DE712706C - Device for increasing the wind speed in wind tunnel systems - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit in Windkanalanlagen Die zur Vorausberechnung der Flugeigenschaften von Flugzeugen nötigen Beiwerte können nur zum Teil auf rein theoretischem Wege gefunden werden. Meist werden sie aus Versuchen mit Modellen ganzer Flugzeuge oder von deren Einzelteilen in Windkanalanlagen ermittelt. Die Brauchbarkeit der durch Modellversuche gewonnenen Ergebisse, d. h. die Möglichkeit ihrer -Verwertung auf den praktischen Fall und ihrer Verallgemeinerung hängt im wesentlichen davon ab, daß bei der Aufstellung der Versuchsbedingungen das Prinzip der mechanischen Ähnlichkeit (nach Reynolds und Mach) berücksichtigt wurde. Als praktische Folgerung dieser Forderung ergibt sich im wesentlichen, daß die Anblaseversuche mit möglichst großen Modellen und mit möglichst hohen Windgeschwindigkeiten durchgeführt werden.Device for increasing the wind speed in wind tunnel systems The coefficients required to calculate the flight characteristics of aircraft in advance can can only be found in part on a purely theoretical basis. Mostly they come from experiments determined with models of entire aircraft or of their individual parts in wind tunnel systems. The usefulness of the results obtained through model experiments, i. H. the possibility their utilization in the practical case and their generalization depends on the essentially depends on the principle of mechanical similarity (according to Reynolds and Mach) was taken into account. as The practical consequence of this requirement is essentially that the blowing attempts carried out with the largest possible models and with the highest possible wind speeds will.

Die größte in einer Windkanalanlage erreichbare Windgeslchv, 1indigkeit ist von der verfügbaren Höchstleistung der eingebauten Gebläsemotore und dem Querschnitt des Windstromes an der Meßstelle abhängig. The largest wind speed achievable in a wind tunnel system depends on the available maximum power of the built-in fan motors and the cross-section of the wind current at the measuring point.

Letzterer ist wieder durch die Modellgröße bestimmt, die um so größer sein muß, je größer die Abmessungen des Luftfahrzeuges sind, dessen Modell geprüft werden soll.The latter is again determined by the model size, which is all the greater the larger the dimensions of the aircraft, the model of which must be tested shall be.

Mit zunehmender flug- oder Windgeschwindigkeit treten infolge der Zusammendrückbarkeit der Luft örtlich derart große Dichteänderungen auf, daß das einfache Newtonsche Widerstandsgesetz seine Gültigkeit verliert. With increasing air or wind speed occur as a result of The compressibility of the air has such great local density changes that the simple Newton's law of resistance loses its validity.

Die Gewähr der Übertragbarkeit der Meßergebnisse auf die naturgroßen Ausführungen der Luftfahrzeuge hängt daher ab Erreichen von etwa der halben Schallgeschwindigkeit wesentlich von der Erfüllung des Machschen Gesetzes ab, das angibt, daß das Verhältnis der Flug- oder Windgeschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit konstant sein soll.The guarantee of the transferability of the measurement results to the natural size Execution of the aircraft therefore depends on reaching about half the speed of sound essentially depends on the fulfillment of Mach's law, which states that the relationship the flight or wind speed should be constant to the speed of sound.

Da in Wirklichkeit immer größere Fluggeschwindigkeiten praktisch erreicht werden, sind auch die Versuchsanstalten genötigt, alles daran zu setzen, möglichst hohe Windgeschwindigkeiten zu verwirklichen. Sie sind dann in der Lage, die bei hohen Geschwindigkeiten auftretenden Erscheinungen planmäßig zu beobachten und zu klären. Since in reality ever higher airspeeds come in handy are achieved, the research institutes are also obliged to do their utmost to the highest possible wind speeds to realize. they are then able to plan the phenomena that occur at high speeds to observe and clarify.

Am einfachsten wird eine Erhöhung dies Windgeschwindigkeit bei bestimmter bläseleistung dadurch erreicht, daß man dF Windstromquerschnitt an der Meßstelle verringert. Dies geschieht dadurch, daß man die Düse der Windkanalanlage auswechselbar macht. DieDüse ist jener Teil derAnlage,in dem die Umwandlung der Druck in Bewegungsenergie. erfolgt. Am D üseneintritt herrscht gegenüber dem Düsenaustritt der größte Druck. Der Druckunterschied zwischen Düsenein- und -austritt ist bei bestimmter Gebläseleistung um so größer, je kleiner der Düsenaustritt- gegenüber dem Düseneintrittquerschnitt ist. Man kann also durch Austausch einer vorhandenen Düse gegen eine solche kleineren Querschnittes am Austritt die Windgeschwindigkeit einer Anlage an der Meßstelle erhöhen. Dieses Verfahren kann jedoch praktisch nicht beliebig weit getrieben werden, da der Wirkungsgrad einer Windkanalanlage sehr rasch abnimmt, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß die Luftführung hinter dem Düsenaustritt gleichfalls geordnet erfolgt. The easiest way is to increase this wind speed at a certain wind speed blower power achieved by having dF wind flow cross-section at the measuring point decreased. This is done by making the nozzle of the wind tunnel system replaceable power. The nozzle is that part of the system in which the pressure is converted into kinetic energy. he follows. At the nozzle inlet there is the greatest pressure compared to the nozzle outlet. The pressure difference between the nozzle inlet and outlet is at a certain blower output the larger, the smaller the nozzle outlet cross-section compared to the nozzle inlet cross-section is. So you can replace an existing nozzle with a smaller one Cross-section at the outlet shows the wind speed of a system at the measuring point raise. However, this process cannot practically be carried out indefinitely, because the efficiency of a wind tunnel system decreases very quickly, if not taken care of that the air flow behind the nozzle outlet also takes place in an orderly manner.

Aus Billigkeitsrücksichten begnügt man sich aber meist damit, nur die Düse auswechselbar zu machen und nicht auch das an dei Düse anschließende oder gegenüberstehende Rohr, dens og. Effusor.Out of considerations of equity, however, one is usually content with it, just to make the nozzle interchangeable and not also the one connected to the nozzle or opposite pipe, dens og. Effusor.

Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitigt. Sie kann in jede vorhandene Windkanaianlage eingebaut werden und ermöglicht eine beliebige Steigerung der Windgeschwindigkeit, soweit die verfübgbare Gebläselsistung dazu ausreicht, ohne daß ihr Wirkungsgrad zu sehr herabgesetzt wird. die Erfindung ist im weentilichen durch ein koaxial in die bei jeder Windkanalanlage vorhandene Düse einzusetzendes Venturirohr gekennzeichnet, das nur einen Teil des Luftstromes erfaßt und in dessen engstem Querschnitt die Meßstelle liegt. Die Düse, die hinfort als Hauptdüse bezeichnet werden möge, braucht nicht ausgetauscht zu werden. These disadvantages are eliminated by the device according to the invention. It can be built into any existing wind tunnel system and enables a Any increase in wind speed, as long as the available blower power this is sufficient without their efficiency being reduced too much. The invention is in the wentilichen through a coaxial in the existing in every wind tunnel system Venturi tube to be used is marked, which only covers part of the air flow detected and in the narrowest cross-section of which the measuring point is located. The nozzle that goes away May be referred to as the main jet does not need to be replaced.

Das Venturirohr wird zweckmäßigerweise derart in der hauptdüse angeordent, daß der gesamte in ihr vorhandene Druckunterschied ausgenutzt werden kann. Der Eintrittsquer schnitt des Venturirohres soll demnach am Ort des Eintrittsquerschnittes der Hauptdüse zu liegen kommen, während der Austrittsquerschnitt in der Zone der höchsten Windgeschwindigkeit liegen soll. Der Restteil der nicht durch das Venturirohr strömenden Luft fließt durch den zwischen dem Venturirohr und der Hauptdüse verbleibenden Ringraum ab. Um diese Nebenströmung möglichst wirbelfrei und damit verlustarm zu gestalten, ist es zweckmäßig. das venturirohr erfindungsgemäß mit einem Hüllmantel zu umgeben.The Venturi tube is expediently arranged in the main nozzle in such a way that that the entire pressure difference existing in it can be used. The entry cross The section of the Venturi tube should therefore be at the location of the inlet cross-section of the main nozzle come to rest, while the exit cross-section in the zone of the highest wind speed should lie. The remainder of the air not flowing through the venturi flows through the annular space remaining between the venturi tube and the main nozzle. In order to make this secondary flow as free from eddies as possible and thus with little loss, is it expedient. to surround the venturi tube according to the invention with a jacket.

@ Fig. 1 ist beispielsweise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichling für eine sog. Freistrahlanlage schematisch dargestellt. 1 ist die Hauptdüse und 2 der Auffangtrichter des Efrfusors der Eindkanalanlage. 3 ist das koaxial in die Düse I einzusetzende Venturirohr, und 4 ist dessen Hüllmantel. Die Luft strömt bei 5 in das Venturirohr und erreicht bei 6 im engsten Querschnitt die größte Geschwindigkeit. Bei 7 strömt sie wieder aus und gelangt gemeinsam mit der außerhalb des Venturirohres 3 durch den Ringraum 8 strömenden Luft in den Auffangtrichter 2.@ Fig. 1 is, for example, an embodiment of the invention Vorrichling for a so-called. Free jet system shown schematically. 1 is the main jet and 2 the collecting funnel of the Efrfusor of the single-channel system. 3 is the coaxial in the nozzle I to be used Venturi tube, and 4 is its envelope. The air flows at 5 into the Venturi tube and at 6 it reaches the highest speed in the narrowest cross-section. At 7 it flows out again and comes together with the outside of the venturi tube 3 air flowing through the annular space 8 into the collecting funnel 2.

Die in Fig. I dargestellte Vorrichtung kann auch bei einer Windkanalanlage mit gesehlossener Meßstelle Verwendung finden. The device shown in FIG. I can also be used in a wind tunnel installation find use with closed measuring point.

Ebenso ist es möglich, die Lage der Querschnitte 5 und 7 des Venturirohres oder jeden für sich axial zu verschieben, ohne daß sich am Erfindungsgedanken dadurch eine Änderung ergeben würde. It is also possible to change the position of the cross sections 5 and 7 of the Venturi tube or to move each one axially without affecting the idea of the invention would result in a change.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsmäßigen Vorrichtung mit dem ein fachen Venturirohr dargestellt. Diese Ausführungsform findet Verwendung, solange man an der Meßstelle 6 Windgeschwindigkeiten erreichen will, die nicht größer sind als die Schallgeschwindigkeit. Zur Erzielungvon Überschallgeschwindigkeiten wird an die Stelle des einfachen Venturirohres erfindungsgemäß die bekannte Kombinaiton einer Lavaldüse mit einem Venturirohr gesetzt, wie dies beispielsweise Fig. 2 darstellt. Diese von P rand t 1 angegebene Rohrkombination ist erforderlich, um die im erweiterten Rohrquerschnitt der Lavaldüse auftretende Überschallgeschwindigkeit in dem anschließenden Venturirohr, und zwar in dessen sich verengenden Querschnüten, zunächst wieder auf Schallgeschwindigkeit abzubremsen. In dem anschließenden sich erweiternden Rohrteil steigt dann der Druck weiter an. Diese Rohrteile sind in gleichfalls bekannter Art und Weise verstellbar eingerichtet, um durch Veränderung der Querschnittsgrößen die Größe der Oberschallgeschwindigkeit regeln zu können. In Fig. 1 is an embodiment of the inventive device shown with the simple venturi. This embodiment is used as long as you want to reach 6 wind speeds at the measuring point, which are not greater are than the speed of sound. To achieve supersonic speeds the known combination is used instead of the simple Venturi tube according to the invention a Laval nozzle with a Venturi tube, as shown, for example, in FIG. This pipe combination specified by P rand t 1 is required in order to use the extended Pipe cross-section of the Laval nozzle occurring supersonic speed in the subsequent Venturi tube, in its narrowing cross-sections, initially open again To slow down the speed of sound. In the subsequent expanding pipe part then the pressure continues to rise. These pipe parts are also known in the art and adjustable way to set up by changing the cross-sectional sizes to be able to regulate the size of the upper sound velocity.

In Fig. 2 ist I wieder die Hauptdüse einer in diesem Falle beispielsweise mit geschlossener Meßstelle dargestellten Windkanalanlage schematisch abgebildet. 2' ist der Effusor. In Fig. 2, I is again the main nozzle in this case, for example shown schematically with the measuring point closed. 2 'is the effuser.

9 ist die Lavaldüse, an die sich das Venturirohr 3 anschließt. 4 ist der gemeinsame Hüllmantel. 5 ist der Eintritts- und 7 der Austrittsquerschnitt der Rohrkombiantion. 6ist die Meßstelle, in der die Überschallgeschwindigkeit herrscht, Auch bei dieser Anordnung strömt durch die Rohrkombination 9 und 3 nur einen Teil. der Luft der Winkelkanalanlage, Der Rest fließt durch den Ringraum 8 ab. 9 is the Laval nozzle to which the Venturi tube 3 is connected. 4th is the common shell. 5 is the inlet and 7 the outlet cross-section the pipe combination. 6 is the measuring point at which the supersonic speed prevails, Even with this arrangement flows through the pipe combination 9 and 3 only part. the air of the angled duct system, the rest flows through the annulus 8 from.

Bei der praktischen Ausführung des Erflndungsgedankens ist die Größe der erreichbaren Erhöhung der Windgeschwindigkeit im Venturirohr unter sonst gleichen Verhältnisse nur vom Verhältnis der Querschnittsgröße des Austritts der Hauptdüse zum engsten Querschnitt des eingeschobenen Venturirohres abhängig. Es zeigt sich aber, daß mit zunelunender Verkleinentng des. engsten Querschnittes des Venturirohres die Länge steines Effusors sehr rasch zunimmt, wenn rnan nicht die Gefahr der Ablösung der Strömung infolge zu starker Erweiterung des Effusors in Kauf nehmen will. Auch steigen die Reibungsverluste infolge der rasch zunehmenden Größe der benetzten Oberfläche. In solchen Fällen ist es zweckmäßiger, an Stelle eines Venturirohres erfindungsgemäß mehrere axial hintereinandergestellte Venturirohre zu verwenden, wie dies Fig. 3 für zwei Rohre beispielsweise zeigt. In the practical implementation of the idea of the invention, the size is the achievable increase in wind speed in the Venturi tube, all other things being equal Ratios only from the ratio of the cross-sectional size of the outlet of the main nozzle depends on the narrowest cross-section of the inserted Venturi tube. It appears but that with increasing diminution of the narrowest cross-section of the Venturi tube the length of the stone effusor increases very rapidly, if there is no danger of detachment the flow wants to accept due to excessive expansion of the effusor. Even the friction losses increase due to the rapidly increasing size of the wetted surface. In such cases it is more expedient to use the invention instead of a Venturi tube to use several Venturi tubes arranged axially one behind the other, as shown in FIG. 3 for two tubes for example shows.

I stellt die Hauptdüse dar, in die koaxial das Venturirohr 3 eingeschoben ist. 3' ist ein zweites koaxial liegendes Venturirohr, dessen engster Querschnitt bei 6' liegt, Das Rohr 3' ist axial derart gegenüber dem Rohr 3 angeordnet, daß das Druckgefälle im Einströmtrichter des ersten Venturirohres 3, also zwischen den Querschnitten 5 und 6 möglichst vollkommen ausgenutzt wird. Daher ist der Ausströmquerschnitt 7' des Rohres 3' in den Querschnitt 6 des Rohres 3 verlegt, wo die größte Strömungsgeschwindigkeit in diesem Rohr herrscht. Die Strömungsgeschwindigkeit im Querschnitt 6' des Venturirohres 3' ist ein Vielfaches jener im Querschnitt 6 und damit ein um so größeres Vielfaches der Ströniungsgeschwindigkeit am Austritt der Hauptdüse 1. I represents the main nozzle into which the Venturi tube 3 is pushed coaxially is. 3 'is a second coaxially lying Venturi tube, its narrowest cross-section at 6 ', the pipe 3' is arranged axially opposite the pipe 3 in such a way that the pressure drop in the inflow funnel of the first Venturi tube 3, that is, between the Cross-sections 5 and 6 is used as completely as possible. Hence the outflow cross-section 7 'of the pipe 3' is laid in the cross section 6 of the pipe 3, where the greatest flow velocity prevails in this pipe. The flow velocity in the cross section 6 'of the Venturi tube 3 'is a multiple of that in cross section 6 and thus an even greater multiple the flow velocity at the outlet of the main nozzle 1.

Die in Fig. 3 beispielsweise dargestellte Kombination zweier koaxial angeordneter Venrurirohre kann zweicks weiterer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit im jeweils engsten Querschnitt beliebig vervielfacht werden, ohne am Erfindungsgedanken etwas zu ändern. The combination of two coaxially shown in FIG. 3, for example arranged Venruri tubes can be used to further increase the flow velocity can be multiplied arbitrarily in the narrowest cross-section, without affecting the inventive idea to change something.

Auch eine entsprechende Kombination der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 ist möglich. A corresponding combination of the embodiment according to the Fig. 2 and 3 is possible.

Claims (4)

P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Vorrichtung zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit in Windkanalanlagen, gekennzeichnet durch ein koaxial in die Hauptdüse einer Windkanalanlage einzusetzendes Venturirohr, das nur einen Teil des Luftstromes erfaßt und in dessen engstem Querschnitt die Meßstelle liegt. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Device for increasing the wind speed in wind tunnel systems, characterized by a coaxial in the main nozzle of a wind tunnel system Venturi tube to be used, which covers only part of the air flow and in which the narrowest cross-section is the measuring point. 2 Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Steigerung der Windgeschwindigkeit an der Meßstelle über die Schallgeschwindigkeit art Stelle des einfachen Venturirohres ein mit einer Lavaldüse vereinigtes Venturirohr tritt. 2 Apparatus according to claim I, characterized in that for the purpose Increase of the wind speed at the measuring point over the speed of sound art place of the simple Venturi tube is a Venturi tube combined with a Laval nozzle occurs. 3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch mehrere koaxial in die Hauptdüse einer Windkanalanlage einzusetzende Venturirohre, bei denen die Meßstelle im engsten Querschnitt des kleinsten Rohres liegt. 3. Apparatus according to claim I or 2, characterized by several Venturi tubes to be inserted coaxially into the main nozzle of a wind tunnel system, in which the measuring point lies in the narrowest cross-section of the smallest pipe. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verbesserung der Luftströmung außerhalb der eingesetzten Rohre diese mit entsprechend geformten Hüllmänteln umgeben sind. 4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that in order to improve the air flow outside the tubes used this are surrounded with appropriately shaped sheaths.