Дозвуковая аэродинамика

В 1925 г. кафедра механики университета пригласила выдающегося аэродинамика профессора А.А. Саткевича для чтения лекций по общему курсу гидроаэромеханики. Почти сразу же стала очевидной необходимость организации учебной лаборатории, оборудованной аэродинамической трубой. Еще до создания кафедры гидроаэромеханики была создана комиссия под председательством А.А. Саткевича, в задачи которой входили ознакомление с существовавшими в то время аэродинамическими трубами, выбор типа и основных параметров трубы, подготовка эскизного проекта [Сабанеев В.С. Из истории лаборатории аэродинамики // К 70-летию лаборатории аэродинамики: Сб. статей / под ред. Р.Н. Мирошина. - СПб.: НИИММ СПбГУ, 2003]. В 1931 г. началась работа по изготовлению аэродинамической трубы АТ-12, а в 1933 г. в Ленинградском государственном университете была создана Лаборатория аэродинамики. В те годы аэродинамическая труба располагалась в самом сердце университета – на третьем этаже здания Двенадцати коллегий, над актовым залом. И только в 1970-е годы, когда математико-механический факультет переезжал в Петергоф, было построено современное здание, где теперь проводятся эксперименты.

Аэродинамическая труба АТ-12 предназначена для моделирования обтекания тел дозвуковым воздушным потоком. Труба оборудована трехкомпонентными аэродинамическими весами с проволочной подвеской для измерения сил и моментов, действующих на модель, расположенную в рабочей части трубы, микроманометрами для определения скоростного напора в рабочей части и измерения давлений на поверхности моделей и другим измерительным оборудованием.

Основные технические характеристики аэродинамической трубы АТ-12:

  • дозвуковая труба типа Прандтля с открытой рабочей частью;
  • диаметр выходной части сопла 1.5 м;
  • максимальная скорость воздушного потока 40 м/с;
  • степень турбулентности набегающего потока 0.5%;
  • длина — 19.6 м, высота — 6.8 м;
  • определение сил и моментов, действующих на объект испытаний;
  • определение распределения давлений и скоростей на поверхности тел и в заданном объеме.

 

 

Исследования на аэродинамической трубе АТ-12:

  • испытания моделей летательных аппаратов различных типов (самолетов, вертолетов, космических летательных аппаратов), а также моделей других объектов, движущихся в воздухе или жидкости;
  • испытания моделей ветряных двигателей и несущих винтов;
  • исследование колебаний тел, находящихся в потоке газа или жидкости (кабелей, тросов, плохообтекаемых тел, подвешенных под подъемным оборудованием или вертолетом);
  • определение ветровых нагрузок на здания, сооружения и отдельные их части; определение скоростей ветра и выявление непроветриваемых зон в городской застройке;
  • испытания с моделированием ветрового потока и потока с ветровым порывом;
  • выбор места расположения выбросов дыма и вредных газов, выбор места расположения метеорологических приборов на судах, промышленных площадках, выбор места расположения ветряных двигателей;
  • определение путей распространения пламени по судам и другим объектам, определение наиболее безопасных в пожарном отношении мест для сбора и последующей эвакуации экипажа;
  • изучение эффективности воздушного охлаждения в аккумуляторных батареях, процессов сушки в штабелях пиломатериалов;
  • исследование влияния близости экрана на характеристики и параметры потока в следе за моделями;
  • акустические испытания.
adl13 adl17

Один из важных этапов проведения эксперимента – изготовление модели объекта. Раньше все модели изготавливались сотрудниками лаборатории аэродинамики; это была очень кропотливая и сложная работа (см., например, модель черепахи слева). В настоящее время в составе Научного парка СПбГУ появился отдел изготовления моделей. Он оснащен двумя 3D принтерами для быстрого прототипирования моделей и станками по обработке металла и дерева для создания финальных версий моделей. Это позволяет за короткое время создавать модели сложных объектов испытаний. Ресурсный центр функционирует на основе принципа общего доступа, который подразумевает возможность использования его ресурсов всеми заинтересованными лицами вне зависимости от того, являются ли они сотрудниками или учащимися СПбГУ или нет – при соблюдении ряда установленных правил.

Аэродинамическая труба используется в научных и учебных целях. За время существования лаборатории были выполнены сотни заказов для авиационной и судостроительной промышленности, градостроительства и архитектуры. Все студенты отделения механики СПбГУ на третьем и четвертом курсах проходят лабораторный практикум на трубе АТ-12. Это дает им возможность освоить методы аэродинамического эксперимента, научиться проводить измерения и обрабатывать результаты. Под руководством профессора кафедры гидроаэромеханики А.Н. Рябинина проводятся научные исследования в области дозвуковой аэродинамики, выполняются курсовые и дипломные работы студентов.

В последние годы на аэродинамической трубе АТ-12 выполнен цикл работ по исследованию колебаний в воздушном потоке различных плохо обтекаемых тел.

Например, решена задача о колебаниях груза, подвешенного на внешней подвеске под вертолетом. Актуальность: оказалось, что для некоторых плохо обтекаемых тел в потоке возникают вращательные автоколебания вокруг вертикальной оси. Не представляющие опасности в определенных диапазонах воздушной скорости вертолета, они могут стать причиной катастрофы, если их частота окажется близка к частоте колебаний груза на подвеске, как физического маятника. Эксперименты: для исследования колебаний в аэродинамической трубе было разработана экспериментальная методика, в которой амплитуда и частота колебаний тела определяются тензометрическим методом по натяжению пружины, являющейся частью проволочной подвески. Другая методика предполагает закрепление на колеблющемся теле лазерной указки. Регистрируется сигнал, снимаемый с фотодиода, по которому скользит лазерный луч. Методика также позволяет определять амплитуду и частоты колебаний тела в потоке. В ходе экспериментов результаты в режиме реального времени записываются в текстовых файлах на компьютере. Результаты: разработан ряд математических моделей для описания затухающих колебаний и колебаний с постоянной амплитудой. В работе участвуют студенты, выполняющие курсовые и дипломные работы и аспиранты в ходе написания своих диссертаций. Результаты докладываются на всероссийских и международных конференциях и публикуются в научных журналах.

Некоторые недавние публикации по дозвуковой аэродинамике:

Фотографии лаборатории: