Аэродинамика труба: Аэродинамическая труба Т-101 — Экспериментальная база

Содержание

все, что нужно знать об аттракционе

Аэродинамическая труба: все, что нужно знать об аттракционе

Развлечение понравится любителям экстрима. Летать в аэродинамической трубе могут почти все, так как это не несет рисков для здоровья. Аттракцион подарит массу удовольствия! Вы научитесь владеть телом в воздушном пространстве.

Аэротруба — это симулятор прыжков с парашютом, исключающий фактор экстрима. Посещать его вполне безопасно, не зря он пользуется огромной популярностью. Находящегося внутри тренажера человека от травм защищает ограждение полетной зоны. Кроме того, там всегда тепло и комфортно.

Кто может посещать аттракцион

Чтобы испытать незабываемые ощущения, необязательно быть спортсменом. К полетам в аэродинамической трубе допускаются люди возрастом от 5 лет. Не рекомендовано посещать аттракцион беременным женщинам. Кому еще противопоказаны подобные полеты? Людям, у которых были травмы плечевых суставов или позвоночника, нельзя испытывать нагрузки, действующие во время полета.

Любой удар или скручивание может привести к серьезным проблемам.

Не допускаются к полетам люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями и установленными кардиостимуляторами. Все желающие посетить аттракцион, у которых диагностированы какие-либо недомогания, должны предварительно проконсультироваться с врачом, чтобы исключить любые нарушения здоровья. Если вы получите одобрение от доктора, то сможете смело посещать тренировки в аэротрубе.

Главные предостережения

Желающим испытать незабываемые ощущения от полета не стоит исключать факторы риска.

Каждый посетитель проходит инструктаж, чтобы научиться правильно контролировать тело во время тренировки, поскольку мышцы испытывают серьезные физические нагрузки.

Радость от посещения аттракциона не дано испытать тем, кто весит больше 120 кг. Придется сбросить лишние килограммы, чтобы иметь возможность летать в аэродинамической трубе. Все, кто не достиг совершеннолетия, должны посещать симулятор в сопровождении взрослых. Кроме того, вас не допустят к полетам, если вы явитесь в состоянии алкогольного или наркотического опьянения.

Если вы не уверены, стоит попробовать или нет, то лучший вариант — связаться с инструктором аттракциона, который вы хотите посетить. Он сможет принять обоснованное решение с учетом безопасности. Если он не даст ответ по телефону, вам придется приехать по указанному адресу и поговорить с инструктором лично.

Полет в аэротрубе в Москве

  • Семенов ОлегКМС по парашютному спорту

Опытные инструктора – гарантия вашей безопасности

Мечтаете испытать чувство парения в воздухе, свободно управляя своим телом? Мы сможем сделать так, чтобы Ваше желание стало реальностью! Наш опытный инструктор проведет тренировочную разминку, подробно объяснит Вам все тонкости и особенности поведения в аэротрубе, также подскажет Вам как лучше освоиться в аэропотоке.

С помощью инструктора Вы сможете совершать различные движения и повороты, находясь в воздухе, а также контролировать скорость падения.

В аттракционе “Аэродинамическая труба” Вы будете чувствовать себя в абсолютной безопасности, сможете подняться на определенную высоту и ни в коем случае не вылетите за пределы конструкции. Такой полет поможет Вам избавиться от стресса и негативных эмоций, заменив их приятными впечатлениями. Если вы ищете, где купить полет в лучшей аэротрубе в москве, — тогда вы обратились по адресу! У нас самые работают высококлассные инструктора.

Как проходит полет в аэротрубе?

Решившись на полет в одном из самых инновационных аттракционов современности, вы должны быть готовы к тому, что полет в аэродинамической трубе в Москве — вполне сформировавшийся вид спорта, который связан с определенной травматичностью и ограничениями.

Например, людям с болезнями позвоночника, вывихами, беременным женщинам лучше выбрать нечто менее экстремальное. Всем остальным – добро пожаловать в захватывающий мир ощущения полной свободы от самостоятельного полета в воздухе. Нужно только купить билет. Наш адрес: Москва, ул. Заречье, 3.

Вы непременно испытаете новые эмоции

Вы сможете почувствовать всю непередаваемую гамму впечатлений, находясь под присмотром инструктора. Каждый вопрос и непонимание физического процесса полета разбирается подробно, чтобы в дальнейшем их не возникло. В целом, инструктаж и подготовка занимают не менее 40 минут, чтобы новичок смог комфортно одеть специальную экипировку и подготовиться к полету в аэродинамической трубе морально и физически.

Каждое движение и поза отрабатываются на земле под внимательным наблюдением инструкторов, поэтому наши клиенты чувствует себя комфортно уже с первых минут свободного парения.

Малотурбулентная дозвуковая аэродинамическая труба Т-324

       

Общий вид 

Рабочая часть установки Т-324 с автоматизированным  комплексом термоанемометрического исследования

Общее описание

Малотурбулентная аэродинамическая труба дозвуковых скоростей Т-324 является установкой замкнутого типа с закрытой рабочей частью сечением 1 х 1 м и длиной 4 м. Диапазон скорости потока – V = 2-100 м/с, что соответствует числу Рейнольдса по поперечному размеру рабочей части Re = (0,13 – 6,7)*106 при максимальном числе Re по длине рабочей части – 26,6*10

6. Статическое давление в рабочей части близко к атмосферному. Время рабочего режима не ограничено.

К основным конструктивным особенностям аэродинамической трубы следует отнести:

  • значительную степень поджатия потока в коллекторе n = 17,6;
  • наличие отсека со сменными детурбулизирующими сетками;
  • повышенные требования к геометрии контура и чистоте внутренних поверхностей;
  • применение вентилятора с многолопастным рабочим колесом и малой окружной скоростью на лопатках;
  • наличие спрямляющего аппарата и поворотных лопаток;
  • использование специальных мер по защите основных узлов от вибраций;
  • наличие системы регулирования скорости вращения вентилятора с точностью поддержания заданного числа оборотов не хуже 0,03%;
  • наличие системы охлаждения потока;
  • наличие системы компенсации нарастания пограничного слоя и снижения продольного градиента давления в рабочее части;

 Наличие выше перечисленных систем и конструктивных особенностей аэродинамической трубы Т-324 позволило добиться следующих параметров потока в ее рабочей части:

  • степень турбулентности потока при V ≤ 100 м/с – ɛ
    u
    ≤ 0,04%;
  • неравномерность поля скорости в поперечном сечении ∆V/Vo ≤ 0. 1%;
  • продольный градиент скорости потока в рабочей части при V ≤ 100 м/с – dV/dX = 0.0007;
  • акустическая степень турбулентности потока при V ≤ 40 м/с – ɛp ≤ 0,0025%.

Данные параметры потока в рабочей части трубы позволяют утверждать, что аэродинамическая труба Т-324 как минимум не уступает, а зачастую превосходит лучшие зарубежные установки такого типа.

Исследования, проводимые на Т-324:

  • возникновение турбулентности в двух- и трехмерных пограничных слоях;
  • отрыв ламинарных и турбулентных пограничных слоев;
  • методы управления переходом к турбулентности и отрывными течениями;
  • ламинарно-турбулентный переход при высоком уровне возмущений потока;
  • управление структурой и характеристиками когерентных вихревых структур.

Методические подходы

  • использование автоматизированного термоанемометрического метода исследований, сбор пневмометрических данных, определение поля скоростей по изображениям частиц (PIV), весовые испытания;
  • визуализация потока с применением дыма, жидкокристаллических, сублимирующихся и саже-масляных покрытий;
  • моделирование возмущений ламинарного течения акустическими колебаниями потока, источниками вибраций, размещаемых в потоке и на поверхности тестовых моделей, локальными элементами неоднородности течения и т. д.

 

Примеры исследований, проведенных в Т-324 ИТПМ СО РАН

 

Разработка новой формы несущей поверхности для малоразмерных летательных аппаратов (волнистое крыло, обладающее значительными преимуществами по сравнению с обычным классическим крылом — увеличивается подъемная сила и улучшается устойчивость в полете, что позволяет избежать срыва в штопор.)

 


Обтекание модели беспилотного аппарата в Т-324 при натурных числах Рейнольдса

 


Исследования образования турбулентности на стреловидном крыле за различными

типами шероховатости (удлиненные вдоль размаха и точечные).

 

Аэродинамика

Аэродинамическая труба

    В современном строительстве многократно возросло значение учёта аэродинамических факторов нагрузки. Это связано с тем, что в последние годы архитектура строительных зданий и сооружений отличается большим разнообразием и увеличением линейных размеров, что дополнительно увеличивает влияние ветровых нагрузок на устойчивость зданий и сооружений. 
    Специализированная аэродинамическая труба 3-АТ-17,5/3 с сечением рабочей части 1,5 х 2,0 м при длине 17,5 м, позволяет проводить широкий спектр аэродинамических исследований практически любых строительных объектов, в том числе с учетом пограничного слоя. Схема аэродинамической трубы представлена ниже.
   Для экспериментального определения составляющих ветрового давления и снеговых нагрузок в Трубе были выполнены многочисленные аэродинамические эксперименты, включая продувки авиационных ангаров, высотных зданий и мостовых сооружений.
    В аэродинамической Трубе фирмы УНИКОН прошли проверку такие известные объекты, как покрытие «Гостиного двора» в Москве, антенная часть Останкинской телебашни, комплекс зданий «Москва-Сити», 3 объекта для Олимпиады в Сочи-2014, 11 стадионов для чемпионата Мира по футболу 2018г. и многие другие.
   Труба 3-АТ-17,5/3 активно использовалась при оценке взаимодействия метелей и объектов энергетики Сахалинской области и Камчатки, Казахстана (высоковольтные преобразовательные комплексы, тепловые электростанции, линии электропередач).
   Проведены модельные исследования ветровых нагрузок для конструкций электропередачи 1,15 миллионов вольт Новосибирских ТЭЦ №5 и №6, Березовской ТЭЦ №1, Экибастузских ГРЭС №2 и №3 и других электростанций.
   Результаты многочисленных экспериментов и исследований приведены в таких работах, как:
   Березин М. А., Катюшин В. В.
   Атлас аэродинамических характеристик строительных конструкций. — Новосибирск: изд. ООО «Олден-Полиграфия», 2003. 130 с.
   ISBN 5-94905-002-9. (на нашем сайте вы можете скачать электронную версию этой книги).
  Березин М. А., Березин М. М., Демин Ю. В., Мозилов А. И., Хромов Е. Г.
  Ветер и объекты электроэнергетики (надежность конструкций) — Новосибирск: изд. НГАВТ. 2008. 380 с.
   ISBN 978-5-8119-0328-3.
  Ознакомиться с более подробной информацией можно в разделе «Аэродинамические испытания», вкладка – «Испытания» и «Статьи и публикации».


 


                                                                          рис. схема аэродинамической трубы

Посмотрите на тесты Bugatti Centodieci в аэродинамической трубе

С момента первого показа мелкосерийного гиперкара Bugatti Centodieci прошло уже больше двух лет, но проект еще далек от завершения: покупатели получат свои машины только в 2022 году, а пока производитель продолжает испытания прототипа.

На днях компания успешно завершила серию тестов в аэродинамической трубе. Для создания воздушного потока инженеры использовали восьмиметровый вентилятор, раскручиваемый 9300-сильным мотором, и имитировали движение автомобиля на скоростях от 140 до 300 км/ч.

8 Фотографии

Очертаниями передней части с маленькой «подковой» радиаторной решетки и характерными прорезями в бампере Bugatti Centodieci значительно отличается от Chiron или Divo, а потому разработчикам потребовалась полноценная программа испытаний. В процессе машина обдувается с разных сторон, чтобы проверить ее устойчивость во всем диапазоне скоростей, а также эффективность охлаждения двигателя, трансмиссии и тормозов.

Напомним, Centodieci является современной интерпретацией купе EB110 Super Sport из девяностых, построенной на базе серийного «Широна». Помимо оригинального кузова и иных настроек ряда систем, модель отличается от донора форсированным с 1500 до 1600 л.с. двигателем W16. Она должна набираться сотню за 2,4 секунды, максимальная скорость будет ограничена на отметке в 380 км/ч.

27 Фотографии

В ближайшие недели специалисты марки продолжат тесты Bugatti Centodieci, теперь уже на треках. Затем компания вручную соберет 10 клиентских машин. Все они были проданы за считанные часы после премьеры по 8 миллионов евро (692 миллиона евро) за штуку. Одним из владельцев «Чентодьечи» станет знаменитый футболист Криштиану Роналду.

По всей видимости, Centodieci станет одной из последних моделей Bugatti, созданных без участия новых владельцев французского бренда – хорватов Rimac. Недавно глава специалистов по электромобильным технологиям Мате Римац признался, что работа над принципиально новым гиперкаром уже ведется.

Аэродинамические трубы: Откуда дует ветер…

Можно с уверенностью говорить о том, что в последние несколько лет аэродинамика является одним из ключевых факторов успеха в Формуле 1. Моторы «заморожены» и практически равны в мощности, поставки резины монополизированы, электроника унифицирована — в этих областях у инженеров почти нет возможностей для маневра, а в аэродинамике всегда можно что-то оптимизировать, добиться большей эффективности, а значит — получить преимущество. Или его потерять. ..

Современный аэродинамический обвес — невероятно сложное, компромиссное решение. Любая ошибка, небольшой просчет может сделать аутсайдера из машины, которая еще вчера умела побеждать, и уйдут годы, чтобы найти решение и попытаться вновь вернуться на вершину. При этом работа инженеров базируется на результатах измерений в аэродинамической трубе, которые сами по себе относительны  — ни один, самый совершенный полигон, не сможет точно воссоздать поведение машины на реальной трассе. Об этих трубах мы сегодня и поговорим…

Эдриан Ньюи, Red Bull: «Аэродинамическая труба — средство моделирования, в котором по определению заложена погрешность, возрастающая в геометрической прогрессии, когда вы допускаете ошибку в методах измерений, в настройках, когда вмешивается человеческий фактор. У каждой команды на пит-лейн есть разница между поведением машины в лаборатории и на трассе, выигрывает тот, у кого она минимальна».

Причин для погрешностей, о которых говорит признанный гуру аэродинамики, несколько. Одна, и самая важная — работа с моделями. Для базовых измерений, для проработки концепции команды используют 50-65% модели машин. Точность изготовления этих моделей невероятна, но и они не абсолютны — очень сложно моделировать, к примеру, тонкие тормозные трубки и прочие мелочи, которые и на реальной машине крайне невелики.

