Экспериментальная аэродинамика. Часть 2

Рябинин А. Н.
Магистры, 2 семестр
Курс лекций по выбору. Рекомендуется тем, кто хочет заниматься экспериментом в аэродинамике.

В курсе лекций излагаются методы измерений в аэродинамическом эксперименте и приборы, при этом используемые. Одним из основных типов измерений в экспериментальной аэродинамике является измерение сил и моментов сил, действующих на тела в потоке газа. Приборы, используемые при этом, называются аэродинамическими весами. В лекциях рассматривается устройство различного типа механических и электромеханических весов, предназначенных для измерения нескольких проекций аэродинамической силы и момента сил. Изучается устройство и назначение весов на основе тензометрических измерителей, измерителей на основе пьезоэффекта, емкостных и индукционных. Излагаются методы и приборы измерения давлений, а также методы определения скоростей газового потока, основанные на измерении давлений различными насадками, особенности измерения малых и больших разностей давлений. Рассматриваются насадки, позволяющие определить скорость и скос потока одновременно. Излагаются сведения о крыльчатых и вихревых анемометрах, термоанемометрах и доплеровских измерителях скорости. Разбираются принципы PIV метода измерения поля скоростей. Рассматриваются традиционные и перспективные методы визуализации течений. Излагается математическая обработка результатов эксперимента.

1. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОГО ПОТОКА
Измерения давления. Способы измерения давления. Приемники давления. Жидкостные параметры. Манометры механического типа. Электрические датчики давления. Вакуумметры. Методы измерения скоростей газового потока. Измерение малых скоростей. Измерение больших скоростей. Лазерные допплеровские измерители скорости. Измерение температуры газа в потоке. Температура торможения и температура восстановления. Приборы для измерения температуры, датчики температуры. Статистическая и динамическая тарировки датчиков температуры. Даются сведения об измерении параметров турбулентности и об измерении нестационарных сил.

2. ВИЗУАЛЬНЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЙ
Методы визуализации движения жидкости и газа. Дымовой метод. Аэродинамические спектры в дымовой трубе, метод шелковинок. Метод флуоресцирующих размываемых точек. Метод сублимации. Оптические методы исследования. Теневой метод. Шлирен-теневой метод. Оптическая схема прибора Теплера. Интерферометрический метод. Оптическая схема прибора Маха-Цандера. Применение голографии.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛ, ОБТЕКАЕМЫХ ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ
Определение аэродинамических характеристик весовым способом. Типы аэродинамических весов. Аэродинамические весы механического типа. Тензорные весы. Определение аэродинамических характеристик по распределению давления. Определение профильного сопротивления путем измерения давления в следе за моделью. Ветровые нагрузки на здания и сооружения.

4. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА
Геометрические характеристики крыла: профиль крыла, форма крыла в плане, площадь крыла, размах, хорда, сужение, относительное удлинение, толщина профиля. Коэффициенты подъемной силы и сопротивления, поляры I и П рода, моментальная кривая. Влияние формы и профиля крыла на коэффициенты лобового сопротивления и подъемной силы. Влияние удлинения на аэродинамические характеристики крыла. Стреловидные крылья. Влияние угла стреловидности на аэродинамические характеристики крыла. Влияние сжимаемости (числа М) на аэродинамические характеристики крыла.

5. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ
Плоская пластинка. Шар. Цилиндр. Тела вращения. Характеристики плохо обтекаемых тел.

6. ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ И ТУРБУЛЕНТНОСТЬ
Структура пограничного слоя. Ламинарный пограничный слой. Точка перехода ламинарного погранслоя в турбулентный. Турбулентный пограничный слой. Экспериментальные методы определения профиля скоростей в пограничном слое и положения точки перехода. Отрыв пограничного слоя. Кризис сопротивления тел, обтекаемых с отрывом пограничного слоя. Влияние турбулентности на аэродинамические характеристики некоторых тел. Управление пограничным слоем. Методы измерения интенсивности турбулентности потока при помощи шара и термоанемометром. Масштаб турбулентности.

7.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Общие сведения об экспериментальных исследованиях при неустановившемся движении. Коэффициенты аэродинамических (вращательных) производных и их связь с проблемами устойчивости летательного аппарата. Методы экспериментального определения коэффициентов вращательных производных: метод свободных и вынужденных колебаний модели. Условия подобия при экспериментальных исследованиях неустановившегося движения.

8. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Ошибка измерений: грубые, систематические, случайные. Распределение случайных ошибок измерений. Методы исключения систематических и случайных ошибок. Понятие о выборке. Математическая обработка результатов измерений.

Литература