RU104715U1 - AERODYNAMIC STAND OF WIND ENGINEERING TESTS - Google Patents

Abstract

1. Аэродинамический стенд для ветровых инженерных испытаний, содержащий форкамеру и сопло подводящего канала, диффузор и рабочую часть, отличающийся тем, что рабочая часть снабжена дополнительно поворотным столом, установленным в нижней горизонтальной плоскости вне зоны воздушного потока, который имеет автономный механизм управления, жестко связанную с поворотным столом трехкоординатную траверсу, которая имеет автономный механизм управления, и поворотным кругом для размещения исследуемых моделей, который установлен в зоне рабочей части аэродинамической трубы и имеет автономный механизм управления, при этом плоский экран рабочей части выполнен протяженным, имеющим длину, соизмеримую с размером, определяемым расстоянием со стороны края экрана до края у начала диффузора, а плоский экран выполнен со сквозным отверстием и жестко связан вне зоны рабочего потока с торцом фланца сопла аэродинамической трубы, вертикальными стойками и горизонтальным перекладинами, расположенными вне зоны воздушного потока. ! 2. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что автономный механизм управления поворотного круга выполнен с возможностью его установки в любой промежуточной плоскости, простираемой от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной в левой или правой вертикальных плоскостях, расположенных параллельно оси аэродинамической трубы. ! 3. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что сквозное отверстие плоского экрана имеет диаметр, соизмеримый с диаметром поворотного круга. ! 4. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что сквозное отверстие плоского экрана имеет диаметр больше диаме� 1. Aerodynamic stand for wind engineering tests, containing a prechamber and a nozzle of the supply channel, a diffuser and a working part, characterized in that the working part is additionally equipped with a rotary table mounted in the lower horizontal plane outside the air flow zone, which has an autonomous control mechanism, rigidly connected with a turntable a three-coordinate traverse, which has an autonomous control mechanism, and a turntable for placement of the studied models, which is installed in the working zone the wind tunnel and has an autonomous control mechanism, while the flat screen of the working part is extended, having a length comparable with the size determined by the distance from the side of the screen edge to the edge at the beginning of the diffuser, and the flat screen is made with a through hole and is rigidly connected outside the working area flow with the end face of the nozzle flange of the wind tunnel, vertical struts and horizontal crossbars located outside the zone of air flow. ! 2. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the autonomous control mechanism of the turntable is made with the possibility of its installation in any intermediate plane, extending from the lower horizontal to the upper horizontal in the left or right vertical planes parallel to the axis of the wind tunnel. ! 3. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the through hole of the flat screen has a diameter commensurate with the diameter of the turntable. ! 4. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the through hole of the flat screen has a diameter larger than the diameter

Description

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть широко использована для решения разных задач экспериментальной аэродинамики, в частности, для экспериментальных диагностических измерений параметров газового потока, например, при проведении метеорологических и аэродинамических исследований в аэродинамических трубах; контроля вантовых мостов; для моделирования атмосферного приземного пограничного слоя и многих других аэродинамических задач.The utility model relates to the field of instrumentation and can be widely used to solve various problems of experimental aerodynamics, in particular, for experimental diagnostic measurements of gas flow parameters, for example, when conducting meteorological and aerodynamic studies in wind tunnels; control of cable-stayed bridges; for modeling atmospheric surface boundary layer and many other aerodynamic problems.

Известно устройство [1], которое может быть использовано для получения низкотурбулентного потока воздуха при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники. Устройство содержит форкамеру с элементами для повышения качества потока, коллектор-сопло, систему слива, рабочую часть, нагреватели, две ступени поджатия потока в коллекторе, разделенных промежуточным отсеком, снабженным системой отсоса-слива части потока, и нагревателей стенки отсека, размещенных по периметру отсека с внешней стороны аэродинамического контура. Вторая ступень поджатия в этом устройстве может быть выполнена с переходом в рабочую часть непосредственно после критического сечения, что с учетом наличия в устройстве дополнительных опор и контрольных средств их вертикального расположения повышает устойчивость ламинарного пограничного слоя за счет снижения уровня турбулентности. Однако известная аэродинамическая труба предназначена для получения только низкотурбулетного потока, что существенно ограничивает ее возможности использования для ветровых испытаний.A device [1] is known, which can be used to obtain a low turbulent air flow during ground testing of aircraft. The device comprises a prechamber with elements for improving the quality of the flow, a collector-nozzle, a drainage system, a working part, heaters, two stages of compressing the flow in the collector, separated by an intermediate compartment equipped with an exhaust-drainage system for a part of the flow, and compartment wall heaters located around the perimeter of the compartment from the outside of the aerodynamic circuit. The second stage of preload in this device can be performed with the transition to the working part immediately after the critical section, which, taking into account the presence of additional supports and control means of their vertical arrangement, increases the stability of the laminar boundary layer by reducing the level of turbulence. However, the known wind tunnel is designed to receive only low turbulent flow, which significantly limits its ability to be used for wind tests.

