В ГСХИ была спроектирована и изготовлена электролитическая установка, специально предназначенная для аэродинамических исследований моделей автомобилей (рис. 94). Она состояла из электролитической ванны с координатником 3, измерительного и питающего устройств и набора моделей 4 автомобилей. Исследования обтекаемости различных моделей сводились к решению пространственной краевой задачи для уравнения Лапласа.

Ванна представляла собой склеенный из органического стекла толщиной 10 мм прямоугольный параллелепипед, имеющий внутренние размеры 1000х500х500 мм. Параллельно коротким бортам внутри ванны были установлены плоские шины 1 из электротехнической меди, рабочая поверхность которых была подвергнута механической обработке и химическому травлению. Точная параллельность этих поверхностей была достигнута при помощи специально изготовленного калибра.

Установка получала питание переменным напряжением 100 в через автотрансформатор, включенный в сеть переменного тока напряжением 220 в и частотой 50 гц. Электролит представлял собой однопроцентный водный раствор медного купороса.

Рис. 94. Электролитическая установка ГСХИ для аэродинамических исследований моделей

Кординатник 3 был установлен в верхней части ванны и легко перемещался по двум металлическим направляющим линейкам. Двухигольчатый щуп 2 с расположенными друг от друга на растоянии 5 мм платино-иридиевыми иглами, изолированными по всей длине от электролита хлорвиниловой трубкой, был установлен в двух текстолитовых направляющих втулках на подвижной панели координатника.

Модели автомобилей изготовляли из дерева и пропитывали олифой. Лучший материал для моделей — сухая липа, легко поддающаяся обработке резанием и шлифованию, не подвергающаяся короблению и образованию трещин. Пропитанные олифой модели отличались гладкой непроводящей поверхностью, не намокали и не изменяли своих размеров после длительного нахождения в электролите. В соответствии с размерами ванны модели могли иметь длину не более 250 мм, т. е. наиболее употребительными являлись масштабы в 1 : 20 и 1 : 25 натуральной величины автомобиля. Но даже и при таких сравнительно небольших размерах моделей на их поверхности были проведены замеры аналогов скорости и давления в 200—500 точках, что вполне достаточно для получения подробной картины обтекаемости автомобиля данной формы.

Рис. 95. Установка модели автомобиля в ванне:

а—пластина (вид сверху); б— крепление модели (вид сбоку)

Модели 4 (рис. 95) крепили винтом 3 к специальной пластине 2 из органического стекла размером 250х200 мм и толщиной 4 мм, размещенной на дне 1 ванны. Такая установка позволяет имитировать интерференционные влияния на обтекание автомобиля неподвижной дороги, так как напряженность однородного поля ванны, являющаяся электрическим аналогом скорости, одинакова внутри электролитического проводника и на поверхности плоского непроводящего дна. Следовательно, в электролитической ванне в отличие от аэродинамической трубы полностью моделируется движение твердого тела относительно не только жидкой среды, но и неподвижной твердой стенки.

Измерительное устройство было выполнено в двух вариантах: по мостовой схеме и по схеме прямых измерений. На рис. 96 приведена принципиальная схема варианта с мостом, имеющего нуль-индикатор и измерительную декаду с реохордом. Такое устройство позволяет определить величины приведенных потенциалов или разность потенциалов при любом шаге измерений для любой точки ванны. При этом в первом случае пользуются одноигольчатым щупом, а во втором—двухигольчатым, иглы которого двухпозиционным переключателем поочередно подключаются к нуль-индикатору измерительной диагонали моста.

Рис. 96. Принципиальная электрическая схема мостового измерительного устройства электролитической ванны

В измерительном мостовом устройстве предусмотрено регулирование напряжения от 0 до 100% на шинах ванны при помощи резисторов R1 и R21 (сопротивлением 5 ом каждый). Измерительная декада была подключена к этим резисторам через полупроводниковые диоды Д1 и Д2 типа Д226Г. Это позволялся изменять при переходе через нуль полярность напряжения в измерительной диагонали моста, так как электрический ток может проходить через измерительную декаду только в одном направлении. Все это способствовало более отчетливому выделению нуля при приближении к нему с двух сторон.

В течение одного полупериода ток проходил через измерительную декаду, реохорд и ванну, а во втором полупериоде — лишь через ванну. Это предотвращало возникновение в электролите явления электролиза. Десятипозиционный переключатель с нумерацией положений через 10% от 0 до 90% переключал 18 постоянных стоомных проволочных резисторов R2—R18 сопротивлением 100 ом каждый, составляющих измерительную декаду отсчета приведенного потенциала. Возможность применения нуль-индикатора постоянного тока (стрелочный микроамперметр типа М-24) была обеспечена включением в измерительную диагональ моста диода ДЗ типа Д226Г.

Направления силовых линий определяли способом прямых отсчетов. При этом измеряли градиент электрического потенциала, представляющий собой максимальную производную от потенциала. Направления на электрической модели максимальных производных неизвестны, но градиент электрического потенциала инвариантен при любом выборе координат. Поэтому максимальное значение производной потенциала в данной точке определялось по трем составляющим градиента потенциала дϕ/дх, дϕ/ду, дϕ/dz в трех произвольных ортогональных направлениях х, у, z:

Однако определение максимальных производных измерением трех составляющих представляет значительную сложность. Поэтому двойной щуп, подключенный к ламповому вольтметру ВК-7-3, устанавливают так, чтобы измеряемая точка находилась между его иглами. Вращением щупа находят такое его положение, при котором показания вольтметра достигают максимума. Это положение и определяет направление силовой линии.

Безразмерные коэффициенты давлений р определяют по разностям ∆ϕ потенциалов, измеренным в заданных точках на поверхности модели и отнесенным к разности ∆ϕ_∞ потенциалов, измеренной в однородном электрическом поле, т. е. р = 1 — (∆ϕ/∆ϕ_∞)². Эти коэффициенты могут быть в дальнейшем использованы для расчета аэродинамических характеристик автомобилей. Точность работы измерительного устройства можно проверить моделированием некоторых частных задач, имеющих точное теоретическое решение.

Обтекаемость автомобильных моделей идеальной жидкостью исследовали, определяя коэффициенты давления для выбранных на их поверхностях 80—150 точек, а затем преобразовывали для случая обтекания воздухом.

Рис. 97. Эпюры давлении для продольных сечений плоскостью симметрии моделей автомобилей

а—произвольной формы; б и в— соответственно ГАЗ-21 и ГАЗ-24

На рис. 97 показаны полученные этим способом эпюры давлений (сплошные линии) для продольных сечений плоскостью симметрии трех моделей автомобилей (произвольной, автомобилей ГАЗ-21 и ГАЗ-24) в сравнении с аналогичными эпюрами, полученными при продувке тех же моделей в аэродинамической трубе (штриховые линии). Достигнутое совпадение было особенно удачно для передних частей моделей, тогда как в средней и задней частях расхождение эпюр несколько больше.

Таблица 4