo wększa od szerokośc śladu aerodynamcznego moŝna zanedać. Uwzględnając ten warunek oraz zaleŝność () równane (7) otrzymuje o rzekształcenach ostać: Px ( - ) d + ( - ) d. () Dla rzeływu łaskego oór modelu o jednostkowej długośc wynese Px ( - ) d y + ( - ) d y. () ZauwaŜmy Ŝe merząc oór modelu w otwartej rzestrzen omarowej tunelu aerodynamcznego mamy a Jeśl tylko rzekroje są wystarczająco odległe od modelu. W takm rzyadku erwszy człon rawej strony równana () jest równy. Te same warunk są sełnone gdy omaru ooru dokonujemy odczas lotu samolotu. Wykorzystując defncję wsółczynnka ooru Px x rzyjmując Ŝe a śladu otrzymamy z zaleŝnośc () x ( - ) d y. S (3) Dla roflu kołowego o jednostkowej długośc woec S d oraz uwzględnając defncję cśnena dynamcznego q otrzymamy najwygodnejszą (z unktu wdzena raktyk laoratoryjnej) ostać wzoru na x q q x - d y. d q q (4) Ze wzoru (4) wynka Ŝe wystarczy omerzyć rozkład cśnena dynamcznego w jednym rzekroju śladu aerodynamcznego ay określć x. W raktyce ne wszystke załoŝena które zostały wykorzystane do wyrowadzena zaleŝnośc (3) (tzn. ) mogą yć dokładne sełnone odczas dośwadczena węc metoda wymaga

3 wzorcowana. Wzorcowana dokonujemy merząc oór nną metodą lu wykorzystując dane katalogowe. Porównując otrzymany wynk moŝemy do wzoru (3) wrowadzć wsółczynnk orawkowy K który jest stały dla danych warunków omarowych. 3 K x wzorcowe / x met. śladu Jako warunk omarowe naleŝy tu rozumeć: rodzaj tunelu stosunek wymarów modelu do wymarów rzestrzen omarowej mejsce ustawena modelu w tunelu odległość rzekroju omarowego od modelu zakres całkowana. W ćwczenu jako modelu wzorcowego uŝyjemy gładkego roflu kołowego którego wsółczynnk ooru w zaleŝnośc od lczy Re okazano na rysunku. Rys. Wsółczynnk ooru walca w funkcj chroowatośc owerzchn lczy Reynoldsa.. Metoda Jak wynka ze wzoru () warunkem wyznaczena ooru cśnenowego jest znajomość rozkładu cśnena na owerzchn cała. Woec raku metod teoretycznych ozwalających wyznaczyć cśnene na owerzchn ryły o dowolnym kształce oływanej łynem lekm koneczne jest korzystane z danych dośwadczalnych. Wartość ooru otrzymujemy orzez całkowane grafczne lu numeryczne wzoru (). Rys. 3. Układ wsółrzędnych W rzyadku walca kołowego o jednostkowej długośc z rys. 3 wynka Ŝe d s r d θ cos (-n ) cos θ. Wzór () moŝna rzesać w ostac: P π r cos θ d θ. (5) Dzeląc słę ooru cśnenowego rzez cśnene dynamczne q oraz owerzchnę odnesena S d L otrzymamy ezwymarowy wsółczynnk ooru cśnenowego P q d L. (6) Uwzględnając symetrę roflu oraz rzechodząc do kąta merzonego w stonach otrzymamy π d L 8 (8 cos θ d θ gdze d oznacza średncę walca a L jego długość. Dla walca o jednostkowej długośc korzystając z defncj () mamy 8 π cos θ d θ 8 q (7) 3. Stanowsko omarowe Schemat stanowska rzedstawono na rys. 4. W otwartej rzestrzen

4 omarowej tunelu aerodynamcznego umeszczony jest adany model (walec kołowy). Przez oracane walca wokół os moŝna uzyskać róŝne ołoŝena otworka omarowego które odczytuje sę na skal 3 dzęk wskazówce 4 zwązanej z walcem. śnene w otworku omarowym (w odnesenu do cśnena atmosferycznego) merzy manometr 7. W odległośc ok. średnc za walcem umeszczona jest rurka Prandtla 5 której ołoŝene ustalane jest osuwem 6. RóŜnca cśneń merzona jest manometrem Wykonane ćwczena Rys. 4 Stanowsko do wyznaczana ooru walca Zmerzyć zasać w rotokole omarowym: a) cśnene atmosferyczne a ) temeraturę otoczena t c) cśnene statyczne w rzestrzen omarowej a + gdze: - cśnene wskazywane rzez manometr odłączony do otworków s t rurk Prandtla umeszczonej w rzeływe o cśnenu dynamcznym q d) cśnene dynamczne strumena nezakłóconego q o - gdze o - cśnene sętrzena. zęść A. Pomerzyć rozkład cśnena dynamcznego w śladze za adanym roflem (zalecana welkość y 5 mm a zakres y ne mnej nŝ 4 mm).. Olczyć x ze wzoru + + gdze: śl n śl śl x d dy q y y + y 3. wyznaczyć wsółczynnk korekcyjny K (kalracj metody) x w(wzorcowe) K x (met. _ladu) gdze x w _ wartość wzorcowa odczytana z wykresu x (Re) Re naleŝy olczyć nastęująco: d q Re. ν R (73 + t) 4. Nasunąć na walec tulejkę z aeru ścernego o znanej zarnstośc dokonać onownych omarów rozkładu cśnena dynamcznego w śladze za roflem (w tym samym mejscu dla tego samego zakresu y jak rzy kalracj). 5. Olczyć wsółczynnk ooru walca szorstkego z uwzględnenem urzedno wyznaczonego wsółczynnka kalracj. 6. Powtórzyć omary olczena dla nnych lcz Re. 7. Naneść otrzymane wynk na wykres x (Re) odać uzasadnene fzyczne oserwowanych zman x. zęść B. Srawdzć ołoŝene otworka omarowego. rzy racującym tunelu ustawć otworek w ołoŝenu θ ±. Jeśl manometr wskazuje to samo cśnene w ou ołoŝenach walca wzajemne ołoŝene wskazówk otworka jest rawdłowe. W rzecwnym raze naleŝy odowedno skorygować ołoŝene wskazówk. 4

5 . Zmerzyć róŝncę cśneń mędzy cśnenem na owerzchn walca gładkego a cśnenem atmosferycznym odowadające róŝnym ołoŝenom θ otworka omarowego dla tych samych wartośc q co w częśc A. Uwaga. Przy θ 3 nastęuje zmana znaku welkośc wskazywanej rzez manometr. Jeśl do omarów uŝywany jest manometr ceczowy to w chwl zmany znaku naleŝy zmenć odłączene manometru. 3. Wykonać wykres - - f ( θ ) odkładając wyznaczone wartośc rostoadle od okręgu rerezentującego owerzchnę modelu. 4. Olczyć wg wzoru 36 π cosθ + + cosθ+ xc 36q NaleŜy zwrócć uwagę Ŝe w celu olczena moŝna osłuŝyć sę tylko wartoścam (tj. wartoścam merzonym ezośredno manometrem) gdyŝ: ( + ). a 5 5. Oszacować udzał ooru tarca w oorze roflowym walca kołowego orzez orównane wynków dośwadczena z wartoścam z rys.. x t x w -.