Известно устройство [2], используемое в экспериментальной аэродинамике, и способ сокращения времени его работы и снижения затрат на проведение экспериментальных исследований, заключающийся в аэровоздействии на исследуемую модель набегающим потоком, последующей регистрации показаний тензометрических средств измерения аэродинамических характеристик (АХ), которую производят одновременно с измерением спектра цветности бароиндикаторного покрытия и комплексному определению распределения давления по поверхности модели. Однако известная аэродинамическая труба имеет ограниченную область испытаний, которая связана только с силовыми нагрузками.A device [2] is known that is used in experimental aerodynamics, and a method for shortening its operating time and reducing the cost of conducting experimental research, which consists in aero-acting on the model under study by a free flow, then recording the readings of tensometric means for measuring aerodynamic characteristics (AX), which is performed simultaneously with measuring the color spectrum of the bar-indicator coating and comprehensively determining the pressure distribution over the surface of the model. However, the known wind tunnel has a limited test area, which is associated only with power loads.

Известно устройство с пониженным уровнем пульсационных характеристик потока в рабочей части [3], которое содержит входной коллектор с форкамерой, набор детурбулизирующих сеток, суживающее сопло, рабочую часть и детурбулизирующие элементы, которые в качестве средств разрушения вихревых структур размещены во внешней зоне турбулентного пограничного слоя между началом рабочей части трубы и зоной расположения исследуемого объекта. Однако известное устройство имеет ограниченные объекты для испытании и узкую область исследований.A device with a reduced level of pulsating flow characteristics in the working part [3], which contains an input manifold with a prechamber, a set of deturbing nets, a narrowing nozzle, a working part and deturbing elements, which are located in the outer zone of the turbulent boundary layer between the vortex structures and the beginning of the working part of the pipe and the area of the investigated object. However, the known device has limited objects for testing and a narrow field of research.

Известно устройство для испытаний [4], которое является наиболее близким по техническому решению и принято в качестве прототипа. Аэродинамическая труба состоит из подводящего канала и рабочей части, включающей верхнюю, нижнюю и боковые плиты, входное и выходное сечения, а рабочая часть имеет дополнительную плиту, установленную на нижней плите с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях с образованием зазора между ее передней кромкой и входным сечением рабочей части трубы. Известная аэродинамическая труба используется для экспериментального определения характеристик воздействия воздушного потока на здания и сооружения для оценки распределения вентиляционных и технологических выбросов в приземном слое атмосферы и определения параметров микроклимата жилой и промышленной застройки.A known device for testing [4], which is the closest in technical solution and adopted as a prototype. The wind tunnel consists of a supply channel and a working part, including upper, lower and side plates, inlet and outlet sections, and the working part has an additional plate mounted on the lower plate with the possibility of movement in vertical and horizontal planes with the formation of a gap between its front edge and input section of the working part of the pipe. The well-known wind tunnel is used to experimentally determine the characteristics of the impact of air flow on buildings and structures to assess the distribution of ventilation and technological emissions in the surface layer of the atmosphere and determine the microclimate parameters of residential and industrial buildings.

Недостатками известного устройства для испытаний являются сложность в измерении локальных количественных параметров воздушного потока как свободного, так и потока, обтекающего исследуемую аэродинамическую модель; сложность в моделировании «розы ветров» вследствие конструктивных ограничений (в ходе испытаний была обнаружена невозможность измерять параметры потока при размещении испытуемой модели в потоке, а также ограниченность испытаний в углах натекания потока на исследуемой модели (т.е. невозможность реализовать «розу ветров»); кроме того, существенно ограничен диапазон изменения параметров ветрового слоя при испытании модельных объектов (в частности, зданий, сооружений). Эти недостатки обусловлены конструктивными особенностями известного устройства: так, несмотря на возможность перемещения плоского экрана в горизонтальной и вертикальной плоскостях, нижнее его горизонтальное положение препятствует применению измерительных зондов и оптической лазерной системы для измерения 2-х или 3-х мерных полей скорости рабочего потока, что также ограничивает возможности по изменению направления ветровых потоков, «натекающих» на исследуемые объекты и т.д.The disadvantages of the known device for testing are the difficulty in measuring the local quantitative parameters of the air flow of both free and flow around the studied aerodynamic model; difficulty in modeling the "wind rose" due to design limitations (during the tests it was found that it was impossible to measure the flow parameters when placing the test model in the flow, as well as the limited testing in the flow inlet angles on the model under study (that is, the inability to implement the "wind rose") ; in addition, the range of changes in the parameters of the wind layer during the testing of model objects (in particular, buildings, structures) is significantly limited.These drawbacks are due to the design features of the known devices: so, despite the possibility of moving the flat screen in horizontal and vertical planes, its lower horizontal position prevents the use of measuring probes and an optical laser system for measuring 2 or 3-dimensional fields of the flow velocity, which also limits the possibility of changing the direction wind flows "flowing" to the studied objects, etc.

Технический результат заявляемой полезной модели состоит в упрощении измерения локальных количественных параметров; расширении возможностей экспериментальных методов диагностики аэродинамических потоков в аэродинамических трубах, в расширении возможностей моделирования пограничного (ветрового) слоя атмосферы и проведения модельных метеорологических исследований в аэродинамических трубах с рабочей частью открытого типа.The technical result of the claimed utility model is to simplify the measurement of local quantitative parameters; expanding the capabilities of experimental methods for diagnosing aerodynamic flows in wind tunnels, expanding the capabilities of modeling the boundary (wind) layer of the atmosphere and conducting model meteorological studies in wind tunnels with an open type working part.

Указанный технический результат достигается тем, что в аэродинамическом стенде для ветровых инженерных испытаний, содержащем форкамеру и сопло подводящего канала, диффузор и рабочую часть, в соответствии с заявляемым устройством, рабочая часть снабжена дополнительно поворотным столом, установленным в нижней горизонтальной плоскости вне зоны воздушного потока, который имеет автономный механизм управления, жестко связанную с поворотным столом трех-координатную траверсу, которая имеет автономный механизм управления, и поворотным кругом для размещения исследуемых моделей, который установлен в зоне рабочей части аэродинамической трубы и имеет автономный механизм управления, при этом плоский экран рабочей части выполнен протяженным, имеющим длину, соизмеримую с размером, определяемому расстоянием со стороны края экрана, до края у начала диффузора, а плоский экран выполнен со сквозным отверстием и жестко связан вне зоны рабочего потока с торцом фланца сопла аэродинамической трубы, вертикальными стойками и горизонтальным перекладинами, расположенными вне зоны воздушного потока.The specified technical result is achieved by the fact that in the aerodynamic test bench for wind engineering tests, containing a prechamber and a nozzle of the supply channel, a diffuser and a working part, in accordance with the claimed device, the working part is equipped with an additional rotary table installed in the lower horizontal plane outside the air flow zone, which has an autonomous control mechanism, rigidly connected to the turntable a three-coordinate traverse, which has an autonomous control mechanism, and a turntable m to accommodate the studied models, which is installed in the area of the working part of the wind tunnel and has an autonomous control mechanism, while the flat screen of the working part is made long, having a length commensurate with the size determined by the distance from the side of the edge of the screen to the edge at the beginning of the diffuser, and the flat screen is made with a through hole and is rigidly connected outside the working flow zone with the end face of the wind tunnel nozzle flange, vertical struts and horizontal rungs located outside the air th stream.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что автономный механизм управления поворотного круга выполнен с возможностью его установки в любой промежуточной плоскости, простираемой от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной в левой или правой вертикальных плоскостях, расположенных параллельно оси аэродинамической трубы.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that the autonomous control mechanism of the turntable is made with the possibility of its installation in any intermediate plane, extending from the lower horizontal to the upper horizontal in the left or right vertical planes parallel to the axis of the wind tunnel.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что сквозное отверстие плоского экрана имеет диаметр, соизмеримый или больше диаметра поворотного круга.In addition, this technical result is achieved in that the through hole of the flat screen has a diameter comparable to or greater than the diameter of the turntable.

При этом указанный технический результат достигается тем, что плоский экран выполнен с возможностью установки своей плоскостью в плоскость поворотного круга.Moreover, the specified technical result is achieved by the fact that the flat screen is configured to install its plane in the plane of the turntable.

Анализ мирового уровня развития техники в области экспериментальной дозвуковой аэродинамики выявил, что в настоящее время наблюдается тенденция адаптировать классические авиационные аэродинамические трубы с традиционно низким уровнем турбулентности к решению задач строительной аэродинамики. Возникают задачи моделирования приземного пограничного слоя атмосферы и задачи расширения экспериментальных возможностей авиационных аэродинамических труб в проведении как классических, так и метеорологических исследований.An analysis of the world level of technological development in the field of experimental subsonic aerodynamics revealed that there is currently a tendency to adapt classical aviation wind tunnels with a traditionally low level of turbulence to the solution of construction aerodynamics problems. There are problems of modeling the surface atmospheric boundary layer and problems of expanding the experimental capabilities of aviation wind tunnels in conducting both classical and meteorological studies.

Вместе с тем, вырос и уровень развития экспериментальных диагностических методов измерения параметров газового потока. Появились оптические методы по определению 2-х и 3-х компонентных полей скорости газовых потоков в приложении к дозвуковым аэродинамическим трубам с большим диаметром сопла. Появляется возможность определять экспериментальными методами локальные параметры газовых потоков больших объемов, как свободных, так и обтекающих исследуемые модели. Поэтому задачи расширения экспериментальных возможностей аэродинамических труб в проведении исследований и задачи приложения новых диагностических методов в этих исследованиях являются первостепенными.At the same time, the level of development of experimental diagnostic methods for measuring gas flow parameters has also grown. Optical methods have appeared to determine the 2- and 3-component fields of gas flow velocities as applied to subsonic wind tunnels with a large nozzle diameter. It becomes possible to determine experimentally the local parameters of gas flows of large volumes, both free and flowing around the studied models. Therefore, the tasks of expanding the experimental capabilities of wind tunnels in research and the tasks of applying new diagnostic methods in these studies are of paramount importance.

