Аэродинамические трубы

Аэродинамическая труба — экспериментальная установка для изучения свойств потока газа или воздуха вокруг моделей летательных аппаратов, автомобильных кузовов, различных тел.

Основные элементы аэродинамической трубы

• Входной диффузор — уменьшает скорость потока, выравнивает его параметры.
• Секция с испытуемой моделью — наиболее важная часть, где измеряются силы и давление, возникающие на модели.
• Вытяжной канал (вентилятор) — обеспечивает движение воздуха с необходимой скоростью.
• Система измерений — датчики давления, силы, скорости и т.д.

Основные параметры и характеристики

• Скорость потока V — регулируется для моделирования различных режимов полёта или движения.
• Число Рейнольдса Re — безразмерный параметр, характеризующий режим течения:

$$ Re = \frac{\rho V L}{\mu} $$

где ρ — плотность жидкости, L — характерный размер модели, μ — динамическая вязкость. Важно, чтобы Re в эксперименте был близок к реальному значению, для достоверности моделирования.

• Число Маха Ma — отношение скорости потока к скорости звука в среде:

$$ Ma = \frac{V}{a} $$

Определяет, является ли поток дозвуковым, сверхзвуковым или гиперзвуковым.

Режимы работы аэродинамических труб

• Дозвуковой режим — Ma < 1, изучение аэродинамики при низких скоростях.
• Сверхзвуковой режим — Ma > 1, исследование ударных волн, резких перепадов давления.
• Гиперзвуковой режим — Ma ≫ 1, особенности высокоскоростного аэродинамического нагрева.

Измеряемые величины и методы

• Давление и его распределение — с помощью пьезометров, манометров и давления на поверхности модели.
• Силы сопротивления и подъёма — при помощи специальных динамометров.
• Визуализация потока — с помощью струй красителей, дымовых нитей, лазерной визуализации (PIV).

Принцип масштабного моделирования

Для адекватного переноса результатов аэродинамического эксперимента на реальные условия используются модели с учётом размерного анализа и сохранением безразмерных параметров (число Рейнольдса, число Маха). Иногда приходится жертвовать некоторыми параметрами из-за технических ограничений.

Особенности конструкции и применения

• Аэродинамические трубы бывают закрытого и открытого типа.
• Современные установки позволяют работать в широком диапазоне скоростей и давлений.
• Используются для проектирования самолётов, ракет, автомобилей, а также в научных исследованиях атмосферных явлений.