Аквааэродинамическая труба

Авторы патента:

Перфильев Вячеслав Сергеевич (RU)

G01M9/06 - измерительные приспособления, специально предназначенные для аэродинамических испытаний

G01M10/00 - Гидродинамические испытания; устройства, связанные с гидроканалами или испытательными бассейнами для судов (вопросы строительства - раздел E; исследование свойств материалов G01N)

Владельцы патента RU 2652137:

Перфильев Вячеслав Сергеевич (RU)

Изобретение относится к устройствам для проведения аэродинамических испытаний. В аквааэродинамической трубе испытания проводятся путем погружения испытуемого объекта в водную среду. При этом для визуализации потока может быть использована дополнительная жидкость, собираемая после обтекания объекта испытаний в отсеке для ее сбора, и/или краситель, распадающийся в водной среде и/или удерживаемый находящимися на пути потока фильтрами. При испытаниях объектов в водной среде может применяться поправочный коэффициент, учитывающий плотность испытуемого объекта, внешнее давление на весы и возможную плавучесть. Технический результат заключается в повышении качества проводимых испытаний. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для проведения аэродинамических испытаний путем погружения испытуемого объекта в водную среду.

Из уровня техники известен патент RU 2462695, описывающий аэродинамическую трубу для проведения классических ветровых испытаний.

Отличия заявленного решения состоят в том, что:

- Аквааэродинамическая труба предназначена для проведения аэродинамических испытаний с погружением испытуемого объекта в водную среду;

- Скорость движения потока воды в аквааэродинамической трубе гораздо ниже, чем скорость движения воздуха в обычной аэродинамической трубе.

Известен патент RU 7199, описывающий дозвуковую аэродинамическую трубу, работающую с потоком воздуха, имеющим скорость ниже скорости звука.

Отличия заявленного решения состоят в том, что:

Известен патент RU 94012054, описывающий аэродинамическую трубу, одна из стенок диффузора которой выполнена в виде движущейся со скоростью потока бесконечной транспортерной ленты.

Отличия заявленного решения состоят в том, что:

Наиболее близким решением является патент СССР SU 1837930, описывающий гидродинамическую трубу для проведения испытаний устройств и объектов, предназначенных для водной среды (катера, лодки, торпеды, батискафы, модели кораблей).

Отличия заявленного решения состоят в том, что:

- Аквааэродинамическая труба предназначена для испытания объектов, предназначенных для воздушной среды;

- Аквааэродинамическая труба совмещает в себе элементы гидродинамической трубы (заполненность водой) и предназначение аэродинамической трубы (испытания объектов для воздушной среды).

Как известно, плотность воздуха составляет порядка 1,225 кг/м³, а плотность воды составляет порядка 998,2 кг/м³. То есть вода плотнее воздуха примерно (плотность может отличаться от заявленной в зависимости от температуры и иных факторов) в 814,8 раз. Таким образом, поток воздуха движущийся со скоростью 120 км/ч равен потоку воды, движущемуся со скоростью всего 0,15 км/ч. При этом возможна поправка с учетом разницы давления воздуха и воды, которая приведет к увеличению расчетной скорости.

Такая разница между воздушной и водной средой позволяет проводить аэродинамические испытания объектов (например, моделей автомобилей) с погружением в воду, движущуюся с малой скоростью. Малая скорость потока воды в свою очередь обеспечит более высокую точность испытаний и меньшие затраты, так как разгонять поток воздуха до высоких скоростей уже не потребуется.

Технический результат заявленного изобретения состоит в разработке устройства, которое позволит проводить аэродинамические испытания с наименьшими затратами на разгон насоса (вентилятора) и с более высокой точностью.

Технический результат достигается за счет погружения объекта испытаний в водную среду с малой скоростью движения потока воды.

Частными случаями изготовления устройства являются:

- Изготовление универсальной аквааэродинамической трубы, способной к проведению испытаний как в водной среде, так и в воздушной среде;

- Использование в аквааэродинамической трубе таких средств визуализации потока, как пузыри газа, красители, жидкости;

- Использование в устройстве дополнительных средств фильтрации, нормализации потока;

- Использование дополнительных отсеков, повышающих универсальность и качество работы устройства;

- Изготовление аквааэродинамической трубы демонстрационного или игрового назначения;

- Использование других устройств визуализации, нормализации потока воды, отличающихся от тех, что изображены на рисунках;

- Использование насоса другого типа, отличающегося от изображенного на рисунках;

- Изготовление устройства с окнами (иллюминаторами) вместо многослойного стекла.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 - Общий вид аквааэродинамической трубы;

Фиг. 2 - Вид на устройство со стороны передней стенки;

Фиг. 3 - Возможное распределение потоков воды при испытании объекта - автомобиля;

Фиг. 4 - Испытание объекта - автомобиля с применением красителя.

