Требования к моделям автомобилей.
Результат эксперимента в аэродинамической трубе достоверен лишь в том случае,
когда соблюдено геометрическое подобие модели и автомобиля. Однако в большинстве случаев геометрическое подобие моделей и автомобилей является лишь приблизительным. Обычно такие детали, как оконные выемки, дверные ручки,
дождевые желобки, фары, оси, рессоры и т. п., на модели не воспроизводят. Как правило, на моделях не создают каналы для прохода воздуха, охлаждающего радиатор. Особенные трудности представляет также копирование работающего вентилятора. Не имитируется и вращение колес автомобиля.
В качестве материала для изготовления моделей применяют дерево, металлы, пластмассы и пластилин. Большое распространение получили деревянные модели, которые часто для уменьшения их массы изготовляют пустотелыми. Высоким качеством поверхности и точным соблюдением формы (без коробления) отличаются модели из стеклопластика. Однако изготовление таких моделей относится к числу вредных производств. Пластилиновые модели на деревянном каркасе позволяют быстро изменять их форму непосредственно в процессе испытаний.
В аэродинамической трубе имеет место относительное движение только между воздухом и автомобилем, тогда как в действительных условиях автомобиль движется еще и относительно дороги. Поэтому необходима соответствующая имитация влияния поверхности дороги при продувке модели автомобиля в аэродинамической трубе. Это влияние сказывается главным образом в том, что дорога, оказывая сопротивление пограничному слою воздушного потока, как бы уменьшает дорожный просвет в направлении от передней к задней части автомобиля. Кроме того, воздействие поверхности дороги сказывается также в виде образования воздушных вихрей позади движущегося автомобиля. Масштаб модели должен быть возможно большим, насколько это позволяют размеры аэродинамической трубы.
Модель автомобиля чаще всего подвешивают к аэродинамическим весам при помощи проволочной или ленточной подвески. Весы находятся на вращающемся помосте, вместе с которым модель может поворачиваться вокруг вертикальной оси для воспроизведения косого натекания воздушного потока при действии бокового ветра. Вначале измеряют сопротивление подвески без модели, а при испытаниях с моделью величину этого сопротивления вычитают из суммарного сопротивления модели и подвески. На рис. 62 показаны различные способы подвешивания моделей в аэродинамической трубе.
Свободное подвешивание модели.
В рабочей части аэродинамической трубы (рис. 62, а) аналогично тому, как это делают с моделями самолетов, подвешивают модель автомобиля. Возможность отклонения воздушного потока в трубе вниз от передней части модели (в действительных условиях движения автомобиля этого не происходит) искажает результаты измерения аэродинамических сил, особенно для автомобилей с низко опущенной передней частью.
Подвеска модели над неподвижной пластиной
(экраном). Применение экрана (рис. 62, б) требует его предварительной продувки без модели, для последующего учета при испытаниях доли приходящегося на него сопротивления. Этот способ является наиболее широко распространенным,
так как достаточно прост и получаемые результаты близки к действительным.
Подвеска модели над экраном с отсосом пограничного слоя. Этот способ (рис. 62, в) лучше, чем предыдущий, приближает условия испытания к действительным, так как здесь пограничный слой отсасывается из-под модели через многочисленные отверстия в экране. Однако, пока еще неясно, в какой мере это улучшает точность измерений. Предложено также попеременное вдувание и отсасывание воздуха через щели экрана, имитирующего дорогу.
Рис. 62. Способы подвешивания моделей автомобилей в аэродинамической трубе:
1—тросы к аэродинамическим весам;
2—электродвигатель; 3—плоскость симметрии
В этом случае удобно применять подвеску модели на стержнях, проходящих через щели в экране.
Установка модели над бесконечно движущейся лентой. Для точного соблюдения принципа обратимости дорога под моделью автомобиля в аэродинамической трубе (рис. 62, г)
должна двигаться в том же направлении и с такой же скоростью, что и воздушный поток.
Принципиальное устройство движущейся дороги показано на рис. 63. Лента 1, имитирующая дорожное полотно,
перематывается в вертикальной плоскости с необходимой скоростью при помощи двух барабанов, один из которых связан с двигателем 4.
Скорость движения ленты контролируют стробоскопом 2. Регулировочными пластинами 3 осуществляют легкий нажим на нижнюю сторону ленты для устранения ее провисания. Лента и приводящие ее в движение механизмы установлены на неподвижной площадке. Ширина и длина ленты соответствует ширине и длине рабочего сечения трубы. Неподвижная площадка хорошо разделяет воздушный поток. Испытания моделей автомобилей при установке их над движущейся дорогой являются наиболее дорогими и сложными.
Рис. 63. Принципиальное устройство движущейся дороги
Такие установки используют редко, так как при их осуществлении трудно исключить возможность возникновения неуправляемых колебаний и боковых смещений движущейся ленты.
«Зеркальная»
установка двух моделей.
Влияние дороги может быть заменено установкой в рабочей части аэродинамической трубы не одной, а двух моделей (см. рис. 62, д), как бы зеркально отражающих друг друга. Но и в данном случае зеркальная плоскость не является плоскостью симметрии потока, так как отделяющиеся от моделей вихри не встречают ограничивающего действия полотна дороги. Вихри пробиваются через плоскость симметрии и образуют неустойчивую вихревую дорожку, что сказывается на результатах измерения. Для улучшения этого способа подвешивания между задними частями моделей помещают тонкую, вытянутую назад пластинку.
Комбинированный способ. В этом случае
(рис. 62,
е) модель устанавливают у переднего конца плоской пластины,
задний конец которой имеет значительную длину. Под пластиной помещают плоское
«полуизображение», размеры которого подбирают таким образом, чтобы воздушный поток, обтекающий модель, был подобен воздушному потоку в дорожных условиях. В табл. 1 приведены относительные величины (в %) лобового сопротивления моделей автомобилей, полученные в результате их испытаний в аэродинамических трубах при различных способах установки.
На основании данных табл. 1 можно сделать некоторые заключения о целесообразности применения того или иного способа установки модели в трубе. Если считать, что установка модели на движущейся ленте дает результат, наиболее близкий к истинному, то свободный подвес модели всегда на 6—8% занижает сопротивление воздуха. Установка модели над неподвижным экраном завышает силы сопротивления на 5—6%. Еще большего завышения следует ожидать при использовании сдвоенных моделей с их зеркальной установкой.
Автор: Е.В.
Михайловский |