Аэродинамические весы

Силы и моменты, действующие на автомобиль в аэродинамических трубах, показанные на рис. 3.1, замеряют специальными аэродинамическими весами, отличающимися от обычных тем, что они измеряют силы, направление и точки приложения равнодействующей которых, неизвестны. Весы устроены по принципу независимого измерения каждого компонента. По числу измеряемых компонентов весы делят на одно-, двух-, трех-, четырех- и шестикомпонентные. В число измеряемых компонентов могут входить силы Рх, Ру, Pz, и моменты Мх, Му, Mz, зная которые можно рассчитать величины моментов относительно осей, проходящих через произвольно заданную точку автомобиля. Современные аэродинамические весы позволяют одновременно измерять все компоненты и быстро заменять испытуемые модели, так как имеют два или даже три комплекта весовых механизмов. От конструкции аэродинамических весов зависит система координат, в которой можно определять силы и моменты. Если модель поворачивается относительно весовых механизмов, то замеры проводят в скоростной (поточной) системе координат. Если же поворот осуществляется вместе с весами, то пользуются связанной системой.

На рис. 4.13 показаны трехкомпонентные, а на рис. 4.14 - шестикомпонентные весы.

Принципиальная схема устройств трехкомпонентных аэродинамических весов

Рис. 4.13. Принципиальная схема устройств трехкомпонентных аэродинамических весов

Принципиальная схема устройств шестикомпонентных аэродинамических весов

Рис.4.14. Принципиальная схема устройств шестикомпонентных аэродинамических весов

101

Модель подвешивают к весам обычно в перевернутом виде, чтобы положительное значение подъемной силы было направлено вниз. Крепят модель в трех точках. Две передние точки крепления выполнены в виде державок, закрепленных в передней части модели, а задняя точка крепления расположена по оси симметрии модели. Натяжение элементов подвески осуществляется контргрузами К], К2 и К3. Угол натекания воздушного потока (поворот модели в горизонтальной плоскости) изменяют поворотом весов вместе с моделью на поворотном круге. Возможно также изменение угла атаки специальным регулирующим устройством.

Моделирование дороги в аэродинамической трубе

При продувке автомобилей или их моделей в аэродинамической трубе возникают своеобразные сложности, связанные с тем, что, в отличие от летательных аппаратов 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, что определяется способом подвешивания моделей автомобилей (рис. 4.15). 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.

При испытаниях в аэродинамической трубе скорость пограничного слоя воздуха, непосредственно примыкающего к стенке трубы (и к площадке, на которой помещается автомобиль), равна нулю. Это вызывает существенные искажения картины обтекания в подднищевой зоне машины.

Каждый из показанных способов имеет свои достоинства и недостатки, и для использования в конкретной аэродинамической трубе выбирается тот, который позволяет получить приемлемые результаты при допустимых затратах.

При установке объекта испытаний на площадке, снабженной силоизмерительными устройствами, можно получить сведения о действующих на объект силах и моментах, т.е. интегральную оценку аэродинамического воздействия на машину, но для совершенствования ее формы этого совершенно недостаточно, необходимо знать, как воздух обтекает каждый элемент кузова.

Для точного соблюдения принципа обратимости дорога под моделью автомобиля в аэродинамической трубе должна двигаться в том же направлении и с такой же скоростью, что и воздушный поток (рис. 4.15 г).

Способы подвешивания моделей автомобилей в аэродинамической трубе -

Рис. 4.15. Способы подвешивания моделей автомобилей в аэродинамической трубе -

  • (а,б,в,г,д):
    • 1 - тросы к аэродинамическим весам; 2 - электродвигатель; 3 - плоскость симметрии

Проблема правильного моделирования дороги при аэродинамических испытаниях моделей автомобилей впервые возникла в 1922 г., когда Клемперер поместил модель в аэродинамическую трубу. При движении автомобиля по дороге воздух и дорога находятся в покое, поэтому на дороге не возникает пограничного слоя. Однако в аэродинамической трубе пограничный слой возникает вследствие того, что воздух движется относительно неподвижного основания, имитирующего дорогу

В 1938 г. Шмид из Штутгартского технического университета сделал обзор техники моделирования дороги. Он отметил шесть основных методов, которые могут быть использованы при испытаниях:

  • 1. модель свободно подвешивается в аэродинамической трубе (рис.
  • 4.15 а);
  • 2. под моделью используется неподвижная платформа, имитирующая дорогу (рис. 4.15 б);
  • 3. в аэродинамической трубе подвешиваются две модели, расположенные симметрично одна против другой (рис. 4.15 б);
  • 4. используется бегущая лента, воспроизводящая дорогу под моделью (рис. 4.15 г);
  • 5. используется неподвижная платформа с подсосом или сдувом пограничного слоя (рис. 4.15 в);
  • 6. используется пол рабочей части трубы для имитирования дороги (рис. 4.15 ё).

Как отмечал исследователь Шмид, значения коэффициента аэродинамического сопротивления, полученные различными исследователями по этим шести методам, заметно расходятся между собой, но при этом рассматривалось только аэродинамическое сопротивление. Шмид пришел к заключению, что бегущая лента наилучшим образом, позволяет моделировать дорогу. В США широкое распространение получили неподвижные платформы. Этому способствовали, вероятно, простота конструкции платформы и то, что полученные при ее применении результаты обычно точно совпадают с результатами испытаний автомобилей.

В последние годы повысился интерес к аэродинамическим аспектам управляемости и устойчивости автомобиля, в связи с чем возросла необходимость в изучении проблем моделирования дороги. Цель состоит в том, чтобы рассмотреть влияние пограничного слоя не только на аэродинамическое сопротивление, но и на подъемную силу и момент тангажа, которые в большой мере зависят от конфигурации модели.

В 1964 г. в Исследовательском центре Ленгли Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства была разработана аэродинамическая труба с основанием в виде бегущей ленты для исследований самолета вертикального взлета и посадки. С созданием этой трубы впервые представилась возможность оценить такой тип моделирования дороги применительно к автомобилю.

Компанией «Форд мотор» с участием NASA, Американского бюро государственных дорог была разработана совместная программа испытаний модели автомобиля, выполненной в масштабе 3:8, в аэродинамической трубе с бегущей лентой.

Ниже описаны и сравнены между собой результаты, полученные при испытаниях модели на бегущей ленте и на неподвижной платформе.

Типичная установка с неподвижной платформой, которую в течение многих лет использовали для аэродинамических испытаний, показана на рис.

4.16 с закрепленной на весах моделью, выполненной в масштабе 3:8. Платформа простирается на всю ширину рабочей части трубы, равную 3,6 м, и имеет длину 3,5 м по направлению потока. Толщина платформы равна 10 см, платформа расположена на расстоянии 35 см от пола. Задняя кромка платформы имеет разделенный в направлении размаха на три секции подвижный щиток, который может отклоняться вверх и вниз. На передней кромке платформы напротив центра каждой секции щитка установлены датчики давления. Изменяя наклон щитков, выравнивают набегающий поток, чтобы точки торможения потока находились точно на средней линии передней части платформы.

Модель, выполненная в масштабе 3:8 и установленная на неподвижной

Рис. 4.16. Модель, выполненная в масштабе 3:8 и установленная на неподвижной

платформе

Схема крепления модели вблизи платформы показана на рис. 4.17. Центральная стойка весов проходит через пол трубы и заканчивается у платформы. Стойка закрыта экраном, чтобы на нее не действовали аэродинамические нагрузки. Внутри платформы имеется жестко соединенная со стойкой весов рама, на которой устанавливают модель и закрепляют ее с помощью шпилек, ввертываемых внутрь каждого колеса. Рама Н-образной формы позволяет регулировать базу и колею колес. Высота опор, выбрана такой, что колеса модели почти касаются верхней поверхности платформы. Прикрывающие щитки обеспечивают зазор вокруг каждого колеса, равный примерно 3 мм. Любой случайный контакт колеса с платформой регистрируется контрольной электрической системой.

Опорное устройство для закрепления модели на неподвижной платформе

Рис. 4.17. Опорное устройство для закрепления модели на неподвижной платформе:

1 - колеса модели; 2 - Н-образная опорная рама модели; 3 и 4 - соответственно верхняя поверхности поворотного стола; 5 - экран; 6 - пол трубы; 7- стойка весов; 8 - главная

балка весов

Тщательно выполненная гладкая платформа имеет необходимую рабочую площадь для размещения моделей и образует тонкий пограничный слой. Профили скоростного напора в пограничном слое, замеренные в направлении потока разных точках поверхности платформы, показаны на рис. 4.18. В точке 60, которая соответствует середине колесной базы модели, толщина пограничного слоя равна 19 мм.

Высота h пограничного слоя на неподвижной платформе

Рис. 4.18. Высота h пограничного слоя на неподвижной платформе

Испытания на неподвижной платформе были проведены в аэродинамических трубах Мерилендского университета и самолетостроительной компании «Мак Доннел». Сравнение результатов испытаний, полученных на нескольких моделях, показало, что эти трубы мало различаются между собой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >