Способ и устройство установки для исследования гидродинамического сопротивления
Владельцы патента RU 2285906:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА (RU)
Изобретение относится к области измерения гидродинамического сопротивления различных поверхностей тел при их движении в жидкости. В предлагаемом изобретении новым является использование сравнения времени опускания груза, кинетически связанного с вращающимся в воде диском, при покрытии его поверхности различными веществами. Технический результат изобретения - простота и дешевизна эксперимента по проверке влияния различных покрытий на гидродинамическое сопротивление движению тел в жидкости. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области измерения гидродинамического сопротивления различных поверхностей тел при их движении в жидкости.
Известны ротативные установки для исследования гидродинамического сопротивления, используемые для определения сопротивления трения обшивки судна (А.с. СССР №894396, кл. G 01 M 10/00, В 63 В 9/02, 1980; А.с. СССР №938060, кл. G 01 М 10/00, 1980 - прототип). Прототип содержит резервуар для воды, испытуемый образец в виде диска, установленного на вертикальном валу, связанного с электромотором. Система имеет датчики крутящего момента электродвигателя и числа его оборотов.
В ходе испытания производятся замеры крутящего момента электродвигателя и числа его оборотов. Затем проводятся расчеты по оценке гидродинамического сопротивления образца.
Недостатками таких механизмов является необходимость использования специального дорогостоящего оборудования (электродвигатель, датчики мощности и оборотов). Кроме того, точность полученных результатов зависит от качества датчиков и степени влияния дополнительных помех (трение в подшипниках, объем и поверхность резервуара и др.).
В настоящее время появляются сообщения о возможности значительного снижения сопротивления движению тел в воде за счет нанесения на их поверхность различных покрытий. Проведение полномасштабных гидродинамических испытаний для проверки предполагаемого эффекта является дорогостоящим мероприятием. Поэтому прежде, чем проводить подобного рода эксперименты, необходимо, хотя бы на качественном уровне, убедиться в существовании самого эффекта.
Технический результат способа - упрощение производства технических замеров. Он достигается тем, что эксперимент проводится в абсолютно одинаковых условиях для испытуемых образцов, а эффект снижения сопротивления оценивается показаниями единственного прибора - секундомера.
Технический результат устройства - создание простой и дешевой установки для проведения экспресс-анализа по качественной оценке влияния покрытия на снижение гидродинамического сопротивления движению тела в воде. Он достигается тем, что у известного устройства, содержащего резервуар для воды, испытуемый образец, установленный на вертикальный вал, вместо электродвигателя используется система грузов, механически связанных с вертикальным валом и обеспечивающих его вращение.
Предлагаемое устройство (чертеж) включает в себя в себя: диск 1, укрепленный на вертикальном валу 2, резервуар с водой 3, основной груз 4 и вспомогательный груз 5, стопор 6 и гибкий трос 7.
Диск 1 является испытуемым телом. Он может быть эталонным (без покрытия) или экспериментальным (с покрытием). Вал 2 обеспечивает переход энергии движения груза 4 во вращательное движение диска в воде. Вспомогательный груз 5 осуществляет начальное натяжение троса, исключающее его проскальзывание на валу 2. Стопор 6 фиксирует начальное положение системы: основной груз 4 поднят на максимальную высоту, вспомогательный груз 5 опущен вниз и закреплен. Гибкий трос обеспечивает передачу усилий основного груза 4 к валу 2 с диском 1.
Суть эксперимента заключается в замере времени движения основного груза 4 от своего верхнего исходного положения до самого нижнего. При этом, учитывая, что масса и размеры дисков 1 эталонного и экспериментального, инерционные свойства всех подвижных деталей установки, а также работа, совершаемая грузом, одинаковы, то наличие разницы во времени движения груза 4 при использовании эталонного и экспериментального дисков свидетельствует об изменении величины сопротивления. Таким образом, о гидродинамическом сопротивлении движению диска в воде судят по времени опускания груза, приводящего диск во вращение.
Разумеется, что результаты данного эксперимента могут носить исключительно качественный характер, поскольку учесть влияние сопутствующих факторов не представляется возможным, например влияние стенок резервуара (3) на вращающуюся жидкость, трение в подшипниках и другие. В тоже время устойчивая разница, превышающая статистическую погрешность эксперимента, в замерах времени движения груза гарантирует наличие эффекта изменения гидродинамического сопротивления движению диска в воде.
Предлагаемая установка и способ ее использования являются исключительно простым и дешевым инструментом для качественной оценки влияния покрытий на снижение гидродинамического сопротивления движению тел в воде.
1. Способ исследования гидродинамического сопротивления при движении тел в воде, состоящий в измерении сил трения, действующих на вращающийся диск, отличающийся тем, что о гидродинамическом сопротивлении движению диска в воде судят по времени опускания груза, приводящего диск во вращение.
2. Устройство установки для осуществления способа исследования гидродинамического сопротивления по п.1, состоящее из диска, находящегося в резервуаре с водой, вертикального вала, отличающееся тем, что вращение испытуемого диска в воде осуществляют использованием основного и вспомогательного грузов, способных перемещаться в вертикальном положении на строго определенное расстояние, гибкого троса, обеспечивающего переход поступательного движения груза во вращательное движение диска.