Аквааэродинамическая труба состоит из:

1. Корпус трубы;

2. Вода;

3. Корпус насоса;

4. Двигатель насоса;

5. Успокоители потока;

6. Стекло;

7. Испытуемая модель;

8. Роботизированный механизм подачи визуализирующего потока;

9. Лопасти насоса;

10. Направление потоков воды при испытании;

11. Примерное, возможное распределение красителя;

12. Весы.

Работа аквааэродинамической трубы строится следующим образом.

Испытуемый объект помещается в корпус (1), причем он может помещаться как в заполненный водой (2) корпус, так и незаполненный. При этом объект может быть присоединен к устройству измерения аэродинамических параметров (например, он может быть установлен на весах (12), которые могут располагаться под колесами или в ином месте. Корпус (1) заполняется водой (2) таким образом, чтобы она покрывала испытуемый объект и была выше его на уровень теоретических завихрений (визуально можно определить верхний уровень так - при испытании поток воды не должен подниматься над объектом выше уровня самой воды во всей трубе).

Далее двигатель (4), расположенный на корпусе насоса (3), начинает вращать лопасти (9), вследствии чего вода (2) начинает движение вдоль корпуса (1). При этом после насоса (3) вода нестабильна, лопастями (9) образуется некий вихревой поток. Для того чтобы поток стал стабильным, используются успокоители (5).

Далее поток воды (10) омывает испытуемый объект (7), причем благодаря плотности воды подъемная или прижимная силы, воздействующие на объект испытаний, должны быть равны испытаниям в обычной аэродинамической трубе, но при большей скорости воздушного потока.

Особенности аэродинамической трубы:

1. При испытаниях в водной среде следует вводить поправочный коэффициент, который будет учитывать плотность испытуемого объекта и внешнее давление на весы. Это необходимо для того, чтобы точно рассчитать аэродинамические характеристики. Так, вес, приходящийся на весы от объема воды, вполне можно рассчитать (и поскольку вода тяжелее воздуха, то вес увеличится), но различные вещества по-разному ведут себя в воде. Например, если испытывается автомобиль, то в шинах находится воздух, который в водной среде придает автомобилю плавучесть. И поскольку в сложных деталях учесть плотность объектов испытаний и их отношение к водной среде невозможно, то определять поправочный коэффициент по изменению веса является наиболее удобным вариантом.

2. В испытаниях предполагается использование красителя (11) либо отдельного потока жидкости. Общее лобовое сопротивление автомобиля может рассчитываться по изменению веса (то есть наличие прижимной силы), но для некоторых испытаний необходима дополнительная визуализация части потока воды. В классических аэродинамических испытаниях для этого используется дым. При проведении испытаний в водной среде можно использовать краситель или поток дополнительной жидкости. Но поскольку поток воды используется многократно, то его необходимо очищать, поэтому к средству визуализации предъявляются следующие требования:

- Краситель должен распадаться в воде в течение некоторого времени с потерей красящих свойств или должен удерживаться находящимися на пути потока воды в дальнейшем фильтрами;

- Дополнительная жидкость должна быть тяжелее воды с тем, чтобы после обтекания корпуса испытуемого объекта прижиматься к нижней части трубы и уходить в отсек для ее сбора.

3. Аквааэродинамическая труба достаточно универсальна. Несмотря на то, что основное применение аквааэродинамической трубы - аэродинамические испытания в водной среде, при наличии дополнительных устройств она может использоваться как классическая аэродинамическая труба (необходимо использовать модернизированный насос с возможностью работы в качестве вентилятора либо расположить вентилятор дополнительно). Либо возможно использование в качестве гидродинамической трубы, но в этом случае необходимо учитывать специфичные требования к таким устройствам.

4. Указанное устройство в зависимости от размера и наличия дополнительных устройств или их отсутствия может использоваться для полноразмерных испытаний техники, стационарных объектов, масштабных моделей, обучения, игр.

Решению описанных ранее задач способствует более высокая плотность воды в сравнении с воздухом, что позволяет уменьшить скорость потока и соответственно увеличить качество испытаний.

1. Аквааэродинамическая труба, состоящая из корпуса, насоса, который также может быть использован вместо вентилятора, роботизированных механизмов управления, и жидкости или воздуха, отличающаяся тем, что насос может использоваться в качестве вентилятора, для визуализации потока может быть использована дополнительная жидкость, собираемая после обтекания объекта испытаний в отсеке для ее сбора, и/или краситель, распадающийся в водной среде и/или удерживаемый находящимися на пути потока фильтрами.

2. Аквааэродинамическая труба по п. 1, отличающаяся тем, что при испытаниях объектов в водной среде может применяться поправочный коэффициент, учитывающий плотность испытуемого объекта, внешнее давление на весы и возможную плавучесть.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для аэродинамических испытаний, и может быть использовано в авиастроении. Стенд включает динамометрическую платформу, предназначенную для закрепления объекта, установленную посредством по меньшей мере четырех пластин переменной жесткости на неподвижную опорную платформу с возможностью перемещения динамометрической платформы по трем ортогональным осям, причем каждая пластина выполнена с гибким участком, сопряженным с жесткими участками, и снабжена элементом измерения нагрузки, и отличается тем, что содержит датчик, регистрирующий продольные перемещения динамометрической платформы и предназначенный для измерения продольной нагрузки, а элемент измерения нагрузки выполнен в виде двух пар одинаковых тензорезисторных датчиков, предназначенных для измерения вертикальных и поперечных нагрузок, установленных на хотя бы одном гибком участке каждой пластины на одном уровне относительно неподвижной опорной платформы, датчики каждой пары установлены на противоположных широких сторонах пластины, причем вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков одной пары ориентированы вдоль вертикальной оси симметрии широкой стороны пластины, а вертикальные оси симметрии чувствительных элементов датчиков другой пары параллельны ей, датчики подключены в одно плечо отдельных измерительных мостов, причем датчики каждой пары подключены последовательно.

Способ управления приемниками воздушного давления // 2615813

Изобретение относится к способу управления приемниками воздушных давлений (ПВД). Для управления ПВД выявляют неисправный ПВД путем измерения полного и статического давлений основного и резервного ПВД, определяют модули разности полного и статического давлений соответственно для основного и резервного ПВД, сравнивают их с заданными пороговыми значениями и выдают сигнал оповещения летчику об отказе при превышении пороговых значений.

Способ испытания высокоскоростного летательного аппарата // 2610329

Изобретение относится к области стендовой доработки летательных аппаратов. Способ испытания высокоскоростного летательного аппарата на силоизмерительной платформе под заданным углом атаки в испытательной камере, где создают разряжение, продувают испытательную камеру рабочей средой с протоком через отключенный двигатель летательного аппарата.

Устройство для определения аэродинамических нагрузок, действующих на оперение модели // 2596038

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике. Устройство содержит модель объекта, установленную на хвостовой державке, закрепленной в стойке аэродинамической трубы, и измерительное весовое устройство, соединяющее державку с испытываемой моделью.

Устройство для отбора пробы газа в высокоэнтальпийных установках кратковременного действия и способ измерения расхода газа с использованием этого устройтсва // 2582805

Изобретение относится к технике исследования свойств и состава рабочего газа в высокоэнтальпийных установках кратковременного действия. Устройство для отбора пробы газа в высокоэнтальпийных установках кратковременного действия содержит герметично соединенные собственно пробоотборник с заостренной передней кромкой и расширяющимся внутренним каналом.

Способ и устройство для определения аэродинамических характеристик летательного аппарата // 2561829

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к устройствам, предназначенным для исследования аэродинамических характеристик летательных аппаратов (ЛА).

Способ изготовления термоанемометра (варианты) // 2548612

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аэродинамических экспериментах, в энергетике турбинных машин при исследовании структуры потока газа в жидкости.

Приемник воздушного давления // 2542791

Изобретение относится к области авиации, к устройствам для определения параметров полета летательных аппаратов или параметров потока в аэродинамических трубах, в частности для измерения трех компонент вектора скорости и статического давления.

Устройство для оценки аэродинамического коэффициента и устройство для обнаружения отказа/повреждения управляющей поверхности // 2515947

Группа изобретений относится к авиации. Устройство для оценки аэродинамического коэффициента содержит средство (5) выработки командных сигналов угла отклонения.

Устройство и способ анализа измерений в аэродинамической трубе // 2407998

Экспериментальная установка для исследования характеристик насосов // 2650078

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использовано в учебном процессе, при проведении лабораторных работ и практических занятий.

Комплекс оборудования для измерения ударных волновых нагрузок на наклонное дно в опытовом бассейне // 2648297

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике морских инженерных сооружений и касается методов испытания трансформации волн в опытовом бассейне на наклонном дне и оборудования для его проведения.

Блочно-модульный нагружатель гидравлический в стендах прочностных испытаний // 2643197

Заявляемое изобретение относится к области экспериментальной техники, в частности к нагружателям гидравлическим, и может быть использовано преимущественно в стендах прочностных испытаний натурных конструкций, в том числе авиационных.

Экспериментальная установка для изучения теплообменных аппаратов // 2619037

Настоящее изобретение относится к области лабораторных теплофизических измерений и, в частности, к определению тепловых, аэродинамических и гидравлических параметров рекуперативных теплообменных аппаратов различных типов, выполняемых в ходе учебной подготовки специалистов в области теплотехнического оборудования, испытаний теплообменных аппаратов с целью определения их основных параметров.

Профилирующая измерительная система для исследования турбулентности в подповерхностных водных структурах // 2617289

Изобретение относится к океанографической технике, а именно к морским измерительным системам. Профилирующая измерительная система включает морскую стационарную платформу (9), на которой установлен снабженный средством контроля своего положения приборный контейнер (1) с датчиками.

Способ проведения испытаний на всплытие модели морского инженерного погруженного сооружения в ледовом опытовом бассейне и устройство для испытаний на всплытие модели // 2612073

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и касается определения характеристик моделей погруженных морских сооружений в опытовых ледовых бассейнах.

Способ сравнительных стендовых испытаний гидрозащит погружных электродвигателей на отказоустойчивость // 2584835

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для тестирования как серийных, так и опытных гидрозащит погружных электродвигателей.

Способ определения расходной характеристики гидравлического тракта и устройство для его осуществления // 2582486

Группа изобретений относится к способам и устройствам, используемым для расчета пропускной способности проектируемых гидравлических трактов транспортных и дозирующих систем в химической, нефтехимической, авиационной, текстильной, лакокрасочной и других отраслях промышленности, в частности узлов транспортирования клеевых составов в сборочных производствах с клеевыми соединениями.

Опытовый бассейн для испытаний моделей судов и морских инженерных сооружений преимущественно во льдах // 2581446

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно к экспериментальной гидромеханике корабля. Предложен опытовый бассейн для испытаний моделей судов и морских инженерных сооружений преимущественно во льдах, включающий холодильную камеру с системой охлаждения и каналом, заполненным соленой водой, на поверхности которой образовано ледяное поле с торосами, а также установку сжатия подводной части торосов, содержащую размещенные по обоим бортам канала друг против друга погруженные в воду вертикально расположенные упорные плиты, оснащенные упругой мембраной, установленной на верхнем торце плиты, и гидропривод с подвижными штоками, соединенными с упорными плитами для их горизонтального перемещения.

Способ проведения самоходных модельных испытаний судов в ледовом опытовом бассейне // 2581311

Изобретение относится к области судостроения и касается проведения экспериментальных исследований на моделях ледоколов и судов ледового плавания в ледовых опытовых бассейнах.

Способ испытания на прочность обтекателей из хрупких материалов // 2654320

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проверке прочности оболочек антенных обтекателей из хрупких материалов, преимущественно керамических, при статических испытаниях. Сущность: осуществляют нагружение обтекателя контрольной нагрузкой в виде поперечной силы, или в виде продольной силы, или в виде изгибающего момента, или в виде инерционных сил на разгонном стенде, или в виде внутреннего избыточного давления, или в виде сил от вибрационных нагрузок, или в виде распределенного давления на наружную поверхность, или в виде распределенного давления на внутреннюю поверхность, или в виде их комбинации, а затем определяют расчетным путем напряжения растяжения по всему объему обтекателя и вероятность их разрушения от действия эксплуатационной и контрольной нагрузок, причем значение величины контрольной силы определяют из условия равенства вероятностей разрушения обтекателя от действия контрольной и эксплуатационной нагрузок, причем для эксплуатационной нагрузки выбирают максимальное значение вероятности разрушения из всех расчетных случаев нагружения обтекателя в реальном полете. Технический результат: увеличение точности проводимых испытаний. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.