Приходится учитывать особенности поведения модели на закрытом полигоне, непропорциональное масштабу изменение свойств воздушного потока — переменных множество, и в этих условиях работу очень осложняет ограничение обычных тестов…

Майк Гаскойн, Force India: «На тестах командам приходится проверять сотни аэродинамических конфигураций, практически не возвращаясь к базовым, а без таких сравнений направление, в котором вы движетесь, может оказаться тупиковым. Тогда все приходится начинать сначала».

Повреждение оборудования старой, проверенной аэродинамической трубы незакрепленным колесом модели Honda RA107, вынудило команду перебраться на новый, еще не откалиброванный полигон «Big Air», и все мы видели, насколько неудачной получилась эта машина.

Крошечная погрешность в оценке аэродинамических свойств шин Bridgestone, вкравшаяся в расчет аэродинамической схемы, привела к прошлогодним неудачам Renault — команде потребовались месяцы, чтобы ее устранить. В том же 2007-м проблемы с калибровкой трубы, едва не вывели Ferrari из борьбы за титул.

Сэм Майкл, Williams: «В последние 12 месяцев мы уверенно зарабатывали очки потому, что смогли добиться почти идеального соответствия измерений в аэродинамической трубе и лабораториях вычислительной гидродинамики с поведением машины на трассе».

За последние пять лет многие команды модернизировали свои полигоны или построили новые — Williams, Red Bull, BMW Sauber, Toyota, Honda — учитывая время, расходы и предстоящие поправки к регламенту, маловероятно что в ближайшее время появятся новые лаборатории, но потом все начнется сначала — срок службы аэродинамической трубы — пять лет, потом она изнашивается, теряет точность и просто устаревает.

Майк Гаскойн, Force India: «Должно пройти полгода, прежде чем инженеры освоятся с новым полигоном. Его надо запустить, откалибровать, убедиться в точности полученных результатов. Когда все будет готово, нужно построить модели соответствующего масштаба, еще раз все перепроверить и только потом можно начинать работу».

Современные аэродинамические лаборатории грандиозны и по своим возможностям, и по стоимости, но цена ошибки еще дороже, поэтому, чтобы минимизировать погрешности измерений, многие команды работают на двух полигонах…

Дэвид Пичфорд, бывший инженер Jaguar Racing, который строил аэродинамические трубы для Формулы 1, ChampCar, NASCAR и IRL: «Главная задача — воспроизводимость результатов, но люди часто забывают о том, что это лишь инструмент, моделирующий реальный мир, в котором борются гоночные машины, а не те модели, которые мы тестируем».

В последние годы физические тесты в аэродинамической трубе все чаще совмещаются с тестами виртуальными — компьютеры в лабораториях вычислительной гидродинамики (CFD) позволяют моделировать поведение отдельных элементов в необычных условиях — под дождем, или порывистым ветром.

Майк Гаскойн: «Технологии CFD быстро прогрессируют, к примеру сейчас мы проводим на компьютерах 95% измерений эффективности заднего антикрыла, но если нужно испытать небольшое дополнительное крылышко, то аэродинамическая труба незаменима. Пока большая часть исследовательских работ проводится в трубе, но эта пропорция меняется с каждым годом».

С чем работают команды

Ferrari

Одна труба в Маранелло. Работает с моделями 65% масштаба.

BMW Sauber

Одна труба в Хинвиле, 2004 года. Работает с моделями 60% масштаба, но способна испытывать и реальные машины.

McLaren

Основная труба в Уокинге и аренда полигона в Теддингтоне для корреляции данных. Обе работают с моделями 50% масштаба.

Renault

Одна труба в Энстоуне, 1998 года. Работает с моделями 50% масштаба.

Williams

Две трубы в Гроуве, последняя построена в 2004-м. Обе работают с моделями 60% масштаба.

Red Bull

Одна труба в Бистере (50%) и бывший военный полигон в Бедфорде (60%).

Toyota

Две трубы в Кельне, последняя построена в 2006-м. Обе работают с моделями 50% масштаба.

Toro Rosso

Команда использует трубу Red Bull в Бедфорде.

Honda

Две трубы в Брэкли, последняя построена в 2006-м. Обе работают с моделями 50% масштаба.

Super Aguri

Арендует трубу национальной Физической лаборатории в Теддингтоне, которая может работать с моделями 50% масштаба.

Force India

Одна труба в Брэкли, модернизированная от 40% до 50% моделей. Дополнительно команда арендует мощности на итальянском полигоне Aerolab, который позволяет работать с моделями 50% масштаба.

Уникальной разработке — вертикальной аэродинамической трубе ЦАГИ

80-летний юбилей празднует вертикальная аэродинамическая труба Т-105 знаменитого Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»).

Труба была построена для проведения экспериментальных исследований моделей самолетов на такое опасное явление, как штопор. Разработчиком технического задания стал профессор Александр Журавченко, советский учёный в области самолётостроения. Архитектор — Анатолий Фисенко, специалист по промышленной архитектуре, доктор архитектуры. В обсуждении проекта трубы участвовали выдающиеся ученые: Н.А. Ушаков, А.М. Черемухин, В.П. Ветчинкин, Г.Н. Абрамович, Б.Н. Юрьев, И.Е. Идельчик, А.Э. Стерлин и др.

Как рассказали в ЦАГИ, первый пуск главного потока АДТ состоялся 1 августа 1941 года. Новая установка вошла в состав специальной лаборатории № 5 — штопора самолетов. Основное экспериментальное оборудование вертикальной аэродинамической трубы на период ее ввода в строй включало устройство для запуска динамически подобной модели, системы подвески и ограждения, прожекторную установку и скоростную кинокамеру. Большой вклад в дело оснащения АДТ и разработки методики испытаний внес А. И. Никитюк (впоследствии — главный инженер лаборатории).

Но не успела Т-105 приступить к решению актуальнейшей в военное время задачи — испытаниям самолетов на штопор, как в октябре 1941-го, когда враг подступил к Москве, коллектив лаборатории № 5 был эвакуирован.

Практическое использование трубы началось только в 1944 году. Для изучения штопора была создана уникальная технология, основанная на испытании свободно штопорящих динамически подобных моделей самолетов с электродистанционной системой отклонения органов управления по заданной программе. Методика обработки результатов таких исследований позволяла изучать режимы опасного явления и обеспечивать поиск способов вывода из него.

В 1947 году к тематике лаборатории № 5, которую на тот момент возглавил конструктор Михаил Миль, добавилось вертолетное направление. Впоследствии оно активно развивалось: модели практически всех отечественных вертолетов проходили испытания в Т-105. Результатом исследований стали значительно улучшенные аэродинамические характеристики винтокрылых машин Ми-8, Ми-26, Ми-28, Ми-35, Ми-38, Ка-50, Ка-52, Ка-60, «Ансат» и др.

Кроме того, был предложен прогрессивный метод улучшения аэродинамики маневренных самолетов на больших углах атаки и в штопоре, в результате применения которого истребители МиГ-23, МиГ-29, Су-27 достигли высочайших характеристик.

Специалисты подчеркивают: экспериментальная база трубы непрерывно модернизировалась. Активно внедрялись методики испытаний с использованием современной цифровой техники. Так, в 2010 году была введена в эксплуатацию внутримодельная инерциальная измерительная система, позволяющая регистрировать параметры движения модели самолета в свободном полете. В 2019-м — запущен в работу новый штопорный прибор Ш-6 для исследования аэродинамики воздушных судов при выполнении сложных маневров.

И сегодня Т-105 остается уникальным творением инженерной мысли. Это единственная в России установка с воздушным потоком в рабочей части, направленным снизу вверх. Вертикальная труба широко используется для исследования аэродинамических характеристик самолетов, вертолетов, аэрокосмических спускаемых аппаратов, других летательных аппаратов и их элементов.