Заявленное устройство предназначено для решения этих актуальных задач в области дозвуковой аэродинамики.The claimed device is designed to solve these pressing problems in the field of subsonic aerodynamics.

Реализация заявленного устройства поясняется Фиг.1, на которой представлена его схема.The implementation of the claimed device is illustrated in figure 1, which presents its diagram.

Аэродинамический стенд для ветровых инженерных испытаний содержит: сопло 1 и форкамеру 2 подводящего канала 3, диффузор 4, расположенный между соплом 1 и диффузором 4 в одной из плоскостей трубы параллельно ее оси плоский экран 5, проникающий с одной стороны глубоко внутрь сопла 1 и доходящий с другой стороны до диффузора 4, с круглым сквозным отверстием, выполненным в зоне рабочей части; поворотный круг 6, выходящий через круглое сквозное отверстие плоского экрана 5 своей плоскостью, с установленными в этой плоскости исследуемыми моделями 7, в плоскость плоского экрана 5 в рабочий поток в зоне рабочей части и жестко связанный по другой плоскости с автономным механизмом, управляющим положением и задающим положение поворотного круга 6 в сквозном отверстии плоского экрана 5; поворотный стол 8 со своим автономным механизмом управления, трех- координатная траверса 9 со своим автономным механизмом управления, с размещаемыми на ней различными измерительными зондами для диагностики потока или оптической системой измерения 2-х или 3-х мерных полей скорости потока, установленную на поворотном столе 8 и жестко связанную с ним; стойки 10 вертикальные; перекладины 11 горизонтальные; растяжки 12. При этом:The aerodynamic bench for wind engineering tests contains: a nozzle 1 and a prechamber 2 of the inlet channel 3, a diffuser 4 located between one nozzle and the diffuser 4 in one of the pipe planes parallel to its axis, a flat screen 5 penetrating deep into the nozzle 1 on one side and extending from the other side to the diffuser 4, with a round through hole made in the area of the working part; a turntable 6 exiting through the circular through hole of the flat screen 5 with its plane, with the investigated models 7 installed in this plane, into the plane of the flat screen 5 into the work flow in the area of the working part and rigidly connected along another plane with an autonomous mechanism that controls the position and the setting the position of the turntable 6 in the through hole of the flat screen 5; rotary table 8 with its autonomous control mechanism, three-coordinate traverse 9 with its autonomous control mechanism, with various measuring probes placed on it for flow diagnostics or an optical system for measuring 2 or 3 dimensional fields of flow velocity mounted on the rotary table 8 and tightly connected with it; racks 10 vertical; horizontal crossbars 11; stretch marks 12. At the same time:

- поворотный круг 6 установлен в зоне открытой рабочей части с возможностью расположения своей установочной плоскостью по отношению к оси аэродинамической трубы в любой промежуточной плоскости от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной, в левой или правой вертикальных плоскостях;- the turntable 6 is installed in the area of the open working part with the possibility of positioning its mounting plane with respect to the axis of the wind tunnel in any intermediate plane from the lower horizontal to the upper horizontal, in the left or right vertical planes;

- плоский экран 5 выполнен со сквозным отверстием диаметром, равным диаметру поворотного круга или больше этого диаметра, и установлен с возможностью расположения своей установочной плоскостью в установочной плоскости поворотного круга;- a flat screen 5 is made with a through hole with a diameter equal to or greater than the diameter of the turntable, and is installed with the possibility of positioning its mounting plane in the mounting plane of the turntable;

- плоский экран 5 крепится жестко к торцу фланца сопла 1 (элемент крепления условно показан как позиция 13), а также на растяжках 12 - к вертикальным стойкам 10 и к горизонтальным перекладинам 11, расположенным вне потока как около сопла 1, так и около диффузора 4 аэродинамической трубы,- the flat screen 5 is fixed rigidly to the end face of the flange of the nozzle 1 (the fastening element is conventionally shown as position 13), as well as on braces 12 — to the vertical posts 10 and to horizontal crossbars 11 located outside the flow both near the nozzle 1 and near the diffuser 4 wind tunnel

- плоский экран 5 может быть удален из зоны рабочей части открытого типа при проведении классических авиационных исследований.- a flat screen 5 can be removed from the zone of the working part of the open type when conducting classical aviation research.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.The operation of the claimed device is as follows.

Запускается аэродинамическая труба и реализуется движение газового потока из сопла 1 через рабочую часть открытого типа внутрь диффузора 4 (на Фиг.1 направление потока показано стрелками под позицией 14). Движущийся в сопле поток разделяется плоским экраном 5 на рабочий и нерабочий потоки. Рабочий поток в своем движении натекает на исследуемые модели 7, установленные на поворотном круге 6. Нерабочий поток протекает под плоским экраном 5.The wind tunnel starts and the gas flow moves from the nozzle 1 through the open type working part into the diffuser 4 (in Fig. 1, the flow direction is shown by arrows under position 14). The flow moving in the nozzle is divided by a flat screen 5 into the working and non-working flows. The working flow in its movement flows onto the investigated models 7 mounted on the turntable 6. Non-working flow flows under the flat screen 5.

Изменять толщину и параметры рабочего потока (т.е. ветрового приземного пограничного слоя) можно различными препятствиями и преградами, устанавливаемыми на плоском экране 5, начиная с передней кромки экрана и далее - до сквозного отверстия. Геометрия препятствий и преград, условно показанных на Фиг.1 под позициями 15, 16, 17, определяется целями и задачами проводимых экспериментальных исследований.You can change the thickness and parameters of the working flow (i.e., the surface wind boundary layer) by various obstacles and barriers installed on the flat screen 5, starting from the front edge of the screen and then to the through hole. The geometry of the obstacles and obstacles, conventionally shown in figure 1 under the positions 15, 16, 17, is determined by the goals and objectives of the conducted experimental studies.

Далее, с помощью 3-х координатной траверсы 9, как перед исследуемыми моделями 7, так и за исследуемыми моделями, в рабочий поток вводятся измерительные зонды, например, трубки Пито (позиция 20 на Фиг.1), и производится измерение полей скорости газового потока. Помимо различных измерительных зондов, на 3-х координатной траверсе 9 можно установить оптическую лазерную систему (лазер и фотокамеры показаны на Фиг.1 под позициями.18 и 19), и произвести измерение 2-х или 3-х мерных полей скорости рабочего потока в полезном объеме, в котором происходит взаимодействие рабочего потока на участке до исследуемых моделей, в зоне исследуемых моделей и в зоне за исследуемыми моделями.Further, using a 3-coordinate traverse 9, both before the investigated models 7 and behind the studied models, measuring probes, for example, Pitot tubes (position 20 in FIG. 1), are introduced into the work flow, and the gas flow velocity fields are measured . In addition to various measuring probes, an optical laser system can be installed on a 3-coordinate traverse 9 (the laser and cameras are shown in Fig. 1 under positions 18 and 19), and 2-or 3-dimensional fields of the flow rate can be measured in the useful volume in which the workflow interacts on the site up to the models being studied, in the zone of the models being studied and in the zone behind the models being studied.

Несмотря на предоставляемые таким образом возможности, в полезном объеме остаются теневые зоны, особенно при отсутствии геометрической симметрии исследуемых моделей 7, в которых затруднено проведение измерений. Появление теневых зон вызвано тем, что оптическая лазерная система обеспечивает вертикальную плоскость измерений.Despite the possibilities provided in this way, shadow zones remain in the usable volume, especially in the absence of geometric symmetry of the studied models 7, in which it is difficult to carry out measurements. The appearance of shadow zones is caused by the fact that the optical laser system provides a vertical plane of measurements.

В эти теневые зоны можно проникнуть измерительными зондами, варьируя положением поворотного круга 6 и положением плоского экрана 5. Положения поворотного круга 6 и плоского экрана 5 в вертикальных плоскостях является предпочтительными, при измерениях оптическими системами измерений.These shadow zones can be penetrated by measuring probes, varying the position of the turntable 6 and the position of the flat screen 5. The positions of the turntable 6 and the flat screen 5 in vertical planes are preferred when measured with optical measurement systems.

С помощью вертикальных стоек 10, горизонтальных перекладин 11 и растяжек 12 можно задать любое положение плоского экрана по отношению к положению поворотного круга со своим автономным механизмом управления.Using the vertical posts 10, horizontal rungs 11 and stretch marks 12, you can set any position of the flat screen in relation to the position of the turntable with its own autonomous control mechanism.

Положения плоского экрана и поворотного круга в аэродинамическом стенде, приводящее к делению основного потока на рабочий и нерабочий потоки, следует определять экспериментальным путем, поскольку существует такое понятие как «полезное ядро потока». Следует стремиться к тому, чтобы нерабочий поток был как можно меньшим в объеме, а детали крепления плоского экрана 5 к торцу фланцу сопла 1 были минимальных размеров, с наименьшим аэродинамическим сопротивлением.The positions of the flat screen and the turntable in the aerodynamic bench, leading to the division of the main stream into working and non-working flows, should be determined experimentally, since there is such a thing as a “useful core of the stream”. It should strive to ensure that the idle flow is as small as possible in volume, and the details of fastening the flat screen 5 to the end face of the flange of the nozzle 1 are minimal in size, with the least aerodynamic drag.

