АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА
установка,
создающая поток воздуха или газа для эксперимент. изучения явлений, сопровождающих
обтекание тел. С помощью А. т. определяются силы, возникающие при полёте
самолётов и вертолётов, ракет и космич. кораблей, при движении подводных
судов в погружённом состоянии; исследуются их устойчивость и управляемость;
отыскиваются оптимальные формы самолётов, ракет, космич. и подводных кораблей,
а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также
нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения - мосты,
мачты электропередач, дымовые трубы и т. п. В спец. А. т. исследуется нагревание
и теплозащита ракет, космич. кораблей и сверхзвуковых самолётов.
Опыты в А. т. основываются
на принципе обратимости движения, согласно которому перемещение тела относительно
воздуха (или жидкости) можно заменить движением воздуха, набегающего на
неподвижное тело. Для моделирования движения тела в покоящемся воздухе
необходимо создать в А. т. равномерный поток, имеющий в любых точках равные
и параллельные скорости (равномерное поле скоростей), одинаковые плотность
и темп-ру. Обычно в А. т. исследуется обтекание модели проектируемого объекта
или его частей и определяются действующие на неё силы. При этом необходимо
соблюдать условия, к-рые обеспечивают возможность переносить результаты,
полученные для модели в лабораторных условиях, на полноразмерный натурный
объект (см. Моделирование, Подобия теория). При соблюдении этих условий
аэродинамические коэффициенты для исследуемой модели и натурного объекта
равны между собой, что позволяет, определив аэродинамич. коэффициент в
А. т., рассчитать силу, действующую на натуру (напр., самолёт).
Прототип А. т. был создан
в 1897 К. Э. Циолковским, использовавшим для опытов поток воздуха на выходе
из центробежного вентилятора. В 1902 Н. Е. Жуковский построил А. т., в
к-рой осевым вентилятором создавался возд. поток со скоростью до 9 м/сек.
Первые А. т. разомкнутой схемы были созданы Т. Стантоном в Нац. физ. лаборатории
в Лондоне в 1903 и Н. Е. Жуковским в Москве в 1906, а первые замкнутые
А. т.- в 1907 - 1909 в Гёттингене Л. Прандтлем и в 1910 Т. Стантоном. Первая
А. т. со свободной струёй в рабочей частя была построена Ж. Эйфелем в Париже
в 1909. Дальнейшее развитие А. т. шло преим. по пути увеличения их размеров
и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель), к-рая
является одной из осн. характеристик А. т.
В связи с развитием артиллерии,
реактивной авиации и ракетной техники появляются сверхзвуковые А. т., скорость
потока в рабочей части к-рых превышает скорость распространения звука.
В аэродинамике больших скоростей скорость потока или скорость полёта летат.
аппаратов характеризуют числом М=v/а (т. е. отношением скорости потока
v к скорости звука а). В соответствии с величиной этого числа А. т. делят
на 2 осн. группы: дозвуковые, при М<1, и сверхзвуковые, при М > 1.
Д о з в у к о в ы е
а э р о д и н а м ич е с к и е
т р у б ы. Дозвуковая А. т. постоянного действия (рис. 1) состоит из рабочей
части l, обычно имеющей вид цилиндра с поперечным сечением в форме круга
или прямоугольника (иногда эллипса или многоугольника). Рабочая часть А.
т. может быть закрытой или открытой (рис. 2, а и б), а если необходимо
создать А. т. с открытой рабочей частью, статич. давление в к-рой не равно
атмосферному, струю в рабочей части отделяют от атмосферы т. н. камерой
Эйфеля (рис. 2, в) (высотной камерой). Исследуемая модель 2 (рис. 1) крепится
державками к стенке рабочей части А. т. или к аэродинамич. весам 3. Перед
рабочей частью расположено сопло 4, к-рое создаёт поток газа с заданными
и постоянными по сечению скоростью, плотностью и темп-рой (6 - спрямляющая
решётка, выравнивающая поле скоростей). Диффузор 5 уменьшает скорость и
соответственно повышает давление струи, выходящей из рабочей части. Компрессор
(вентилятор) 7, приводимый в действие силовой установкой 8, компенсирует
потери энергии струи; направляющие лопатки 9 уменьшают потери энергии воздуха,
предотвращая появление вихрей в поворотном колене; обратный канал 12 позволяет
сохранить значит.часть кинетич. энергии, имеющейся в струе за диффузором.
Радиатор 10 обеспечивает постоянство темп-ры газа в рабочей части А. т.
Если в к.-л. сечении канала А. т. статич. давление должно равняться атмосферному,
в нём устанавливают клапан 11.
Размеры дозвуковых А. т.
колеблются от больших А. т. для испытаний натурных объектов (напр., двухмоторных
самолётов) до миниатюрных настольных установок.
А. т., схема к-рой приведена
на рис. 1, относится к типу т. н. замкнутых А. т. Существуют также разомкнутые
А. <т., в к-рых газ к соплу подводится из атмосферы или спец. ёмкостей.
Существ. особенностью дозвуковых А. т. является возможность изменения скорости
газа в рабочей части за счёт изменения перепада давления.
Согласно теории подобия,
С в е р х з в у к о в ы е
В диффузоре сверхзвуковой
Рис. 2. Схемы рабочей части
В сверхзвуковой А. т. потери
В сверхзвуковом сопле по
для того чтобы аэродинамич. коэффициенты у модели и натуры (самолёта, ракеты
и т. п.) были равны, необходимо, кроме геомет-рич. подобия, иметь одинаковые
значения чисел М и Рейнольдса числа Re в А. т. и в полёте (Re = pvl/u;
о-плотность среды, д - динамич. вязкость, / - характерный размер тела).
Чтобы обеспечить эти условия, энергетич. установка, создающая поток газа
в А. т., должна обладать достаточной мощностью (мощность энергетич. установки
пропорциональна числу М, квадрату числа Re и обратно пропорциональна статич.
давлению в рабочей части р
а э р о д ин а м и ч е с к и е т р у б ы . В общих чертах схемы сверхзвуковой
и дозвуковой А. т. аналогичны (рис. 1 и 3). Для получения сверхзвуковой
скорости газа в рабочей части А. т. применяют т. н. сопло Лаваля, к-рое
представляет собой сначала сужающийся, а затем расширяющийся канал. В сужающейся
части скорость потока увеличивается и в наиболее узкой части сопла достигает
скорости звука, в расширяющейся части сопла скорость становится сверхзвуковой
и увеличивается до заданного значения, соответствующего числу М в рабочей
части. Каждому числу М отвечает определённый контур сопла. Поэтому в сверхзвуковых
А. т. для изменения числа М в рабочей части применяют сменные сопла или
сопла с подвижным контуром, позволяющим менять форму сопла.
А. т. скорость газа должна уменьшаться, а давление и плотность возрастать,
поэтому его делают, как и сопло, в виде сходящегося - расходящегося канала.
В сходящейся части сверхзвуковая скорость течения уменьшается, а в нек-ром
сечении возникает скачок уплотнения (ударная волна), после к-рого скорость
становится дозвуковой. Для дальнейшего замедления потока контур трубы делается
расширяющимся, как у обычного дозвукового диффузора. Для уменьшения потерь
диффузоры сверхзвуковых А. т. часто делают с регулируемым контуром, позволяющим
изменять минимальное сечение диффузора в процессе запуска установки.
аэродинамической трубы (d - закрытая, б - открытая, в - открытая рабочая
часть с камерой Эйфеля): 1 - модель; 2 - сопло; 3 - диффузор; 4 - струя
газа, выходящего из сопла; 5 - камера Эйфеля; 6 - рабочая часть.
энергии в ударных волнах, возникающих в диффузоре, значительно больше потерь
на трение и вихреобразование. Кроме того, значительно больше потери при
обтекании самой модели, поэтому для компенсации этих потерь сверхзвуковые
А. т. имеют многоступенчатые компрессоры и более мощные силовые установки,
чем дозвуковые А. т.
мере увеличения скорости воздуха уменьшаются его темп-pa Т и давление р;
при этом относит. влажность воздуха, обычно содержащего водяные пары, возрастает,
и при числе М
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я