«Вертикальная аэродинамическая труба Т-105 имеет богатую историю. И сегодня, в XXI веке, она по-прежнему в строю, на переднем рубеже испытаний авиационно-космической техники. Конечно, нам есть куда развиваться — например, необходима модернизация информационно-измерительной системы Т-105, создание нового экспериментального оборудования для изучения штопора и аэродинамики современных самолетов на больших углах атаки и исследования моделей скоростных винтокрылых машин. Но я уверен, что именно наша установка поможет авиаконструкторам ответить на самые важные вопросы при проектировании летательных аппаратов будущего», — говорит начальник отделения аэродинамики и динамики вертолетов, штопора и аэродинамики самолетов на больших углах атаки ФГУП «ЦАГИ» Олег Кириллов.

Между тем

О знаменитых аэродинамических трубах ЦАГИ рассказывают едва ли не легенды. Например, что в них можно смоделировать условия полета при скорости, в 25 раз превышающей скорость звука.

Самая первая аэродинамическая труба была построена в ЦАГИ в 1923 году. Она деревянная. И работает по сей день! В этой трубе проводят испытания моделей зданий и сооружений. Есть характеристики воздушного потока, которые непросто измерить числовыми значениями, как, например, скорость. Есть «художественные» вещи — чистота, вязкость. Так вот, как говорят сотрудники, эта труба обладает очень мягким, чистым потоком, который как раз для зданий.

Не меньшей уникальностью обладала труба Т-101. Есть уникальная фотография, когда самолет подвешивается в ней вместе с летчиком, а генеральные конструкторы находятся рядом и смотрят, как влияет поток на их детище. Эта труба до сих пор остается самой большой дозвуковой в мире.

Как говорят эксперты, сегодня требуются все более натурные условия эксперимента с учетом того, что летный эксперимент всегда дороже, чем трубный. Поэтому один из трендов — переход к криогенным трубам, когда вместо воздуха используется криогенный газ, который позволяет значительно приблизиться к натурному эксперименту.

Базовая аэродинамика

Базовая аэродинамика

Аэродинамика касается движения воздуха и других газообразных сред. и другие силы, действующие на объекты, движущиеся через воздух (газы). В результате, Аэродинамика касается объекта (самолета) , движения. (Относительный ветер) и воздух (Атмосфера) .


Законы движения Ньютона


Три закона движения Ньютона:

Инерция — тело в состоянии покоя останется в отдыхать.и тело в движении будет оставаться в движении с той же скоростью и направлением до тех пор, пока под воздействием какой-то внешней силы. Ничто не запускается и не останавливается без внешней силы вызвать или предотвратить движение. Следовательно, сила, с которой тело оказывает сопротивление изменение называется силой инерции.
Acceleration — Сила, необходимая для создания изменение движения тела прямо пропорционально его массе и скорости изменения в его скорости. Ускорение означает увеличение или уменьшение скорости, хотя обычно для обозначения уменьшения используется замедление.
Действие / Реакция — Для каждого действия есть равное и обратная реакция. Если происходит взаимодействие двух тел, равные силы в противоположных направлениях будут переданы каждому телу.


Измерение расхода жидкости и скорости полета (принцип Бернулли)


Даниэль Бернулли, швейцарский математик, сформулировал принцип, который описывает взаимосвязь между внутренним давлением жидкости и скоростью жидкости.Его принцип, по сути являющийся выражением разговора об энергии, по крайней мере частично объясняет, почему крыловой профиль развивает аэродинамическую силу.

Все силы, действующие на поверхность, по которой проходит поток воздуха, являются результатом трения или давления кожи. Силы трения являются результатом вязкости и ограничиваются очень тонким слоем воздуха у поверхности. Обычно они не являются доминирующими и, с точки зрения авиатора, их можно не учитывать.

В качестве помощи в визуализации того, что происходит с давлением при прохождении воздуха над аэродинамическим профилем, полезно рассмотреть поток через трубу (см. Рисунок выше).Концепция сохранения массы утверждает, что масса не может быть создана или уничтожена; Итак, то, что идет в один конец трубки, должно выходить из другого конца. Если поток через трубку не ускоряется или не замедляется на входе, тогда масса потока в единицу времени на Станции 1 должна равняться массе потока в единицу времени на Станции 2 и так далее на Станции 3. Масса потока на единицу площади (площадь поперечного сечения трубки) называется массовым расходом .

На малых скоростях полета воздух испытывает относительно небольшие изменения давления и незначительные изменения плотности.Этот воздушный поток называется несжимаемым, поскольку воздух может претерпевать изменения давления без видимых изменений плотности. Такой поток воздуха аналогичен потоку воды, гидравлической жидкости или любой другой несжимаемой жидкости. Это говорит о том, что между любыми двумя точками в трубе скорость изменяется обратно пропорционально площади. Эффект Вентури — это имя, используемое для описания этого явления. Скорость потока жидкости через ограниченную площадь трубки Вентури прямо пропорциональна уменьшению площади.На рисунке ниже показано, что происходит со скоростью потока через обсуждаемую трубку.

Полная энергия в данной замкнутой системе не меняется, но форма энергии может быть изменена. Давление протекающего воздуха можно сравнить с энергией в том смысле, что общее давление протекающего воздуха всегда будет оставаться постоянным, если только энергия не добавляется или не отбирается из потока. В предыдущих примерах нет ни сложения, ни вычитания энергии; поэтому общее давление останется постоянным.

Давление потока жидкости состоит из двух компонентов — статического давления и динамического давления. Статическое давление — это давление, которое измеряется барометром-анероидом, помещенным в поток, но не движущимся вместе с потоком. Динамическое давление потока является той составляющей общего давления, которая возникает из-за движения воздуха. Трудно измерить напрямую, но статическая ванна Пито измеряет это косвенно. Сумма этих двух давлений составляет , общее давление и измеряется путем воздействия потока на трубу с открытым концом, которая проходит через барометр-анероид .Это несжимаемая или медленная форма уравнения Бернулли.

Статическое давление уменьшается с увеличением скорости. Это то, что происходит с воздухом, проходящим через изогнутую вершину аэродинамического профиля самолета. Рассмотрим только нижнюю половину трубки Вентури на рисунке ниже. Обратите внимание, как форма ограниченной зоны на Станции 2 напоминает верхнюю поверхность аэродинамического профиля. Даже если убрать верхнюю половину трубки Вентури, воздух по-прежнему ускоряется над изогнутой формой нижней половины.Это происходит потому, что воздушные слои ограничивают поток так же, как и верхняя половина трубки Вентури. В результате ускорение вызывает снижение статического давления над изогнутой формой трубки. Сила перепада давления создается за счет локального изменения статического и динамического давления на изогнутой поверхности.

Сравнение можно провести с водой, протекающей через садовый шланг. Вода, движущаяся по шлангу постоянного диаметра, оказывает равномерное давление на шланг; но если диаметр участка шланга увеличится или уменьшится, давление воды в этой точке обязательно изменится.Предположим, мы должны защемить шланг, тем самым сужая область, по которой течет вода. Если предположить, что через суженную часть шланга протекает тот же объем воды за тот же период времени, что и до того, как шланг был зажат, следует, что скорость потока в этой точке должна увеличиться. Если мы сжимаем часть шланга, мы не только увеличиваем скорость потока, но также уменьшаем давление в этой точке. Мы могли бы добиться подобных результатов, если бы поместили обтекаемые твердые тела (аэродинамические поверхности) в одну и ту же точку шланга.Этот принцип является основой для измерения воздушной скорости (потока жидкости) и анализа способности аэродинамического профиля создавать подъемную силу.


Скалярные и векторные величины


Изучение полета самолета дополнительно расширяется за счет понимания двух типов величин:

Скалярные величины
Величины векторов


Скалярные количества — это те, которые могут быть описаны только размером . Примеры будет площадью, объемом, временем и массой.

Vector Величины должны быть описаны величиной и направлением . Типичными примерами могут быть скорость, ускорение, вес, подъемная сила и сопротивление. Важно отметить что направление этих векторных величин не менее важно, чем размер или величина.

Все силы из любого источника являются векторами.

Когда на объект действуют две или более сил, совместное действие этих сил может быть представлен использованием векторов.Векторы в графике, используемой на этих страницах, представлены направленным отрезком линии, обозначенным стрелкой.

Сама стрелка указывает направление, в котором действует сила, а длина отрезка линии по отношению к данной шкале представляет величину этой силы. Вектор нарисован относительно к контрольной линии. Величина указывается в той шкале, которая соответствует решаемой проблеме.


Вернуться к Dynamic Aerodynamics!
Вернуться на Динамический рейс

Авторские права 1999-2017 Dynamic Flight, Inc . Все права защищены.
Последнее обновление страницы: ноя-06-2017

Аэродинамика

Мы были одержимы тем, чтобы делать велосипеды быстрее более 20 лет, и все это время применяли аэродинамические методы.

ГДЕ НАХОДИТСЯ ЦЕЛЕВЫЕ ОБЛАСТИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕПАДЕНИЯ ТРИАТЛОННОГО ВЕЛОСИПЕДА?
На протяжении многих лет мы обменивались множеством идей с Cervelo и рады сообщить, что можем показать вам одно из лучших симуляций CFD, когда-либо проводившихся на велосипеде и всаднике в сборе.На приведенной ниже диаграмме показаны синие области низкого давления, которые лучше всего подходят для добавления аксессуаров с одновременным уменьшением сопротивления.


Изображение предоставлено Cervelo
  1. Обратите внимание на синюю область за стволом. Именно здесь мы добавляем мешки XLAB Top Tube, чтобы уменьшить сопротивление выносу штанги.
  2. Синяя область за седлом — это место, где мы добавляли задние держатели для бутылок XLAB с начала 90-х годов.
  3. Обратите внимание, что за нижней трубкой есть синяя область низкого давления, куда мы добавляем аэродинамический баллон XLAB AERO TT.
  4. Есть еще более важная область в передней части велосипеда, где возникает сопротивление между аэродинамическими стойками.

Мы покажем вам, как мы применили аэродинамический дизайн к аэродинамическим рулям, мешкам с верхней трубкой, баллонам с рамой, задней гидратации.


1. КАК МЫ СДЕЛАТЬ АЭРОБАРЫ БЫСТРЕЕ TOP

Наша задача заключалась в том, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление аэродинамических рулей и в то же время добавить более быстрый и безопасный источник гидратации где-нибудь в области аэродинамических рулей.Уменьшение аэродинамического сопротивления означает уменьшение силы, необходимой для проталкивания аэродинамических рулей в воздухе.

НАПРАВЛЕНИЕ ВЕТРА

Хотя во время езды часто возникает ощущение, что ветер часто бывает встречным, чаще всего он дует слегка с одной стороны.

На рисунке A ниже показан расчет вычислительной гидродинамики (CFD) с ветром, пересекающим предплечья под углом 20 градусов к направлению движения. Красная и желтая зоны указывают на высокое давление, а синие зоны — на низкое.Вы можете видеть, что воздушный поток падает между руками и бурно закручивается. Сопротивление при таком расположении составляло 19,3 грамма. Мы могли бы описать это более технически, но мы не стремимся произвести впечатление, мы стремимся сообщить, как мы проектируем и какие передовые инструменты мы используем.

БЕЛАЯ БУМАГА — АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН БУТЫЛКИ ТОРПЕДО: XLAB Torpedo Versa CFD Testing

РИСУНОК A

ЗАПОЛНЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Нашей следующей мыслью было попробовать заполнить промежуток между предплечьями бутылкой с водой стандартного размера.На рисунке B показано CFD-моделирование бутылки XLAB AQUA-SHOT между рукавами. Воздушный поток теперь остается в основном над рычагами и снижает сопротивление по сравнению с отсутствием баллона на рисунке A. Сопротивление снижено до 15,2 грамма, что дает экономию на 21%.

РИСУНОК B

Благодаря преимуществу уменьшения сопротивления за счет добавления баллона по горизонтали между предплечьями, мы представили ПЕРВУЮ ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ УСТАНОВКУ ДЛЯ БУТЫЛКИ В МИРЕ В СЕНТЯБРЕ 2009 ГОДА.

В своей первой гонке XLAB TORPEDO MOUNT со стандартной бутылкой выиграл 70.3 ЧЕМПИОНАТ МИРА IRONMAN. Крепление XLAB TORPEDO MOUNT имело оглушительный успех и, как и большинство хороших изобретений, было немедленно скопировано другими компаниями.

НАУЧНО ЗАПОЛНИТЕ ПРОБЕЛ — Разработка многоразового баллона TORPEDO

Мы знали, что стандартная бутылка не идеальной формы, поэтому мы потратили несколько лет на разработку горизонтальной бутылки, которая удовлетворяла бы некоторым жестким критериям.

  1. Сопротивление должно быть как минимум на 60% меньше, чем у стандартной бутылки.
  2. Необходимо использовать стандартную клетку XLAB, чтобы спортсмены также могли носить с собой бутылочки Standard или Aid Station. .
  3. Необходимо установить компьютер перед баллоном для улучшения аэродинамики компьютера.
  4. Должен быть вмещен 26 унций, поскольку большинство стандартных бутылок Aid Station — 24 унции.

На рисунке C показана стандартная бутылка со скоростью ветра 30 миль в час. Красная и желтая зоны высокого давления находятся на передней части баллона, синяя — это зоны низкого давления, а зеленые зоны нормализованного воздушного потока. На скорости 30 миль в час сопротивление стандартной бутылки составляло 15.6 грамм

РИСУНОК C

При разработке баллона TORPEDO было обнаружено, что использование хвостовой части Камма и выпрямителей потока на задней части резко снижает сопротивление. Также было важно сохранить идеальный коэффициент стройности, который равен длине, деленной на ширину. Чем длиннее и тоньше, тем меньше сопротивление и коэффициент сопротивления. Нашей целью было соотношение 3,75: 1, и мы фактически улучшили его до 3,82: 1.

На рисунке D показана последняя бутылка TORPEDO с сопротивлением всего 5. 5 граммов, удивительное снижение сопротивления воды на 64,7% по сравнению со стандартной бутылкой . Когда вы объединяете все аэродинамические факторы, экономия на скорости 25 миль в час составляет примерно 112 секунд при триатлоне на полную дистанцию.

РИСУНОК D

БЕЛАЯ БУМАГА — АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН ИКОНИЧЕСКОЙ БУТЫЛКИ TORPEDO: XLAB Torpedo Versa CFD Testing

НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ ПОМОГАЮТ МАКСИМАЛЬНО ЭКОНОМИЯ НА АЭРОДИНАМИКЕ.

  1. Убедитесь, что верхняя поверхность бутылки отрегулирована на уровне верхней поверхности предплечий.Для этого используйте проставки XLAB аэродинамической формы.
  2. Убедитесь, что передняя часть держателя для бутылки очень тонкая, как у XLAB Torpedo Mini Mount, или имеет аэродинамическое поперечное сечение.
  3. Вы хотите попробовать заполнить промежуток между руками, чтобы получить максимальную экономию времени. Так что поместите компьютер как можно дальше вперед, и тогда бутылка TORPEDO должна заполнить остальное пространство между вашими руками. Если у вас более короткие руки, используйте крепление Space Saver и поставьте компьютер на бутылку.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ЗАСЛУЖИВАНИЯ СИСТЕМ XLAB TORPEDO МОЖЕТ СОСТАВЛЯТЬ ОТ 112 СЕКУНД НА 25 миль в час, ДО 142 СЕКУНД НА 20 миль в час ЗА ПОЛНУЮ ГОНКУ.


2. КАК УМЕНЬШИТЬ ВЕРХНУЮ ВЕРХНУЮ СТРЕЛКУ

Сопротивление выноса выноса может быть значительным, если только байк не супербайк, а вынос выноса на уровне верхней трубы. На рисунке E показан воздушный поток со скоростью 30 миль в час, проходящий через верхушку штанги высотой 2,5 дюйма, имеющей сопротивление 59 граммов.

РИСУНОК E

На рис. F показано улучшение воздушного потока и снижение сопротивления до 1 грамма за счет мешка XLAB, расположенного рядом со штоком, что составляет огромные 98.3%.

РИСУНОК F

На супербайках и выносе руля на уровне верхней трубы триатлонисты могут носить питание на верхней трубе с сумкой, аналогичной показанной на рисунке G, и будут иметь сопротивление 5,3 грамма на скорости 30 миль в час.

РИСУНОК G

ПОЛЕЗНЫЙ НАКОНЕЧНИК ДЛЯ СУМК, ПРИМЕЩЕННЫХ К СТЕРЖНЮ

Всегда согласовывайте высоту мешка с высотой стержня.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ПРИ БЕЗОПАСНОСТИ XLAB AERO Top Tube может составлять от 123 секунд на скорости 25 миль в час до 156 секунд на скорости 20 миль в час для полной дистанции.


3. КАК УМЕНЬШИТЬ ВЕРХНУЮ ВЕРХНУЮ БУТЫЛКУ

Есть три варианта: стандартный баллон, аэро баллон или без баллона. Сопротивление стандартной круглой бутылки нижней трубкой с клеткой может варьироваться от 40 до 50 граммов. Аэродинамический баллон, такой как XLAB Aero TT, будет иметь сопротивление 20-25 граммов.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ПРИ БУТЫЛКЕ AERO TT МОЖЕТ СОСТАВЛЯТЬ ОТ 51 СЕКУНД ПРИ 25 миль / час ДО 64 СЕКУНД НА 20 миль / час ДЛЯ ПОЛНОЙ ДИСТАНЦИИ.

Тестирование показало значительную экономию за счет перемещения баллона позади гонщика.Приведенная ниже информация предназначена для простого извлечения бутылки, а не для дополнительной экономии от размещения бутылки позади всадника.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ПРИ СНЯТИИ БУТЫЛКИ И КЛЕТКИ МОЖЕТ СОСТАВИТЬ ОТ 96 СЕКУНД НА 25 Милях в час ДО 122 СЕКУНД СО СКОРОСТЬЮ 20 миль в час ДЛЯ ПОЛНОЙ Дистанции.


4. КАК БУТЫЛКИ ЗА ВСАДНИКОМ УМЕНЬШАЮТ ВЕРХНИЙ

Область позади водителя имеет наибольший потенциал для снижения сопротивления. Мы впервые обнаружили это в начале 90-х во время обширных испытаний в низкоскоростной аэродинамической трубе Сан-Диего, которая считается самой точной в стране для испытаний велосипедов.Экономия от задних багажников зависит от формы спины гонщика и расположения заднего багажника. XLAB разработал жилет Slipstream Vest, чтобы внимательно изучить области турбулентности, наблюдая за потоком пучков шерсти. Недавние исследования подтвердили то, что мы видели в аэродинамической трубе.

ОДИНАРНЫЕ ЗАДНИЕ ДЕРЖАТЕЛИ ДЛЯ БУТЫЛКИ

Когда гонщик едет за другим гонщиком, гонщику, находящемуся сзади, требуется меньше мощности из-за меньшего сопротивления, поскольку он едет в следе с низким давлением впереди идущего гонщика. Это может быть снижение на 29%. Другой результат заключается в том, что впереди идущий гонщик также движется быстрее, поскольку воздух видит двух гонщиков как виртуально связанных, и воздушный поток преодолевает расстояние между гонщиками, вызывая меньшее сопротивление переднего гонщика.

Таким образом, идея состоит в том, чтобы поместить задний баллон в сквозное отверстие всадника, другими словами, в зоне низкого давления, как правило, в месте спинки сиденья / подседельного штыря. Один пытается заполнить пустоту низкого давления позади гонщика.Это было подтверждено в туннелях по всему миру в течение многих лет, но недавно было подтверждено тестированием Velodrome с использованием технологии Alphamantis с чемпионами мира, которые могут удерживать постоянные аэродинамические позиции и выходную мощность.

Добавление одинарного заднего держателя для бутылок XLAB сократило время гонки на полную дистанцию ​​на 102 секунды (1 мин 42 секунды) при выходной мощности 200 Вт. Эта экономия вдобавок к экономии времени за счет снятия бутылки и клетки с нижней трубы.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ задней части XLAB МОЖЕТ СОСТАВИТЬ ОТ 102 СЕКУНД НА 25 Милях в час ДО 129 СЕКУНД ПРИ 20 миль в час В ПОЛНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ГОНКЕ.

СВОДНАЯ ДИАГРАММА ЭКОНОМИИ

Хорошая новость в том, что чем медленнее вы работаете, тем больше времени вы экономите. Получайте удовольствие от представленных ниже данных и выбирайте, какой аксессуар XLAB попробовать в следующий раз!

  • ДОБАВЛЕННАЯ СИСТЕМА XLAB TORPEDO СОХРАНЯЕТ 112–142 СЕКУНД
  • ДОБАВЛЕННАЯ СУМКА ДЛЯ ВЕРХНЕЙ ТРУБКИ XLAB СОХРАНЯЕТ ОТ 123 ДО 156 СЕКУНД
  • XLAB AERO TT ЗАМЕНА СТАНДАРТНОЙ БУТЫЛКИ НА РАМЕ ЭКОНОМИЯ от 51 до 64 секунд
  • ИЗВЛЕЧЕНИЕ СТАНДАРТНОЙ БУТЫЛКИ И КЛЕТКИ ИЗ РАМЫ СОХРАНЯЕТ 96 ДО 122 СЕКУНД
  • ДОБАВЛЕННАЯ СИСТЕМА ОДНОЙ ЗАДНЕЙ БУТЫЛКИ XLAB СОХРАНЯЕТ от 102 до 129 секунд

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ:

  • XLAB TORPEDO АЭРОБАРНАЯ СИСТЕМА
  • СУМКА ДЛЯ ВЕРХНЕЙ ТРУБКИ XLAB
  • СИСТЕМА БУТЫЛКИ, ОДИНОЧНАЯ Задняя XLAB
  • ИЗВЛЕЧЕНИЕ СТАНДАРТНОЙ БУТЫЛКИ И КЛЕТКИ ИЗ РАМЫ СОХРАНЯЕТ 96 ДО 122 СЕКУНД
  • СНЯТИЕ БУТЫЛКИ И КЛЕТКИ ИЗ НИЖНЕЙ ТРУБЫ

ЭКОНОМИЯ от 7 минут 21 секунды (при 25 миль в час) до 9 минут 15 секунд (при 20 миль в час)

Важность аэродинамики в условиях, близких к вакууму

Основная причина низкого давления внутри труб Hyperloop заключается в повышении эффективности за счет снижения аэродинамического сопротивления. Это может быть достигнуто, поскольку сопротивление линейно зависит от плотности воздуха. Таким образом, наличие 0,1% атмосферы приведет к аэродинамическому сопротивлению 0,1% по сравнению с сопротивлением, которое можно было бы испытать на уровне моря. Однако это справедливо только в том случае, если можно предположить, что объем вокруг транспортного средства бесконечно большой, что является идеальным допустимым предположением для самолета. Контейнер Hyperloop нарушает это предположение, поскольку стенки трубы плотно прилегают к транспортному средству. Таким образом, капсула Hyperloop чем-то напоминает сверхзвуковую аэродинамическую трубу с подавленным потоком и, как следствие, ударными волнами.Эта статья дает представление от до сложной аэродинамики, которая задействована в гиперпетле на полной скорости.

Уравнение сопротивления описывает полное сопротивление, испытываемое телом, погруженным в газ, и зависит от динамического давления (0,5 ρ V 2 ), коэффициента сопротивления (C L ) и поверхности тела (S). . Аэродинамическое сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости в дозвуковой (M <1) области в соответствии с уравнением сопротивления:

Верхняя и нижняя стороны вокруг гондолы Hyperloop действуют как сжимающиеся-расширяющиеся сопла, которые являются сценариями, которые были тщательно изучены для аэродинамических труб и воздухозаборников для сверхзвуковых струй.Обтекание контейнера ускоряется по мере того, как площадь обхода уменьшается до максимального значения M = 1 в так называемой горловине (место, где площадь обхода минимальна). Воздушный поток будет заблокирован, если скорость капсулы превысит эту отметку. Это вызывает значительное увеличение сопротивления давления, и в хвосте начинают появляться ударные волны. Это известно как предел Кантровица, но иногда его называют пределом изэнтропического сжатия.

Чтобы проанализировать этот предел Кантровица и его эффекты, необходимо ввести еще одно понятие — коэффициент блокирования. Этот параметр определяется как отношение фронтальной площади гондолы к общей площади трубки. Высокий коэффициент блокировки означает, что трубка находится близко к стороне контейнера Hyperloop, а низкий коэффициент блокировки означает, что между контейнером Hyperloop и трубкой имеется большое пространство. Комбинация между коэффициентом блокировки и скоростью гондолы определяет, достигается ли предел Кантровица, как показано на рисунке 1. На этом рисунке вместо скорости используется число Маха. Число Маха просто определяется как отношение между скоростью и локальной скоростью звука (где M = 1 равно скорости звука).Все, что находится справа от синей линии на Рисунке 1, приведет к достижению этого предела. Это означает, что для скоростей, близких к скорости звука, требуется очень низкий коэффициент блокировки для предотвращения достижения предела Кантровица.

Рисунок 1: Предел Кантровица как функция коэффициента блокировки и числа Маха

Как было сказано ранее, скорость воздушного потока увеличивается от скорости набегающего потока перед капсулой до точной скорости звука в горловине, при которой поток перекрывается. В этот момент массовый расход воздуха максимален. То есть, если контейнер продолжит ускоряться, дополнительный воздух больше не сможет течь вдоль контейнера, увеличивая давление перед ним. Проще говоря; недостаточно воздуха может течь вокруг капсулы, поэтому капсула должна будет протолкнуть перед собой воздушный карман.

Другой неотъемлемый эффект засоренного потока — создание ударных волн в хвосте. Влияние на сопротивление моделируется с помощью аналитических уравнений, которые позже были проверены с помощью вычислительной гидродинамики (CFD).Профиль сопротивления показан на рисунке 2. Он был смоделирован с коэффициентом блокирования 0,71, давлением в трубке 100 Па, длиной контейнера 30 м и температурой 288,15 К, что является реалистичным сценарием для контейнера Hyperloop, разработанного Delft Hyperloop. (см. «Проектирование пассажирского отсека Delft Hyperloop»). Когда гондола достигает 200 км / ч, поток перекрывается, что приводит к резкому увеличению сопротивления с 40 до 690 Н.

Первоначальная идея Илона Маска заключалась в том, чтобы поставить перед капсулой огромный компрессор, который уменьшил бы это повышение давления.Однако для этого потребуется степень сжатия, в несколько раз превышающая нынешние компрессоры, используемые в реактивных двигателях, которые уже выходят за рамки предела. Кроме того, чтобы справиться с выделением тепла внутри компрессора, потребуется установка специальной системы охлаждения, что еще больше усложняет ситуацию. Более реалистичный подход к проектированию с учетом аэродинамики высоких скоростей состоит в том, чтобы справиться с повышенным сопротивлением за счет соответствующей конструкции силовой установки. Форму гондолы Hyperloop можно оптимизировать для аэродинамических характеристик с помощью CFD с учетом аэродинамических эффектов, описанных в этой статье.

Автор Delft Hyperloop, март 2019 г.

(PDF) Аэродинамический анализ и оптимизация конструкции транспортировки откачанных труб

Датчики и преобразователи, Vol. 158, выпуск 11, ноябрь 2013 г., стр. 414-420

415

2. Анализ аэродинамики

На основе Pro / E, чтобы взять высокоскоростной поезд для эталона модели

, параметрическая модель системы была построена

. При условии многополевой связи,

с использованием программного обеспечения FLUENT для моделирования воздушного потока был завершен анализ численного аэродинамического моделирования

поезда

.И в статье исследованы законы

, такие как атмосферное давление в откачиваемой трубе

, скорость движения, геометрия локомотива

и соотношение размеров поезда и трубы влияют на воздух — сопротивление

и аэродинамический подъем.

2.1. Параметризованное моделирование системы

Аэродинамические характеристики поезда ЭТТ связаны с видимой структурой поезда

. Обтекаемая часть модели

и кривизна перехода кузова напрямую влияют на аэродинамические характеристики

.Хорошая конструкция поверхности головки

может эффективно снизить сопротивление воздуха, волну давления

и аэродинамический шум во время работы [3]. Поскольку

реальные детали нижней и внешней поверхности поезда

являются сложными, для упрощения расчета модель поезда

упрощается соответствующим образом, исходя из предпосылки

, что это не влияет на результат [4]. В этой статье для моделирования и анализа использовалась модель трех поездов

, то есть головной поезд секции

(17.5 м), средний состав (25 м) и хвостовой состав

(17,5 м). Физическая модель системы ETT —

, созданная в рамках Pro / E (рис. 1). Он может предоставить аналитическую модель

для следующего этапа исследования такого параметра системы

, как коэффициент перекрытия трубы и кривизна корпуса

, влияющая на аэродинамику системы под

, связывающим поле сверхвысокоскоростного воздушного потока с полем аэродинамического сопротивления

.

Рис. 1. Параметрическое моделирование ЭТТ.