Работоспособность заявленного аэродинамического стенда для ветровых инженерных испытаний проверялась в ходе многочисленных экспериментальных проверок.The performance of the claimed aerodynamic stand for wind engineering tests was tested during numerous experimental tests.

На базе аэродинамической лаборатории Санкт-Петербургского государственного университета были проведены экспериментальные проверки работоспособности аэродинамического стенда для испытания моделей зданий, а также испытания устройства-прототипа для сопоставления и выявления тех конструктивных недостатков, которые приводили к существенным ограничениям испытаний, в т.ч. в углах натекания потока на исследуемой модели, а также приводили к значительным сложностям при измерениях локальных количественных параметров воздушного свободного потока и потока, обтекающего исследуемую аэродинамическую модель; и сложностям в моделировании «розы ветров». Такие экспериментальные испытания, с учетом габаритов, сложности конструкции и потребляемой мощности, являются уникальными, и проводились они для выявления, сопоставления, учета недостатков известной конструкции. Которые существенно ограничивали ее функциональные возможности.On the basis of the aerodynamic laboratory of St. Petersburg State University, experimental tests were performed of the aerodynamic stand for testing building models, as well as testing a prototype device to compare and identify those design flaws that led to significant test limitations, including in the corners of the flow leakage on the studied model, and also led to significant difficulties in measuring the local quantitative parameters of the free air flow and the stream flowing around the studied aerodynamic model; and difficulties in modeling the wind rose. Such experimental tests, taking into account the dimensions, design complexity and power consumption, are unique, and they were carried out to identify, compare, and take into account the shortcomings of the known design. Which significantly limited its functionality.

Экспериментальным путем сначала были выявлены конструктивные причины, приводящие к существенному ограничению исследуемых объектов и областей их исследований и высокой сложности при определении локальных количественных параметров аэродинамических потоков (пример 1) и их устранение в новой конструкции.Experimentally, the structural factors were first identified, leading to a significant limitation of the studied objects and areas of their research and high complexity in determining the local quantitative parameters of aerodynamic flows (example 1) and their elimination in the new design.

Пример 1.Example 1

В качестве испытуемого объекта было использовано устройство со следующими параметрами:A device with the following parameters was used as the test object:

1. Труба Прандтлевского (замкнутого) типа;1. Pipe Prandtlevsky (closed) type;

2. Диаметр выходного сечения сопла - 2,25 м;2. The diameter of the outlet section of the nozzle is 2.25 m;

3. Скорость воздушного потока на выходе сопла - от 5 до 70 м/с3. The speed of the air flow at the nozzle exit is from 5 to 70 m / s

Результаты испытаний выявили главные недостатки устройства-прототипа, среди которых к основным следует отнести:The test results revealed the main disadvantages of the prototype device, among which the main ones should include:

- нижнее горизонтальное положение плоского экрана, несмотря на возможность перемещения его в горизонтальной и вертикальной плоскостях, препятствует применению измерительных зондов и оптической лазерной системы для измерения 2-х или 3-х мерных полей скорости рабочего потока;- the lower horizontal position of the flat screen, despite the possibility of moving it in the horizontal and vertical planes, prevents the use of measuring probes and an optical laser system for measuring 2 or 3 dimensional fields of the flow velocity;

- ограничены возможности по изменению направления ветровых потоков, натекающих на исследуемые преграды;- limited ability to change the direction of wind flows flowing to the studied obstacles;

- практически невозможно осуществлять моделирование «розы ветров» и т.д.- it is practically impossible to model “wind roses”, etc.

Пример 2.Example 2

Для разработки устройства, способного к устранению выше отмеченных недостатков было смоделировано, а затем и разработано в макетном исполнении устройство, содержащее все основные элементы устройства-прототипа, но свободное от его недостатков; для чего оно было дополнено:To develop a device capable of eliminating the above-mentioned shortcomings, a device was simulated and then developed in a prototype design containing all the main elements of the prototype device, but free from its shortcomings; why it was supplemented:

- поворотным столом, установленным в нижней горизонтальной плоскости вне зоны воздушного потока и имеющим свой механизм управления;- a rotary table installed in the lower horizontal plane outside the airflow zone and having its own control mechanism;

- трех-координатной траверсой со своим механизмом управления, установленной на поворотном столе и жестко связанной с поворотным столом;- a three-coordinate traverse with its control mechanism mounted on the rotary table and rigidly connected to the rotary table;

- поворотным кругом, установленным в зоне рабочей части открытого типа с возможностью расположения своей установочной плоскостью по отношению к оси аэродинамической трубы в любой промежуточной плоскости от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной, в левой или правой вертикальных плоскостях и имеющим свой механизм управления.- a turntable mounted in the zone of the open type working part with the possibility of positioning its installation plane with respect to the axis of the wind tunnel in any intermediate plane from the lower horizontal to the upper horizontal, in the left or right vertical planes and having its own control mechanism.

Кроме этого, новое устройство выполнено с плоским экраном со сквозным отверстием диаметром, равным диаметру поворотного круга или больше этого диаметра, и установленным с возможностью расположения своей установочной плоскостью в установочной плоскости поворотного круга;In addition, the new device is made with a flat screen with a through hole with a diameter equal to or greater than the diameter of the turntable and installed with its installation plane in the mounting plane of the turntable;

Вместе с этим, в новом устройстве было определено место и средство установки плоского экрана, который крепится жестко к торцу сопла, а также на растяжках - к вертикальным стойкам и к горизонтальным перекладинам, расположенным вне потока как около сопла, так и около диффузора аэродинамической трубы. Как вариант, при проведении классических авиационных исследований плоский экран может быть удален из зоны открытой рабочей части.At the same time, in the new device, a place and means of installing a flat screen was determined, which is fixed rigidly to the end of the nozzle, and also on stretch marks - to vertical struts and to horizontal crossbars located outside the flow both near the nozzle and near the wind tunnel diffuser. Alternatively, when conducting classical aviation research, a flat screen can be removed from the area of the open working part.

За счет таких экспериментальных решений в макетном исполнении заявленного устройства была реализована возможность измерений локальных параметров 3-х мерных полей скорости свободного рабочего потока, так и потока, взаимодействующего с исследуемыми моделями: в частности, с помощью измерительных зондов (например, в эксперименте были использованы термоанемометры) и оптической лазерной системы.Due to such experimental solutions, the mock-up of the claimed device made it possible to measure local parameters of 3-dimensional velocity fields of the free working stream and the stream interacting with the models under study: in particular, using measuring probes (for example, in the experiment, hot-wire anemometers were used ) and an optical laser system.

Технико-экономическая эффективность заявленного устройства имеет большие преимущества и ее значимость с точки зрения использования на практике очень высока, т.к. связана с контролем безопасности летающих аппаратов, контроля безопасности вантовых мостов; исследования и контроля метеорологических и аэродинамических исследований в аэродинамических трубах для моделирования атмосферного приземного пограничного слоя и др.The technical and economic efficiency of the claimed device has great advantages and its importance from the point of view of practical use is very high, because connected with safety control of flying vehicles, safety control of cable-stayed bridges; research and control of meteorological and aerodynamic studies in wind tunnels for modeling atmospheric surface boundary layer, etc.

Особенно высока роль таких устройств на этапе проектирования уникальной и/или сложной формы высотных строений и сооружений, дозвукового наземного, воздушного, надводного или подводного транспорта, когда существует необходимость в проведении предварительных лабораторных аэродинамических исследований с моделями перечисленных объектов в аэродинамических трубах для опробования прочности, безопасности и других параметров в средних и экстремальных условиях.The role of such devices is especially high at the stage of designing a unique and / or complex shape of high-rise buildings and structures, subsonic ground, air, surface or underwater vehicles, when there is a need for preliminary laboratory aerodynamic studies with models of the listed objects in wind tunnels for testing strength, safety and other parameters in medium and extreme conditions.

Цели таких исследований достаточно разнообразны и могут быть сформулированными задачами строительной аэродинамики, строительной акустики, задачами экологии, задачами классической аэродинамики по определению параметров движущихся с дозвуковой скоростью объектов.The objectives of such studies are quite diverse and can be formulated by the tasks of building aerodynamics, building acoustics, the tasks of ecology, the tasks of classical aerodynamics to determine the parameters of objects moving at subsonic speed.

Это мо гут быть также учебные, практические и научные цели.It can also be educational, practical and scientific goals.

В классическом дозвуковом аэродинамическом эксперименте обычно стремятся к тому, чтобы уменьшить толщину пограничного слоя потока и уменьшить турбулентность потока на выходе сопла аэродинамической трубы. Но в натурном измерении приземный ветровой пограничный слой может быть толщиной до 300 м. Увеличения толщины пограничного слоя в модельном эксперименте можно добиться с помощью плохо обтекаемых элементов и турбулизаторов течения (зубчатые барьеры, генераторы вихрей или шпили, модельные элементы геометрии поверхности, турбулизирующие решетки), которые располагаются перед исследуемыми объектами. Для создания развитого пограничного слоя перечисленные элементы должны быть установлены в плоскости плоского экрана как вдоль, так и поперек экрана и на достаточно протяженном участке экрана от его начала до исследуемых моделей.In a classic subsonic aerodynamic experiment, they usually strive to reduce the thickness of the boundary layer of the flow and to reduce the turbulence of the flow at the nozzle exit of the wind tunnel. But in a full-scale measurement, the surface wind boundary layer can be up to 300 m thick. An increase in the thickness of the boundary layer in a model experiment can be achieved with the help of poorly streamlined elements and flow turbulators (toothed barriers, eddy generators or spiers, model elements of surface geometry, turbulent gratings), which are located in front of the studied objects. To create a developed boundary layer, the listed elements must be installed in the plane of a flat screen both along and across the screen and on a sufficiently long section of the screen from its beginning to the models under study.

Заявленное устройство существенно расширяет возможности моделирования пограничного (ветрового) слоя атмосферы также и в авиационной аэродинамической трубе за счет измерения распределения скорости потока и параметров турбулентности в этом пограничном слое; измерения распределения скорости и параметров турбулентности потока в пограничном слое атмосферы, обтекающего аэродинамическую модель; измерения распределения скорости и параметров турбулентности как свободного потока на выходе из сопла аэродинамической трубы, так и параметров потока, обтекающего аэродинамическую модель в классическом аэродинамическом эксперименте.The claimed device significantly expands the possibilities of modeling the boundary (wind) layer of the atmosphere also in an aircraft wind tunnel by measuring the distribution of flow velocity and turbulence parameters in this boundary layer; measuring the velocity distribution and flow turbulence parameters in the boundary layer of the atmosphere flowing around the aerodynamic model; measuring the velocity distribution and turbulence parameters of both the free flow at the exit of the nozzle of the wind tunnel and the parameters of the flow flowing around the aerodynamic model in a classical aerodynamic experiment.

Использованные источники информации:Sources of information used:

1. Патент РФ №2310179; МПК G01M 9/02; Заявка: 2006106123/28; 01.03.2006.1. RF patent No. 2310179; IPC G01M 9/02; Application: 2006106123/28; 03/01/2006.

2. Патент РФ №2082137; МПК G01M 9/00; Заявка: 93042097/28; 24.08.1993.2. RF patent No. 2082137; IPC G01M 9/00; Application: 93042097/28; 08/24/1993.

3. Патент РФ №2371615; МПК F15DM 1/00; Заявка: 2008116435/06; 29.04.2008.3. RF patent No. 2371615; IPC F15DM 1/00; Application: 2008116435/06; 04/29/2008.

4. Авторское свидетельство SU №1416643; МПК G01M 9/00; 15.08.88 (прототип).4. Copyright certificate SU No. 1416643; IPC G01M 9/00; 08/15/88 (prototype).

Claims (5)

1. Аэродинамический стенд для ветровых инженерных испытаний, содержащий форкамеру и сопло подводящего канала, диффузор и рабочую часть, отличающийся тем, что рабочая часть снабжена дополнительно поворотным столом, установленным в нижней горизонтальной плоскости вне зоны воздушного потока, который имеет автономный механизм управления, жестко связанную с поворотным столом трехкоординатную траверсу, которая имеет автономный механизм управления, и поворотным кругом для размещения исследуемых моделей, который установлен в зоне рабочей части аэродинамической трубы и имеет автономный механизм управления, при этом плоский экран рабочей части выполнен протяженным, имеющим длину, соизмеримую с размером, определяемым расстоянием со стороны края экрана до края у начала диффузора, а плоский экран выполнен со сквозным отверстием и жестко связан вне зоны рабочего потока с торцом фланца сопла аэродинамической трубы, вертикальными стойками и горизонтальным перекладинами, расположенными вне зоны воздушного потока.1. Aerodynamic stand for wind engineering tests, containing a prechamber and a nozzle of the supply channel, a diffuser and a working part, characterized in that the working part is additionally equipped with a rotary table mounted in the lower horizontal plane outside the air flow zone, which has an autonomous control mechanism, rigidly connected with a turntable a three-coordinate traverse, which has an autonomous control mechanism, and a turntable for placement of the studied models, which is installed in the working zone the wind tunnel and has an autonomous control mechanism, while the flat screen of the working part is extended, having a length comparable with the size determined by the distance from the side of the screen edge to the edge at the beginning of the diffuser, and the flat screen is made with a through hole and is rigidly connected outside the working area flow with the end face of the nozzle flange of the wind tunnel, vertical struts and horizontal crossbars located outside the zone of air flow. 2. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что автономный механизм управления поворотного круга выполнен с возможностью его установки в любой промежуточной плоскости, простираемой от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной в левой или правой вертикальных плоскостях, расположенных параллельно оси аэродинамической трубы.2. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the autonomous control mechanism of the turntable is made with the possibility of its installation in any intermediate plane, extending from the lower horizontal to the upper horizontal in the left or right vertical planes parallel to the axis of the wind tunnel. 3. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что сквозное отверстие плоского экрана имеет диаметр, соизмеримый с диаметром поворотного круга.3. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the through hole of the flat screen has a diameter commensurate with the diameter of the turntable. 4. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что сквозное отверстие плоского экрана имеет диаметр больше диаметра поворотного круга.4. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the through hole of the flat screen has a diameter greater than the diameter of the turntable. 5. Аэродинамический стенд по п.1, отличающийся тем, что плоский экран выполнен с возможностью установки своей плоскостью в плоскость поворотного круга.

5. The aerodynamic stand according to claim 1, characterized in that the flat screen is made with the possibility of installing its plane in the plane of the turntable.