2.2. Создание сетки и построение

граничных условий

В статье предполагалось, что поезд имеет гладкую геометрию

, колеса, рельсы и шпалы

не учитывались, а упрощенная балластная кровать превращалась в гладкую

и плоскую. В условиях, чтобы не влиять на

, текущий рядом с поездом, выберите ограниченную длину

вместо бесконечно длинной откачиваемой трубы, при этом

соблюдайте достаточно большое расстояние от границы

расчетной области до поезда Поверхность, которая создавала поток воздуха

, мало влияла на поток региональной границы

во время движения поезда.В документе

установлена ​​откачиваемая труба длиной 120 м, и каждое расстояние

составляет 30 м как головной, так и хвостовой части на расстоянии

от границы импорта и экспорта откачанной трубы

.

Чтобы импортировать модель системы ETT в CFD ICEM

и связать поезд и откачанный бак, в

задайте скорость входа, экспорт откачанного давления в расчетной области

в трубе и граничные

условия ETT (Рис. .2). Используя неструктурированный тетраэдр

для сетки ETT, в то же время проверьте качество сетки

, чтобы удовлетворить вычислительным требованиям

, наконец, программное обеспечение CFD может вывести файл сетки

ETT [5].

Рис. 2. Граничные условия системы.

2.3. Создание и расчет устойчивой модели турбулентности

2.3.1. Создание устойчивой турбулентной модели

Поле воздушного потока вокруг поезда имеет очевидную характеристику турбулентного потока

, такую ​​как разделение пограничного слоя

, следовой поток.Турбулентность — это своего рода очень сложный и неустойчивый трехмерный поток с треком

хаотично, взаимно пересекающимся, быстро меняющимся и

нерегулярным вращением во времени. Различные физические параметры

, такие как скорость, давление и т. Д., Имеют

случайных изменений во времени и пространстве. В настоящее время в инженерных расчетах турбулентного потока

в численных расчетах

используется в основном метод усреднения по Рейнольдсу

.Чтобы сократить количество вычислений

, расчет учитывает только большой средний поток в масштабе

и закрытую модель турбулентности [6].

Из-за этого высокого числа Рейнольдса расчет поля потока

трудно сойтись, и в этой статье

используются разные скорость движения и давление в трубке и разные числа Маха

при различных рабочих условиях

. Поэтому не принимать во внимание сжимаемость воздуха

, и все состояние трактовалось как несжимаемое

.Основные уравнения управления для несжимаемого потока

в виде формулы (1):

0 =

i

i

x

u (1)

, где i

u — скорость поля потока вокруг поезд и

соответственно представляют компоненты скорости трех направлений

по координате x, y, z; i

x

соответственно представляют три координатных направления.

Принцип Бернулли | SKYbrary Aviation Safety

Описание

В гидродинамике принцип Бернулли гласит, что увеличение скорости жидкости происходит одновременно с уменьшением давления или уменьшением потенциальной энергии жидкости . Принцип назван в честь Даниэля Бернулли, швейцарского математика, который опубликовал его в 1738 году в своей книге «Гидродинамика».

Практическое применение принципа Бернулли — трубка Вентури. Трубка Вентури имеет впускное отверстие для воздуха, которое сужается до горловины (суженной точки), и выпускную секцию, диаметр которой увеличивается по направлению к задней части. Диаметр выхода такой же, как у входа. Масса воздуха, поступающего в трубку, должна точно равняться массе на выходе из трубки. При сужении скорость должна увеличиваться, чтобы пропустить такое же количество воздуха за то же время, что и во всех других частях трубки.Когда воздух ускоряется, давление также уменьшается. После сужения поток воздуха замедляется, а давление увеличивается.

Применения в авиации

Принцип Бернулли можно использовать для расчета подъемной силы на аэродинамической поверхности, если известно поведение потока жидкости в непосредственной близости от фольги. Например, если воздух, проходящий мимо верхней поверхности крыла самолета, движется быстрее, чем воздух, проходящий мимо нижней поверхности, то принцип Бернулли подразумевает, что давление на поверхности крыла будет ниже выше, чем ниже. Эта разница давлений приводит к возникновению подъемной силы, направленной вверх. Если известно распределение скорости относительно верхней и нижней поверхностей крыла, подъемные силы могут быть рассчитаны (с хорошим приближением) с использованием уравнений Бернулли.

На рисунке 1 показано типичное поперечное сечение крыла для полета на малой скорости.

Трубка Пито и статический порт на летательном аппарате используются для определения воздушной скорости самолета. Эти два устройства подключены к индикатору воздушной скорости, который определяет динамическое давление воздушного потока, проходящего мимо самолета.Динамическое давление — это разница между давлением торможения и статическим давлением. Принцип Бернулли используется для калибровки индикатора воздушной скорости, чтобы он отображал указанную воздушную скорость, соответствующую динамическому давлению.

Статьи по теме

Дополнительная литература

О некоторых аспектах использования ударных труб в аэродинамических исследованиях

Б. Д. Хеншолл

Аннотация:

Недавно возродился интерес к аппарату, который был впервые разработан пятьдесят лет назад.Это устройство, известное сегодня как ударная труба, состоит из простого воздуховода, который может быть закрыт или открыт с одного конца и закрыт с другого конца. Диафрагма разделяет этот канал на два отсека, которые изначально содержат газы под разным давлением. При разрыве диафрагмы происходит неустойчивое движение газа. Был проведен обзор существующей теории ударных труб и экспериментальных результатов; Особое внимание было уделено особенностям реального течения в ударной трубе, которые расходятся с идеальной невязкой теорией.Подробно сформулирована основная теория идеальной ударной трубы; с использованием тех параметров, которые имеют наибольшее практическое значение, и впоследствии были разработаны диаграммы характеристик, позволяющие быстро разработать аэродинамический дизайн ударных труб с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Экспериментальные результаты расходятся с простой идеальной теорией, упомянутой выше, главным образом потому, что в реальном потоке в ударной трубе присутствуют вязкие эффекты. Тщательный анализ имеющихся экспериментальных данных позволил выявить ряд важных параметров, которые должны быть включены в любую модифицированную теорию течения в ударной трубе.Новый аналитический подход привел к развитию теории течения в ударной трубе, которая включала эффекты роста пограничного слоя на стенках ударной трубы и объясняла некоторые особенности фактических режимов течения, которые расходятся с идеальной невязкой теорией. Как представлено здесь, теория ограничивается потоками в ударной трубе, где ударная волна слабая, а пограничные слои на стенках трубы являются ламинарными и несжимаемыми. Полное решение потока в ударной трубе, включая влияние вязкости, является чрезвычайно сложной проблемой, но есть надежда, что настоящий анализ может быть полезным первым шагом на пути к полному решению.Параллельно с вышеупомянутой теоретической работой была предпринята разработка и изготовление установки с ударной трубой. Низкая стоимость была одним из главных критериев этой конструкции, и в итоге была выбрана ударная труба из красного дерева. (Считается, что ударная труба Bristol первой использует деревянную конструкцию.) Для установки было разработано вспомогательное оборудование, и особое внимание было уделено оптическому и электронному оборудованию. Разработка аппарата, и в первую очередь электронных приборов, заняла значительное время; но в конечном итоге была проведена детальная калибровка ударной трубы.Наконец, были получены синхронизированные фотографии нестационарной дифракции ударной волны над клином; это проиллюстрировало одну главную. применение ударной трубы, т. е. исследование нестационарных течений. В заключение, возможное будущее развитие и использование ударных труб в аэродинамических исследованиях обсуждается в свете недавних экспериментальных и теоретических работ.

.

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *