Аэродинамическая труба онлайн: Виртуальная визуальная аэродинамическая лаборатория. Надо-не надо?

Аэродинамическая труба АЭРОДИНАМИКА, Говорово: лучшие советы перед посещением

Посетили аэродинамику 20 февраля 2021 года. Решили таким образом отметить день рождения ребенка-11 лет. Купили программу за 7300, которая включала 16 мин полета в аэротрубе, 4 аттакциона (виртуальная реальность, авиосимулятор, автосимулятор, лазерный квест) и 2 аттакциона дали в подарок в честь дня рождения. Причем, на сам день рождения ребенок заболел, и его просто перенесли попозже. Подарки в виде 2 аттакционов сохранились. И да, бронировать полет нужно заранее, лучше недели за две, не меньше, и бронь платная. В нашем случае, бронь составила 2500.
Итак, что понравилось: конечно сам полет! Ради которого туда, собственно, и поехали. Это совершенно не страшно (хотя я лично почему-то об этом совсем не думала, наверное любитель адреналина, но в умеренных дозах:). Перед полетом проводят инструктаж, дают костюмы, шлемы и беруши, а вот кроссовки надо взять с собой. В трубе с вами будет инструктор, который будет вас держать, крутить, и если будете хорошо себя вести (в моем случае не напрягаться, а расслабляться:)), то поднимется с Вами спиралевидно вверх, потом так же вниз, и так несколько раз. Это, так сказать, изюминка полета.
После «трубы» мы переоделись и отправились на этаж выше-там были вышеупомянутые аттракционы. Там же стоят банкетные столы для детских праздников — ну это для больших компаний. Что могу сказать о самих аттракционах: если честно, мне, взрослому человеку, не понравилось, скучно, блин (если только виртуальная реальность более — менее) А вот детишкам, опять же, смотря какого возраста и характера:), ну лет до 10 то точно, должно понравиться. Собственно, для них это и сделано.

Кстати, еще про полет: Ваш полет снимается на камеру и отсылается Вам на электронную почту, в случае, если Вы ее укажите. Но вот тут возник косяк именно с видео нашего полета: наш папа (мой муж) летать с нами не стал-проблемы со спиной-решил не рисковать, поэтому к нам с сыном «подселили» другого человека (или нас к нему), который летал один, без семьи. В итоге на видео были мы с ребенком и этот «чужой» человек. Не прикольно. Думаю, что этому человеку тоже не к чему чужие люди в этом видео. Могли бы как то смонтировать по другому. Хорошо, что муж снимал нас на камеру своего телефона. Свое видео даже получше получилось, хотя бы без «чужих»:) Еще Вас будет снимать фотограф, потом предложит магнитики и фото, естественно, за дополнительную плату. Мы взяли. Висят теперь на холодильнике, радуют…
В целом, неплохо провели время. Само помещение теплое, чистое, персонал вежливый, в общем уютненько.

P.S.: После полета лично у меня приличненько так болела спина дня два, немного болели руки, у ребенка только руки. Ребенок сказал, что не напрягался в трубе, просто лежал в потоке воздуха. Так что расслабьтесь, товарищи, и получайте удовольствие!

Что заменит аэродинамическую трубу в ближайшем будущем

Аэродинамическую трубу заменила радуга в мониторах

В июле 2010 года, в начале работ над седаном XE, инженеры Jaguar попробовали то, что раньше не пробовали. Они не стали клеить полноразмерную модель из жесткой пены для испытаний в аэродинамической трубе. Вместо этого инженеры воспользовались научной разработкой, имя которой Computational Fluid Dynamics (CFD) или «Вычислительная гидродинамика». Вычислительная гидродинамика — это подраздел механики сплошных сред. В ней используют физические, математические, численные методы высчитывания характеристик потоковых процессов.

Как работает Computational Fluid Dynamics на компьютере

1. В компьютер закладывают условия, при которых будет использоваться автомобиль. Условия включают температуру воздуха, сопротивление покрышек, силу и направление ветра, скорость движения автомобиля, плотность воздуха, геометрию автомобиля.
2. Затем программа делает вычисления и рисует наглядную картинку с разноцветными потоками воздуха и результатами вычислений.
3. По картинке и цифровым вычислениям видно какой элемент кузова в наибольшей степени сопротивляется воздушному потоку. Дизайнер меняет рисунок кузова, и процедура повторяется.

С цифровой имитацией моделей, вместо традиционных физических прототипов из пены, удалось ускорить и удешевить работу с аэродинамическими качествами автомобиля.

История аэродинамических труб

Первую трубу в 1871 году собрал член Совета Королевского авиационного общества Великобритании Фрэнсис Гербер Уэнхем, для проверки аэродинамических свойств крыла. Вторую построил русский военный инженер В. А. Пашкевичем, для тестирования аэродинамических свойств артиллерийских снарядов. В 1901 году Братья Райт использовали трубу для подбора пропеллера нужного размера изобретая Wright Flyer. Wright Flyer — первый самолет поднявшийся в воздух на тяге двигателя с человеком внутри и сумевший приземлится. Гюстав Эйфель провел тысячи испытаний в аэродинамических трубах, которые построил на Марсовом поле и в Отее под Парижем. На основании экспериментов Г. Эйфель выдвигал гипотезы по влиянию аэродинамики на твердые тела и возможности строительства самолета тяжелее воздуха. Под Эйфелевой башней построена миниатюрная аэродинамическая труба в честь создателя.

Сегодня аэродинамические трубы — это палочка-выручалочка для автокомпаний, добивающихся экономии топлива автомобилей за счет снижения сопротивления воздуха. Успехи, достигнутые Jaguar и Tesla в испытании аэродинамических свойств автомобилей с CFD, дают сигнал, что скоро аэродинамические трубы уйдут в историю.

Когда начали применять CFD

CFD уже полвека, но применять для тестирования автомобилей ее начали только недавно за счет появления сверхмощных компьютеров. В симуляциях CFD молекулы воздуха текут по линиям тока, которые проходят над, под или через гипотетический автомобиль. Каждое изменение импульса молекулы при движении вокруг автомобиля приводит к небольшому усилию, приложенному к транспортному средству. CFD суммирует эти изменения импульса и их направления для количественной оценки общей силы нагрузки в горизонтальной плоскости (аэродинамического сопротивления), и изменений в нагрузках на колеса (аэродинамического подъема), плюс другую полезную информацию.

Jaguar и Tesla пользуются программным обеспечением PowerFLOW (PF) CFD, разработанным компанией Exa. Компания базируется с 1991 года в Бостоне и создает инструменты моделирования для разработчиков автомобилей. «Внутри» суперкомпьютера, PF передает цифровой поток воздуха по детализированной математической модели транспортного средства, чтобы измерить сопротивление машины. Помимо определения числового значения аэродинамического сопротивления и подъема, PF сочетается с другим программным обеспечением Exa, которое способно измерить уровень внутреннего и внешнего шума, связанного с воздушным потоком, эффективность охлаждения трансмиссии и компонентов шасси, хорошо ли кондиционер охлаждает кабину. О том, как компьютеры помогают избежать попадания дефектной детали в автомобиль или как прогнозируют поведение машины в краш-тесте, уже писали здесь.

CFD дает наглядное понимание того, что происходит с автомобилем, чего не видят глаза. Цветная картинка показывает инженеру, как работают общие характеристики конструкции с точки зрения коэффициентов сопротивления и подъема. Указывает ему как распределяется давление и структуры потока, лежащие в основе аэродинамики. Благодаря этому можно быстро вносить изменения и быстрей приходить к намеченной цели, чем с аэродинамической трубой.

Дополнительные возможности CFD

С помощью CFD можно посмотреть достаточно ли охлаждается трансмиссия, тормоза, соответствует ли диаметр шин нагрузкам, которые придется испытать автомобилю. Кроме аэродинамических и тепловых результатов, CFD оказался полезным для моделирования потока дождевой воды над автомобилем. Окуная машину в голографический дождь, инженеры смотрят как справляются стеклоочистители с работой, плюс определяют степень налипания грязи на кузов автомобиля при езде по бездорожью.

Как проектировали Jaguar XE c CFD

Математическую модель нового XE получили, отсканировав глиняный прототип автомобиля, созданный скульпторами. Получившийся файл содержал миллионы точек, описывающих внешние линии XE, включая шины. Математические модели двигателя, трансмиссии, подвески, тормозов и колес, добавили в описательный файл XE отдельно. Программами компьютерного проектирования дизайна (CAD) и компьютерного проектирования инженерных свойств автомобиля (CAE) оценили напряжение и деформацию цельного кузова XE, сопротивление отдельных элементов при столкновении, определили сколько будет весить готовый автомобиль. CAD и CAE также полезны для проектирования емкостей, необходимых для отливки блока двигателя, бамперов, штамповки панелей кузова. При помощи математического моделирования моделей и испытаний на компьютере, проектировка нового автомобиля сокращается на годы.

С математической моделью XE в руках, инженеры Jaguar использовали программу PF для точной прорисовки форм автомобиля с наилучшими аэродинамическими качествами. Первой значительной проблемой, с которой столкнулись разработчики был, обдув передних тормозов достаточным потоком охлаждающего воздуха. Решили задачу путем установки воздуховодов, направивших потоки ветра через облицовку кузова к суппортам и роторам.

Чтобы укрепить уверенность в полученных математических результатах, инженеры Jaguar сравнили результаты CFD с традиционными измерениями в аэродинамической трубе. Корреляция была превосходной, поэтому работу с программами Exa продолжили.

После 1200 корректировок с помощью CFD, инженеры Jaguar сократили коэффициент аэродинамического сопротивления XE до 0,26. Это лучший результат за все время существования модели. Без сверхмощных компьютеров инженерам потребовалось бы 8 миллионов вычислительных часов (что эквивалентно 8000 часам испытаний в аэродинамической трубе).

Серийный Jaguar XE выпущен 13 апреля 2015 года.

Как использовали CFD в Tesla

Инженеры Tesla Model S, обнаружили, что программа для моделирования PF полезна для изучения и улучшения воздушного потока в передних крыльях и колесных арках. Когда поток воздуха сталкивается с колесом под углом, то боковая сторона шины действует как ведро захватывающее воздух, создавая значительное сопротивление. Инженерам Tesla удалось смоделировать кузов автомобиля так чтобы встречный воздух соприкасался с передними колесами не под углом, а перпендикулярно, сокращая сопротивление. С помощь программы PF в Tesla удалось также минимизировать сопротивление и шум, возникающий внутри кабины при открытом люке и опущенных окнах.

Моделирование кузова пошло быстрее, чем при испытаниях в аэродинамической трубе, и дало больше информации. Ранняя концепция дизайна модели Tesla S имела коэффициент сопротивления 0,32. Первоначальные глобальные изменения формы кузова снизили сопротивление до 0,27, а последующие мелкие штрихи до 0,24.

Вице-президент Exa доктор Алесь Алайбегович объясняет: «Аэродинамические трубы показывают, что происходит с автомобилем при соприкосновении с потоками воздуха, сообщая коэффициент аэродинамического сопротивления. Но они не отвечают на вопрос «почему так происходит и как это изменить?». На дороге автомобили испытывают боковой ветер и турбулентность, которую туннели не могут точно смоделировать. Значит, некоторые воздушные дефлекторы и воздуховоды, разработанные в аэродинамической трубе, могут не работать на дороге. Программное обеспечение PF помогает этого избежать».

Итог

Инструменты CFD, такие как программа PF, учитывают дополнительные дорожные условия при тестировании и разработке автомобилей. В аэродинамической трубе эти условия учесть невозможно. Аэродинамические испытания в трубах и тоннелях это трудозатратно, дорого и не так эффективно, как с математической моделью в компьютере. Математическое моделирование при помощи CFD определит аэродинамическое сопротивление автомобиля, учтет погоду, покрытие дороги, размер колес, плотность воздуха, боковой ветер, наглядно покажет прорехи в аэродинамике автомобиля. Аэродинамическая труба лишь сообщит коэффициент сопротивления воздуху, а значит проиграет CFD в сухую.

Тестирование аэродинамики в компьютере помогает уменьшить сопротивление воздуху автомобилем, а значит уменьшить расход топлива, снизить себестоимость разработки за счет снижения бюджета на тестирование модели, ускорить проектировку и сборку машины.

Полёт в аэродинамической трубе: чего ожидать

В настоящее время появилось немало уникальных развлечений. Некоторые из них можно назвать даже экстремальными или крайне увлекательными. К примеру, полет в аэротрубе приобретает стабильный спрос. Это уникальная возможность оценить, что такое ощущение свободного полёта. Испытанные эмоции станут истинным достоянием. В аэротрубе человек сможет подняться вверх, движимый мощными потоками воздуха и при этом свободно управлять собственным телом.

Многие полагают, что процесс сложный и подвластен далеко не всем. Однако это совершено не так. Под контролем опытного инструктора научиться летать может абсолютно каждый. При этом важно учитывать противопоказания, если таковые имеются. Изначально, желающим вспарить ввысь, проводят тщательную инструкцию и тренировочную разминку. Клиенту детально расскажут, как правильно себя вести в момент нахождения в аэротрубе и как реагировать на различные ситуации. Развлечение безопасное и не содержит серьёзных рисков. Этому моменту уделяется очень много внимания.

После того, как человек набирается некоторого опыта, он сможет не только парить в воздухе в одной позе, но и выполнять различные повороты и движения, а также трюки. Со временем каждый научится чувствовать скорость падения и контролировать её. Процесс действительно увлекательный. Досуг может подарить массу новых и ярких эмоций. Таковой присутствует возможность практиковать всей семьёй. Вылететь за пределы конструкции просто не получится. Можно не переживать на сей счёт. Развлечение придётся по душе и детям, и их родителям.

Когда будете искать поставщика услуги, то обратите внимание на квалификацию инструкторов. Большой плюс, если задействованы мастера по парашютному спорту с большим опытом.

Аэротрубу смело можно назвать одним из наиболее инновационных аттракционов среди ныне существующих. Некоторый порог травматичности и опасности всё же существует. Именно поэтому нужно делать всё последовательно и внимательно слушать инструкторов. В таком случае удастся получить от процесса только удовольствие. Самостоятельный полёт в воздухе способен подарить незабываемые ощущения. Поспешите убедиться в этом лично. Стоимость досуга оправдает себя, уж поверьте.

18+

На правах рекламы

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Оценка текста

читайте также

Переводчик – словарь и онлайн перевод на английский, русский, немецкий, французский, украинский и другие языки. | ★ Как перевести «аэродинамическая труба для детей

Snake in the tunnel

The snake in the tunnel was the first attempt at European monetary cooperation in the 1970s, the years aimed at limiting fluctuations between different European currencies. It was an attempt of creating a single currency band for the European economic community, in fact, binding of all of the EEC currencies to one another. Pierre Werner presented a report on the economic and monetary Union in the EEU on October 8, 1970. The first of three recommended steps to coordinate economic policy and a reduction in fluctuations between European currencies. With the abandonment of the Bretton woods system with the Nixon shock in 1971, the Smithsonian agreement set bands of ±2.25% for currencies to move relative to their Central rate against the U.S. dollar. It is a tunnel within which European currencies could trade. However, it involves far more group in which they can move relative to each other: for example, if the currency and in the lower part of its range, it could appreciate by 4.5% against the dollar, and currency if started in the upper part of its range it could depreciate by 4.5% against the dollar. If it happened at the same time, the currency would have appreciated by 9% against currency B. This was seen as excessive, and the Basle agreement in 1972 between the six existing EEC members and three about to join established a snake in the tunnel with bilateral limits between their currencies limited to 2.25%, implying a maximum change between any two currencies of 4.5%, and with all the currencies tending to move together against the dollar. This agreement also led to the formal end of the sterling area. The tunnel collapsed in 1973, when the US dollar floated freely. The snake proved to be unstable, with several currencies leaving and in some cases, rejoining. By 1977, it was the German area, only the Belgian and Luxembourg franc, the Dutch Guilder, the Danish Krone and track it. The Werner plan was abandoned. The European monetary system, followed by «snakes» as a system for monetary coordination in the EEC.

F911 Аэродинамическая труба Спортивный тренажер

Александр Кулик

• 19 лет в парашютном спорте
• 1 й разряд, более 2500 прыжков
• Призёр соревнований по классическому парашютному виду спорта

• Тандем-инструктор c 2013 г.; инструтор парашютно-десантной подготовки
• Спасатель 1 класса

Хобби: сноуборд

«Работа в аэротрубе расширяет кругозор новых навыков, позволяет быть в форме, общаться с огромным количеством людей и профессиональным коллективом, совершенствоваться и оттачивать мастерство»

Сергей Рознин

• 20 лет в парашютном спорте
• 1 разряд, более 2100 прыжков
• Участник парашютных рекордов по построению больших формаций в свободном падении: рекорд Екатеринбурга (15 way), рекорд Урала (41 way), рекорд Татарстана (90 way)
• Инструктор парашютно-десантной подготовки, воздушный оператор

Хобби: бадминтон (2 взрослый спортивный разряд), сноуборд, плавание, кулинария

Илья Топорков

• Парашютист, более 1100 прыжков
• Чемпион России, мастер спорта
• Неоднократный участник различных экстремальных соревнований
• Тандем-инструктор
• В планах развиваться в дисциплине вертикальные двойки, класс профессиональный ( VFS2 Open)

Хобби: горные лыжи, экстремальные забеги с препятствиями, парашютный спорт и плаванье

«Спорт для меня — это движение вперед! В своей работе больше всего ценю ощущение счастья, которое люди испытывают в полёте и после него, на время забывая о повседневной суете»

Клим Фефелов

• Парашютист, прыгал с самолетов Ан-2, Ан-12, Ан-24, Ан-28 и Ми-8
• Спасатель Росавиации (2 класс) и МЧС с медицинским образованием
• Клим в команде — это неиссякаемый источник позитива и энергии, «вечный двигатель», который ни минуты не бывает в покое

Хобби: сноуборд (backcountry), туризм, мотоциклы

«Однажды полетал в аэротрубе и понял, что это то новое, где я хочу развиваться! Это полет! Настоящий! Где я решаю куда и как полечу! Это восхищает!»

Владимир Жуков

• 6 лет в парашютном спорте
• Свой 193 прыжок провёл на высоте 6000 метров в компании 44 лучших фрифлаистов — рекорд России 2015 г

• Прыгал бэйс 17 раз, завершил свою бэйс-карьеру крутанув гейнер со 150 метровой ЛЭП 🙂

Хобби: ролики, скейтборд, горные лыжи и сноуборд

«Люблю скорость! Получаю огромное удовольствие от работы с людьми, отдавая им свои эмоции и знания. Считаю, что полеты в трубе и небе — целая идеология, стиль жизни и это обязательно нужно передавать человеку вместе с новыми трюками»

Проектирование и изготовление моделей для испытаний в аэродинамических трубах дозвуковых и околозвуковых скоростей

Модели в аэродинамическом эксперименте.
В аэродинамике практически все экспериментальные исследования
проводятся на моделях, геометрически подобных натурным объектам. В
зависимости от поставленной задачи и располагаемого экспериментального
оборудования модели выполняются по законам полного подобия и
частичного или неполного подобия.
Основным вопросом при создании модели является выбор размеров
модели и обеспечение
требуемых условий по воспроизведению поверхности летательного аппарата.
Как известно, при дозвуковых скоростях потока решающим критерием
является число Рейнольдса, в которое входит линейный размер
исследуемого объекта.
Размер модели определяется следующими факторами:
•размером рабочей части аэродинамической трубы;
•степенью влияния границ потока в данной трубе;
•возможностями производственной базы изготовления модели;
•энергетическими возможностями трубы;
•метрологическими возможностями трубы;
•величинами аэродинамических сил и моментов, действующих на
модель.
Как правило, все эти факторы относятся к максимально допустимым
размерам модели. Существуют также минимально допустимые размеры
модели,
которые
определяются
в
основном
метрологическими
характеристиками оборудования трубы.
С точки зрения получения максимального числа Рейнольдса, необходимо
иметь в эксперименте максимально допустимый размер модели. Если
считать технические факторы решенными, то остаются факторы, связанные с
влиянием границ потока аэродинамической трубы.
Основным параметром является так называемый индукционный
параметр CYS/F и CXS/F, a также l/В или l/D, где СY СX — коэффициенты
подъемной силы и силы лобового сопротивления модели, S площадь крыла
модели, F площадь поперечного сечения рабочей части трубы, l -размах
крыла, В, D ширина или диаметр рабочей части трубы

3. Классификация моделей

Модели
Универсальные
Специальные
Для весовых
испытаний
Штопорные
Для испытаний
на распределение
давления
Для испытаний
на флаттер
Для визуализации
течений
Динамические
Контрольные
Методические
Для испытаний с
имитацией силовой
установки
Полумодели
отсеки,
элементы ЛА
Проектирование и изготовление моделей для испытаний в аэродинамических трубах
дозвуковых и околозвуковых скоростей.
Аэродинамическая труба Т-106
Проектирование модели начинается с выдачи задания, в котором должны быть чётко
определены задачи эксперимента, состав модели, её
геометрические характеристики, координаты и плазы
контрольных сечений. Затем начинается определение
компоновки модели и подвесных устройств трубы.
Модель крепится в рабочей части трубы шарнирно в трёх точках на жёстко
натянутых стреловидных лентах в перевёрнутом положении
(Рис. 1).
Рис.1
Диапазон углов атаки модели α=−10°÷+23° или α=0°÷33°.
Смещая узлы подвески модели по вертикали, если позволяет конструкция,
можно несколько изменить эти диапазоны.
Применяемые базы подвесных устройств в Т-106:
•продольная — Lx=600мм, 800мм;
•продольная хвостовая Lx=350мм:
•продольная хвостовая для невесовых испытаний Lx=750мм, 1000мм:
• поперечная — Lz=110… 700мм, 800мм, 1000мм.
Максимальные размеры модели не должны превышать по длине 2200мм, по
размаху 1700мм, по площади крыла S
Максимальный диаметр фюзеляжа 350мм, вес модели не более 200кг.
В конструкции модели должен быть обеспечен удобный подход к узлам
подвески при монтаже модели на подвесных устройствах трубы. Для
заведения носовой (хвостовой) ленты в узел подвески носовая
(хвостовая) часть модели выполняется съёмной (Рис. 2).
Рис.2
При наличии выступающего фонаря кабины, носовая лента не должна
находиться перед ним.
Если узлы поперечной базы находятся в фюзеляже (Рис. 3), то для подхода к
ним должны быть съёмные боковые крышки. В фюзеляже выполняются
прорези для свободного хода лент в необходимом диапазоне углов атаки.
lZ ± 0.2
lZ ± 0.2
(lZ – 8)± 0.2
R15
∅10h6(-0.009)
1.25
2
1.5
7.5
15.5
5H8(+0.018)
Рис. 3
∅20
lZ ± 0.2
∅20
lZ ± 0.2
Прорези для прохода лент через фюзеляж должны быть
загерметизированы резиновыми уплотнениями (Рис.2, 3). Узлы подвески
на модели компонуются так, чтобы стреловидные ленты поперечной базы
не пересекались с крылом, горизонтальным оперением, хвостовыми
мотогондолами. При этом нужно следить, чтобы ожидаемая нагрузка на
носовую ленту не превышала 750кг.
Поперечная база должна быть удвоенной для введения методических
поправок (Рис. 4).
Обычно удвоенная база выполняется на крыле с помощью
специальных кронштейнов и должна быть строго соосна основной
поперечной базе.
При проектировании модели выдерживается геометрическое подобие
по основным частям натурного самолёта. Мелкие детали (антенны,
замки подвесок и т.п.) на модели не выполняются.
Конструкция модели должна обеспечивать 4-х кратный запас прочности.
Жёсткость должна быть такой, чтобы крутка крыла под действием
аэродинамических сил не превышала 0.25°. Погрешность в угле атаки изза изгиба фюзеляжа не должна превышать 0.1°. Жёсткость
тонких
элементов:
закрылков, горизонтального оперения и т.п.,
выбирается из условия, чтобы прогибы от ожидаемой нагрузки не
превышали 1мм.
Крыло модели изготавливается цельнометаллическим или в виде
металлического сердечника с нанесённым специальным покрытием.
Рис. 4
Все отклоняемые элементы — предкрылки, носки, закрылки,
элероны,
рули фиксируются
при помощи сменных жёстких
кронштейнов (Рис. 5), выполненных для каждого угла отклонения.
Резьба должна выполняться только в фиксаторах. Количество
крепёжных деталей должно быть минимально необходимым. Фиксация
отклоняемых органов управления должна быть надёжной и без
люфтов. Подход к крепёжным деталям должен быть легко доступным.
Крепление сменных деталей винтами предпочтительнее производить с
нижней поверхности модели. Многощелевые закрылки целесообразно
крепить с помощью жёстких кронштейнов, а звенья закрылков
монтировать в единые блоки с точным соблюдением значений
заданных углов заклинения и выдвижения каждого звена и
конфигурации щелей.
Стык крыла с фюзеляжем конструктивно может быть различным в
зависимости от аэродинамической схемы модели (Рис. 6). Крыло должно
устанавливаться на фюзеляже с жёсткой фиксацией штифтами во
избежание изменения положения при перестановках.
Фюзеляж
модели
выполняется
цельнометаллическим
или
металлический сердечник с заполнителем. Заполнитель должен быть
устойчив к механическим повреждениям, вибрациям, к резким
изменениям температуры до 70°. Носик фюзеляжа должен быть
металлическим. Для восстановления поверхности модели после съема
отдельных деталей изготавливаются подогнанные заполнители, крышки,
вкладыши.
Рис. 5
Рис. 6
В трубе Т-106 можно проводить испытания с имитацией реактивных струй
двигателей. Реактивные струи моделируются холодным сжатым воздухом.
Имеется система подвода сжатого воздуха давлением 6 атм.,
обеспечивающая расход воздуха до 5 кг/сек. Подвод воздуха к
модели
осуществляется
через подфюзеляжную стреловидную
профилированную стойку (Рис. 7). Ось поворота стойки совпадает с осью
подвески. При этих испытаниях используется продольная база Lx=350мм с
хвостовой лентой. В фюзеляже должен быть выполнен ресивер, к
которому подсоединяется подводящая стойка. К ресиверу, сгонке и
разводящей системе предъявляются специальные требования, как к сосудам,
работающим под давлением. Необходимо производить их гидроиспытания
давлением 14.5атм. Подвод сжатого воздуха к подкрыльным мотогондолам
осуществляется по герметичным каналам в крыльях и пилонах. Для
измерения эпюры полных давлений на срезе сопла выполняется гребёнка
насадков.
Для проведения испытаний и на распределение давления по поверхности
модели фрезеруются канавки, в которые укладываются трубки из
нержавеющей стали, запаянные с одной стороны. Пазы с трубками
заливаются специальной пастой, поверхность модели полируется. В
измеряемых сечениях сверлятся
приёмные отверстия 0.35÷0.5мм перпендикулярно к поверхности модели.
Трассы выводятся в фюзеляж и соединяются с датчиками давления. Трубки
перед укладкой продувают сжатым воздухом, а после укладки промывают
спиртом, продувают и проверяют на герметичность. На трубках
должны быть бирки с нанесёнными номерами дренажных точек,
соответствующими номерам точек на модели. Нумерация дренажных
точек в каждом сечении должна идти строго по возрастанию, начиная с
сечении с большим количеством трубок. Трубки от разных сечений
связываются в жгуты.
Рис. 7
Для установки датчиков давления и прокладки проводов и трубок контрольного
давления в фюзеляже выполняется полость, закрываемая крышкой для удобства доступа.
В Т-106 проводятся также исследования профилей крыльев. Для этого
изготавливаются модели изолированных крыльев (Рис. 8). Передняя и задняя крыла
выполняются
металлическими,
сердечник также. На крыле устанавливаются
кронштейны для подвески на узлах поперечной и продольной баз трубы. Требования к
поверхности модели. Модель должна быть отполирована. Поверхность должна быть
аэродинамически гладкой. На модели до полировки должны быть нанесены все
необходимые риски: контрольных сечений (для установки контрольных шаблонов),
строительной горизонтали фюзеляжа и плоскости симметрии. На шаблонах крыла и
оперения должны быть метки: название детали, номер сечения, длина хорды и
расстояние от плоскости симметрии модели. Шаблоны должны устанавливаться на
модели однозначно.
Рис. 8
С моделью должны поставляться: конструкторская документация (комплект
чертежей), теоретический чертёж со всеми привязочными размерами и таблицей
основных геометрических параметров модели, описание порядка сборки и разборки
узлов, которые перемонтируются при испытаниях, расчёт на прочность основных
силовых элементов и органов управления.
Для испытании со струями представляется акт о контрольных гидроиспытаниях на
герметичность и прочность системы развода воздуха.
Для дренированных моделей представляется схема дренажа с маркировкой дренажных
точек.
Модель поставляется в твёрдой упаковке. Острые кромки деталей должны иметь
специальную окантовку в виде съёмных чехлов.
Вместе с моделью поставляются контрольные шаблоны, сменные детали,
нестандартные инструменты, комплект запасного крепежа.
Аэродинамические трубы Т-102 и Т-103.
Проектирование начинается с анализа технического задания на проектирование модели,
где должно быть указано:
•Цель испытаний, количество вариантов компоновок и дана самая подробная
информация по теоретическим обводам фюзеляжа, крыла, хвостового оперения,
а также по обводам элементов механизации крыла и оперения.
•Диапазоны углов атаки модели «α», углов скольжения «β» и углов отклонения органов
управления и механизации крыла.
•Нагрузки X, Y, Z, Mx, My, Mz, на всю модель и на её основные части. Должны
быть указаны и координаты центров приложения нагрузок.
Определение положения модели относительно подвесных устройств весов АВТ102.
Согласно техническим условиям трубы Т-102 и Т-103 модель не должна быть
больше указанных в ТУ размеров:
Площадь крыла
0.8 м
Размах крыла
2.5 м.
Габаритная длина
2.5 м
Диаметр фюзеляжа
0,4 м
Вес модели не более
180 кг.
Для моделей, испытания которых ведутся при углах атаки «α» близким к 90°, длина и площадь плановой
проекции не должны быть больше соответственно 1.7 м и 0.5 м2.
Особенностью трубы Т-102 является крепление модели к весам АВТ-102 в перевернутом
положении в трех точках (две точки впереди и одна задняя).
Изменение угла атаки модели производится вращением относительно оси проходящей через
передние узлы подвески.
Диапазон изменения углов атаки моделей от — 16° до 40° при условии, что установочный угол αуст=0
(αуст- угол образуемый между продольной базой и контрольной хордой крыла). Соответствующим
смещением между собой узлов крепления баз весов АВ-102 к модели можно изменить αуст и сдвинуть
диапазон углов атаки в ту или другую сторону. Начальное натяжение подвески осуществляется при
помощи контр грузов. Для крепления тяги заднего контр груза подвески на модели
устанавливается кронштейн в плоскости симетрии.
симметрии модели на расстоянии 500÷700 мм от передних узлов подвески (см. рис. 9). Кроме того, надо
соблюдать условие: нагрузка на задний узел подвески не должна быть меньше 50÷250 кг.
Рис. 9
Максимальные нагрузки, которые можно измерить на весах АВ-102:
сила лобового сопротивления
подъемная сила
боковая сила
Х от −10 до 150 кг
Y от −100 до 500 кг
Z от −80 до 80 кг
Пределы измерения моментов Мх и Му зависят от поперечной базы:
•Мх от ±9 до ±50 кгм
•Му от ±5 до ±30 кгм.
Весы АВ-102 имеют ограниченный набор поперечных и продольных баз
Поперечные lz = 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2; 1.5 м
Продольные lх = 0.4; 0.6; 0.75; 0.9 м
Предпочтение следует отдавать большим размерам баз, особенно при испытаниях по
углам скольжения «β» или при испытаниях на круговую обдувку.
Проектирование конструкции фюзеляжа, крыла и оперения.
В целях облегчения веса модели и экономии средств и времени
на обработку профилированных поверхностей модели для испытаний в
Т-102, Т-10З изготавливают из металлического сердечника (обычно Д16Т),
покрытого деревом или твердым пенопластом. Формы сердечника
фюзеляжа показаны на рисунке 10.
На сердечнике в соответствующих местах выполняются посадочные
места
для
крепления
крыла, хвостового оперения и различных
кронштейнов.
При испытании изолированного фюзеляжа или отсека хвостового
оперения на модель устанавливается цилиндрическая штанга в качестве
поперечной базы подвески,
Размеры и требования к изготовлению её указаны в ТУ
Крыло
изготавливается
смешанной
или
цельнометаллической
конструкции. В смешенной конструкции консолей крыла применяется
сердечник в виде пластины из Д16Т, размещенной в плоскости хорд.
При необходимости, для увеличения жесткости и прочности, сердечник
усиливается стальной накладкой, которая крепится по линии 25% хорд
крыла. Собранный таким образом сердечник обклеивается березовой
фанерой с двух сторон и обрабатывается по шаблонам. Две консоли
(правая и левая) объединяются в единый узел стальным центропланом.
Конструкция фюзеляжа
Рис. 10
К сердечнику крыла крепятся державки поперечной базы и кронштейны
механизации. Наиболее часто для навески и фиксации
элементов
механизации применяются зажимные фиксаторы рис.11. Момент трения,
создаваемый фиксатором должен быть в три раза больше
максимального шарнирного момента от аэродинамических сил.
Рис. 11. Элементы конструкции фюзеляжа: 1 — носовая часть; 2 соединение носовой части с цилиндрической; 3 цилиндрическая
часть; 4-резьбовое соединение; 5 — вертикальное оперение.
Конструкция крыла
Рис. 12. Конструкции крыла: а — цельнометаллическая; б цельнодеревянная; в- смешанная; 1- деревянные бруски;
2-фанерная переклейка; 3 — металлический сердечник.
Конструкция органов управления
Рис. 13
Рис. 14 Дренированная модель: 1 — крыло; 2 — державка;
3 — канавки; 4 — трубки.
Установка и контроль элементов механизации производится с помощью
лимбов
или
других приспособлений для измерения угла с точностью 0.1°.
Щелевые закрылки крепятся к основной части крыла на жестких кронштейнах,
изготовленных для каждого угла и размера щели индивидуально.
Конструкция хвостового оперения аналогична конструкции крыла. Если требуется
измерение шарнирного момента на рулях хвостового оперения с помощью готовых
тензовесов, то необходимо выполнить следующие условия:
•отсутствие трения в опорах руля и сохранение зазоров между основной
конструкцией и рулем во всем диапазоне углов отклонения и при всех нагрузках;
•удобство подхода и отвода проводов от тензовесов к подвеске;
•фиксация тензовесов к модели должна быть жесткой и надежной;
•тензовесы должны быть закрыты крышкой от воздействия потока.
Все вопросы по проектированию, изготовлению, тарировке и эксплуатации
тензовесов при испытании модели должны быть согласованы.
В
Т-102
иногда
проводятся
испытания
профилей
на
прямоугольных
изолированных крыльях с механизацией по всему размаху. Обычно хорда крыла равна
300-400 мм. Размах 1500 мм. Продольная база принимается lх=600мм. В этом случае
задняя державка должна иметь узел присоединения к подвеске и к контргрузу
одновременно. Механизация крыла выполняется как единая балка на четырех опорах.
Конструкция моделей для Т-103.
Конструкция моделей для T-103 аналогична конструкции моделей для Т-102 с той лишь
разницей, что размеры передних присоединительных узлов к подвеске другие, они
приведены в ТУ Т-103. Следует учитывать, что весы АВ-103 имеют боковые
растяжки для восприятия силы Z, которые нагружают передние державки модели
силой 50÷100кг (начальное натяжение). Для всех моделей, испытания которых
производится при скоростях потока V>50м/сек требуется произвести расчет на
прочность основных силовых элементов конструкции модели. Допускаемый запас
прочности должен быть больше 3.
Аэродинамическая труба Т-105 ЦАГИ
Прибор для статических испытаний моделей в широком
диапазоне углов атаки и скольжения
При разработке математических моделей полёта самолёта на больших углах атаки и на
режимах штопора необходимо знать аэродинамические характеристики самолёта в широком
диапазоне углов атаки и скольжения.
Определение аэродинамических характеристик моделей самолётов в диапазонах углов
атаки α=±180° и углов скольжения β=±180° в статических условиях производится на Прибор
приборе Ш-4. Ш-4 закрепляется на ферме, которая устанавливается на раме. На раме
универсальной имеются две вертикальные направляющие стойки, по
которым ферма с прибором Ш-4 может перемещаться по высоте. Высота расположения модели
изменяется с помощью ручной лебедки. Для изменения углов атаки и скольжения
применены червячные механизмы, которые имеют электрический привод и электрическую систему
дистанционного управления.
Аэродинамические силы и моменты, действующие на модель, измеряются
шестикомпонентными
тензометрическими
весами.
Тензометрические
весы модели
расположены
внутри и измеряют аэродинамические нагрузки в системе с моделью.
координат связанной Аэродинамические нагрузки определяются по
результатам двух испытаний. Сначала, в заданных программой диапазонах углов атаки и
скольжения без потока в аэродинамической трубе, весами измеряются силы и моменты от веса
модели. Затем испытания повторяются с заданной скоростью воздушного потока в
аэродинамической трубе. Аэродинамические нагрузки получают, вычитая из результатов испытаний
с потоком результаты испытаний без потока.
Аэродинамическая труба Т-1 МАИ
Аэродинамическая труба Т-1 МАИ — труба замкнутого типа с обратным каналом,
расположенным в вертикальной плоскости, с открытой рабочей частью. Выходное
сечение сопла имеет форму круга с диаметром в 2,25 м и длиной рабочей части в 3,4
м.
Поток воздуха в трубе создается шестилопастным вентилятором, который приводится
в движение электродвигателем постоянного тока мощностью в 310 кВт. Скорость
потока может плавно изменяться от 5 до 50 м/сек. Рабочая скорость при испытаниях 10
… 47 м/сек.
Испытания проводимые в аэродинамической трубе Т-1 МАИ, обеспечены
наличием экспериментального и измерительного оборудования, описание его
дается вместе с описанием соответствующих видов эксперимента.
Испытания на механических весах 6КТ-1. Шестикомпонентные механические
весы
6КТ-1
с автоматическими весовыми элементами смонтированы на
платформе, которая поддерживается на двух колоннах передвижной тележки. На
рис… и рис. … показана рама весов 6КТ-1 в двух проекциях с подвесными
устройствами. Усилия, воспринимаемые элементами подвесного устройства,
передаются через рычажную систему весов к автоматическим весовым
элементам.
Весы
имеют
ниточное (проволочное)
подвесное
устройство,
обеспечивающее крепление модели с помощью шарнирных соединений в трех
точках: двух передних- крыльевых и одной задней, располагаемой на фюзеляже в
плоскости симметрии модели.
Схема установки модели
Q 1,2
P1,2
895 на двухпанельной подвеске весов 6КТ-1 .
P 2Q 2
P3
P3
3;2
2;11
3
T
P1 Q 1
3;2
8
8
11
Граница ядра потока
H экр
1
Экран
V∞
9
10
4;5
4
5;12
7
7
4;5
12
6
K 1,2
K4
K1
K2
K3
1. Модель.
2 . Тяга P1,2 .
4.Наклонные тяги Q
1 ,2.
5.Тяга контргруза К 1,2.
3. Вертикальные тяги Q1,2 . 6.Платформа весов.
Рис
3
7.Тяга контргруза 3K .
10.Горизонтальная
8.Тяга Р 3.
11.Вертикальная тяга Т. 12.Наклонная
тяТга.
9.Тяга контргруза К4 .
тяга Т.
Модель
подвешивается
в
перевернутом
положении,
что
связано
с
конструктивно-силовой схемой подвески и весов. Точки крепления модели образуют
равнобедренный треугольник, основанием которого является поперечная база , а высотойпродольная база .
Весы имеют следующие размеры баз: l поп =0-0,9 м через 1 мм,
l прод =0,3: 0,4: 0,5: 0,6: 0,65: 0,7: 0,75: 0,8 м.
Выбор
баз
для
крепления
модели
определяется
ее
конструкцией,
требованием наименьших деформаций ее элементов в потоке, а также требованием,
чтобы все элементы модели не выходили из ядра потока при заданном диапазоне углов
атаки. Начальное натяжение подвески осуществляется при помощи контргрузов (см.
схему подвески рис…. и рис…).
Изменение углов атаки модели достигается вращением ее относительно оси,
проходящей через передние узлы, путем перемещения заднего узла подвески. Диапазон
изменения углов атаки модели от — 19° до 38° при установочном угле
αуст
=
0° ( -угол, образуемый продольной базой модели и ее
строительной горизонталью (продольной осью)). Изменение углов
скольжения модели обеспечивается поворотом всей рамы весов в пределах от 3° до 40° на поворотном круге трубы.
Максимальные аэродинамические нагрузки, которые можно измерять на весах 6КТ1, следующие:
•сила лобового сопротивления от — 98,1 н до 196,2 н,
•подъемная сила от -196,2 н до 588,6 н,
•боковая сила от — 49,05 н до 147,15н.
•Пределы измерения моментов Мх и Му зависят от поперечной базы .
•Момент Мz на весах 6КТ-1 непосредственно не измеряется, измеряется усилие Р3
по хвостовой тяге, что дает возможность вычислить момент относительно оси,
проходящей через центры шарниров передних узлов подвески (Мz0 ). Пределы
измерения Рз от -10 до 20 кг (-98,1 н до 196,2 н).
Весы оснащены экраном для моделирования близости земли. Экран
выполнен в виде пластины с размерами: длина 2,6 м, ширина 2,5 м, толщина 0,06 м.
Передняя кромка экрана представляет собой дугу окружности радиуса R = 1,46м.
Перемещение экрана по высоте обеспечено механизмом привода в пределах от 0,35м до 0,95 м. вверх от узлов подвески с любым шагом.
В аэродинамической трубе Т-1 МАИ проводятся также испытания моделей
с истечением струй старого воздуха, испытания на распределение давления,
испытания на сбросы динамически подобных моделей, исследования скоса и
торможения потока около модели, исследования спектров течения, измерение
аэродинамических коэффициентов и шарнирных моментов с помощью тензовесов.
Размеры и вес модели.
•Площадь крыла 0,288 м ,
•Размах 1,2 м ,
•Размеры моделей не должны превышать следующих величин:
•Габаритная длина модели 1,2 м,
•Диаметр фюзеляжа 0,12 м
•Эквивалентный диаметр моделей плохообтекаемых тел типа «Венера», «Марс» не
более 0,5м.
•Для моделей тел вращения, испытания которых проводятся при углах атаки
близких к 90°, длина и площадь плановой проекции не должна превышать
соответственно 1,0 м и 0,2 м.
•Вес модели ограничивается возможностью двух экспериментаторов повесить
модель на подвеску весов и не должен превышать 588,6 Н, а при установке модели
на тензовесах — грузоподъемность тензовесов.
Прочность и жесткость моделей.
•Прочность элементов моделей определяется для расчетного значения скоростного
напора 1,5 10 Па(150 кГ/м ) при 3-х кратном запасе.
•Жесткость конструкции должна быть такой, чтобы крутка крыла под действием
аэродинамических сил не превышала 0,25° Погрешность в углах атаки из-за изгиба
фюзеляжа не должна превышать 0,1°
•Жесткость тонких элементов: горизонтального оперения, элеронов, рулей,
закрылков и др. выбирается из условия, чтобы наибольшие прогибы под действием
ожидаемой нагрузки не превышала 0,5 мм.
Конструкция моделей.
•Крыло,
г.о.,
в.о.,
изготавливаются
смешанной
или
цельнометаллической
конструкции.
В
случае смешанной конструкции крыло изготавливается из фанерной переклейки с обязательным
применением металлического сердечника толщиной 3-6 мм.
•В целях облегчения общего веса моделей фюзеляжа, гондолы двигателей и т.п. следует изготавливать
пустотелыми из простых сортов древесины (сосна, ольха, липа и др.), а также из твердого пенопласта и
магниевых сплавов. Во всех случаях, поверхность модели должна иметь твердость 20-30 по Брюнеллю.
Толщина стенок пустотелого фюзеляжа должна быть порядка 30-35 мм., в месте крепления
задней державки толщина оболочки должна быть увеличена до 40-50 мм., для чего внутри
фюзеляжа (снизу или сверху можно вклеить бобышки из твердого дерева).
•Все съемные элементы модели, как правило, выполняются металлическими.
Съемные элементы моделей.
•Все перестановки на модели должны осуществляться непосредственно в трубе без съема модели
с подвески весов.
•Монтаж и демонтаж съемных деталей и органов управления должен выполняться просто
и
с минимальными затратами времени. Подход к головкам зажимных и крепежных деталей
должен быть доступен.
•У съемных деталей винты делать невыпадающими.
•Крепление съемных деталей винтами производить с нижней поверхности модели, винты должны быть
стандартными.
Обработка поверхности модели.
•Модель должна быть тщательно отполирована.
Поверхность крыла модели
должна быть аэродинамически гладкой.
•Полированная поверхность крыла должна давать правильное отображение (без
изломов линий).
•На модели до полировки должна быть нанесена вся необходимая информация:
1. Плоскость хорд по всей передней и задней кромке крыла и оперения.
2. Строительная горизонталь и плоскость симметрии (на фюзеляже или на
корпусе).
3. Проекция осей вращения на поверхностях элеронов, закрылков,
щитков, рулей и других отклоняемых элементах модели (при угле
отклонения равном 0°).
4. Контрольные сечения, используемые для наложения шаблонов, а также
информация, наносимая в виде точек или рисок.
5. На модели может быть нанесен ее заводской номер (шифр) и номер модели
лаборатории.
Допуски на изготовление моделей и шаблонов.
Все криволинейные поверхности моделей выполняются по металлическим
шаблонам; необходимо обеспечить удобную и однозначную их установку на модели.
Допустимые отклонения размеров от чертежа при изготовлении шаблонов и моделей
приведены ниже:
Наименование.
Допуски в
мм
Крыло
Ординаты шаблона
Зазоры между шаблоном и поверхностью крыла
Зазор в замке шаблона
Толщина задней кромки
Длина хорды контрольного сечения
Размах
Смещение относительно носа фюзеляжа и строительной горизонтали
Оперение.
Ординаты шаблона
Зазоры между шаблоном и поверхностью оперения
Зазор в замке шаблона
Длина хорды контрольного сечения
Размах
Расстояние от 0,25 МАХ крыла до 0,25 МАХ оперения
Смещение оперения относительно носа фюзеляжа и строительной
горизонтали
± 0,05
0,20
0,15
0,5



0,05
± 0,10
0,10
0,3
1,0
± 1,0
±0,5
Фюзеляж и тело вращения.
Ординаты шаблона
Зазоры между шаблоном и поверхностью
Зазор в замке шаблона
Длина фюзеляжа
Диаметр
Радиусы закруглений.
Радиусы закруглений острых концов крыла и оперений в плане
Радиусы закруглений острых концов фюзеляжа.
Установочные углы.
Угол установки крыла и стабилизатора относительно строительной
± 0,10
0,20
0,20
±1,0
±1,0
~2,5мм
~3,0мм
±0,2°
горизонтали фюзеляжа
Угол между плоскостью симметрии модели и плоскостью хорд
вертикального оперения
Угол поперечного «V» крыла и оперения по передней кромке
Угол стреловидности крыла и оперения по передней кромке
Угол геометрической крутки крыла
Углы отклонения органов управления щитков, закрылков, рулей,
элеронов и т.п.
Постоянство углов атаки по размаху крыла должно выдерживаться с
погрешностью не более
±0,2°
± 0,2°
± 0,2°
± 0,2°
± 0,1°
± 0,2°
Крепление моделей на подвесных устройствах как весов ,6КТ-1, так и
универсальной рамы, осуществляется с помощью кронштейнов — державок,
которые изготавливаются и устанавливаются заказчиком.
Две передние державки располагаются симметрично на нижней поверхности
крыла или вблизи передней кромки (точки А и В ), а третья- в плоскости
симметрии модели (точка С) в хвостовой части фюзеляжа (корпуса модели), рис.
При проектировании державок, обязательными требованиями являются
следующие:
а) материал державок -сталь марки 30ХГСА с термообработкой до Нв= 110 ± 10
кГс/мм
б) обработка поверхности державок по 6-му классу чистоты ( ).
в) диаметр отверстия ушка передних державок- 4мм., задних державок 3мм.
(допуск по посадке 2-го класса точности).
г) толщина ушка передних державок -3мм. (допуск по скользящей посадке 2го класса точности), задней державки- 2мм.
д) внешний радиус носка ушка для передних державок-5мм, для задней державки4мм.
е) расстояние между ушками передних державок (точками А и В) и передней
кромкой крыла или нижней поверхности крыла не менее 30 мм.
ж) державки могут иметь опорную площадку (с отверстиями под винты или
шурупы), прорезь или законцовку в виде винта или шурупа рис.
Чертеж державок, применяемых в аэродинамической трубе Т-1 МАИ,
см на схеме препараторской трубы Т-1 «Данные для препарировки моделей на
весы 6КТ-1 трубы Т-1 МАИ. Допуск на поперечную и продольную базы:
продольная база имеет допуск ± 0,3 мм., а поперечная база ± 0,5 мм.
Для испытаний в трубе Т-1 МАИ при скорости =50 м/сек., державки
рассчитываются на прочность, определяемую скоростным напором =150 кГс/м при
3-х кратном запасе прочности.
Прочность таких державок должна удовлетворять требованию, чтобы изгиб от
действия боковой силы не превышал 1,0 мм.
«Классические» технологии обработки элементов моделей
Точение — технологический процесс обработки резанием наружных, внутренних
цилиндрических, конических, винтовых и фасонных а также плоских торцовых
поверхностей тел вращения. Точение ведется токарными резцами на
металлорежущих станках, как универсальных, так и специальных, в том числе с
ЧПУ. Кроме того, обработка выполняется на карусельных и револьверных станках,
на токарных полуавтоматах, автоматах и автоматических линиях.
Характерная особенность технологического процесса обработки заключается в
том, что режущий инструмент имеет одно главное лезвие. На протяжении всего
периода резания лезвие резца обрабатывает заготовку, находясь в условиях
больших динамических нагрузок и высоких температур.
При точении существует два вида движения: вращательное — вокруг оси
заготовки и поступательное — вдоль ее оси. Вращательное движение заготовки
количественно характеризуется окружной скоростью обрабатываемой
поверхности, называемой скоростью резания. Поступательное движение вдоль оси
заготовки, придаваемое инструменту, является движением продольной подачи.
Оба движения осуществляются с постоянной скоростью, а их сочетание придает
траектории движения точек лезвия резца вид винтовой линии. При этом за каждый
оборот заготовки лезвие токарного резца перемещается из положения 1 в
положение 2 вдоль ее оси на размер подачи So и удаляет с нее один виток слоя
металла (рис 13.1). Ширина срезаемого слоя определяется глубиной резания t.
Параметры срезаемого слоя при продольном точении:
а — толщина; b — ширина; f — главный угол в плане; f1 — вспомогательный угол
в плане; So — подача; D — диаметр заготовки; d — диаметр обработанного
изделия
Выбор инструмента для обработки
Обработка заготовок осевым режущим инструментом
На сверлильных станках выполняют сверление, рассверливание,
зенкерование, развертывание, цекование, зенкование, нарезание резьбы и
обработку сложных отверстий.
Сверление — основной технологический процесс образования отверстий в
сплошном металле обрабатываемых заготовок (рис. 13.5, а)
Сверлением могут быть получены как сквозные отверстия, так и глухие.
При механической обработке отверстий чаще всего применяют стандартные
сверла, имеющие два винтовых зуба, расположенных диаметрально друг
относительно друга. Просверленные отверстия, как правило, не обладают
абсолютно правильной цилиндрической формой. Их поперечные сечения имеют
форму овала, а продольные — небольшую конусность.
Зенкерование — технологический процесс обработки предварительно
просверленных отверстий диаметром d, а также отверстий, изготовленных литьем
или штамповкой с целью получения более точного по форме и размеру, чем при
сверлении цилиндрических отверстий (рис. 13.5, б). Точность размеров лежит в
пределах 10-11 квалитета.
Резание заготовок осуществляется зенкерами, которые в отличие от сверл
снабжены тремя или четырьмя главными режущими кромками. Назначение
глубины резания зависит от диаметра отверстий и механических свойств
обрабатываемых заготовок. Ориентировочно глубина резания составляет
t = (0,05…0,1)d
Развертывание — технологический процесс завершающей обработки
цилиндрического или конического отверстия разверткой (обычно после
зенкерования) в целях получения высокой точности и малой шероховатости
обработанной поверхности (рис. 13.5, в). Точность размеров соответствует 6-9
квалитету, а шероховатость составляет Ra 0,32…1,25 мкм.
Отверстия обрабатывают развертками, имеющими четное число главных
режущих кромок (Z=6-12), расположенных симметрично друг относительно
друга. Наличие на развертках большого числа зубьев обеспечивает их
устойчивое центрирование в обрабатываемых отверстиях. Глубина резания при
развертывании зенкерованных отверстий невелика и в зависимости от диаметра
отверстий составляет 0,1…0,4 мм.
Рассверливание — технологический процесс увеличения диаметра
ранее просверленного отверстия сверлом большего диаметра. Диаметр
отверстия под рассверливание выбирают так, чтобы поперечная режущая
кромка (перемычка) сверла в работе не участвовала. В этом случае осевая сила
уменьшается.
Зенкованием получают в имеющихся отверстиях конические
углубления под головки винтов, болтов, заклепок и др (рис. 13.5, г).
Цекование — обработка торцовой поверхности отверстия торцовым
зенкером для достижения перпендикулярности плоской торцовой поверхности к
его оси (рис 13.5, д, е).
Нарезание резьбы на внутренней цилиндрической поверхности
выполняют с помощью метчика или резьбонарезной головки, а отверстия
сложного профиля обрабатывают комбинированным режущим инструментом.
Параметры срезаемого слоя при сверлении (а), зенкеровании (б), развертывании
(в),зенковании (г), цековании внутреннего отверстия (д), цековании бобышки (е): a толщина срезаемого слоя, b — ширина срезаемого слоя, d — диаметр заготовки, D диаметр обработанного отверстия, Sz = So/z — подача на зуб, So — подача на оборот,
z — число зубьев, t — глубина резания, f — угол режущей части инструмента
Обработка заготовок фрезерованием
Фрезерование — один из высокопроизводительных и распространенных
технологических процессов обработки поверхностей заготовок
многолезвийным режущим инструментом — фрезой. Фрезерованием
обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости,
фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Для
осуществления этого процесса используют широкую номенклатуру
стандартных и специальных фрез.
Особенностью всех фрезерных операций является прерывистое действие
режущей кромки. За время рабочего цикла лезвие каждого зуба инструмента
нагревается до температуры примерно в два раза ниже, чем температура на
резцах и сверлах. При выходе зуба фрезы из обрабатываемого материала его
лезвие охлаждается. Поэтому инструмент при фрезеровании не подвержен
интенсивному изнашиванию.
Образование новой поверхности осуществляется по мере того, как
каждый зуб срезает дугообразный сегмент, толщина az которого определяется
в основном подачей на зуб (см. рис. 13.6). Обычно подача не превышает 0,25
мм/зуб, однако, благодаря большому числу зубьев скорость съема металла
очень высока.
Поверхности после фрезерования имеют регулярный волнообразный
профиль в результате дугообразной траектории рабочего движения режущих
кромок смежных зубьев фрезы. При черновом фрезеровании шероховатость
поверхности составляет Ra 2,5…6,3 мкм, точность размеров — 8-13 квалитет, а
при чистовом — Ra 6,3…0,8 мкм, а точность — 7-11 квалитет.
Существуют две основных схемы фрезерования — встречное и попутное. При
встречном фрезеровании направление скорости движения подачи
противоположно направлению скорости главного движения резания (рис.
13.6, а). В процессе попутного фрезерования направления скоростей движения
подачи и главного движения совпадают (рис. 13.6, б).
Фрезы
Современные технологии изготовления моделей
Конструкция модели вертолета Ми-171А2
Универсальный высокоскоростной пятикоординатный фрезерный станок с числовым
программным управлением Profi Speed 600
Фрезерный станок с ЧПУ
деталей сложной
ProfiSpeed 600 (рис. 2.1.) предназначен для обработки
формы из различных
конструкционных
материалов.
Основные технические характеристики станка приведены в таблице 2.1. Станок
имеет компактные сервоприводы переменного тока по трем линейным осям, магазин сменных
инструментов на 5 позиций, полуголовку Howimat/ Indramat CNC 125.2/K/ST, качающуюся ось
2 CNC125, систему
поддержания
температуры
охлаждающей
жидкости
шпинделя
Chilly 25, включающую в себя 2 форсунки и накопитель жидкости на 4 л.
Рисунок 2.2 иллюстрирует процесс изготовления деталей модели вертолета на станке
Profi Speed 600, а на рис. 2.3 и 2.4 представлены изготовленные на нем детали модели
вертолета, выполненные из 6-блочного полиамида [4, 5] и алюминиевого сплава.
Технические характеристики фрезерного станка Profi Speed 600
Зона перемещений по осям
850x500x450 мм
Рабочая зона по осям
600x500x400 мм
Максимальная нагрузка на стол
650 кг
Максимальная подача по осям
30 м/мин
Точность позиционирования
+/- 0,004 мм
Частота вращения
от 3000 до 30000
об/мин
Система управления
Heidenhain 5301
Шпиндель
SL100-h50EA1
Интерфейс
HSK-E40
Преобразователь частоты
HCS02.1 W0054
Диапазон углов отклонения качающейся оси
+/-100°
Процесс изготовления деталей на станке Profi Speed 600
Струйная 3D-печать
Технология струйной 3D-печати (IJM — Ink Jet Modelling) позволяет строить модель с наибольшей
дискретностью слоев — толщина слоя чуть больше 0,01 мм. Находящийся в подогреваемом
картридже жидкий пластик напыляется головкой по контурам слоя модели. Пустоты заполняет
поддерживающий материал, в качестве которого выступает воск. Охлаждаясь, полимер затвердевает,
формируя модель. Воск также затвердевает, однако впоследствии выплавляется из готовой модели. В
процессе
работы
каждый вновь созданный слой разравнивается специальной головкой, излишки
материала удаляются (рис. 2.7).
Все технологии имеют свои особенности, но функционируют по одному принципу. Головка,
содержащая от двух до 96 сопел наносит модельный и поддерживающий материал на плоскость
слоя. После нанесения слоя, могут проводится его фотополимеризация и механическое выравнивание.
В качестве поддерживающего материала обычно используется воск, а в качестве модельного широкий спектр
Данный
материалов,
очень
близких
по
свойствам
к
конструкционным
термопластам.
метод позволяет получать прозрачные и окрашенные прототипы с различными механическими
свойствами — от мягких, резиноподобных до твердых, похожих на пластики.
По технологии послойного склеивания ламината (рис. 2.8) лазерный луч вырезает контур слоя в
подаваемом листе (бумаги или пластика). Затем с помощью клея и термического воздействия слой
соединяется с предыдущим, на него накладывается следующий и т.д. В итоге вырезанные по контуру
и склеенные между собой слои ламината формируют модель. Поддерживающий материал не нужен, однако
оставшийся незадействованным ламинат не так-то просто отделить от модели. В целом это не самая
совершенная, но довольно дешевая технология.
. Схема
технологии струйной 3D-печати
. Схема технологии послойного склеивания ламината
3D-принтер ZPrinter 650
3D-принтер Zprinter 650 (рис. 2.13), использующий технологию SLS (Selective Laser Sintering –
лазерное спекание порошковых материалов) сконструирован с учетом большинства требований,
предъявляемых
в
сферах
инженерии,
образования,
архитектурного
моделирования,
геоинформационных систем и развлечения. Он имеет самую большую среди всех остальных 3Dпринетеров рабочую камеру, позволяет создавать очень большие и качественные цветные модели за
считанные часы, либо множество небольших моделей одновременно.
В установке Zprinter 650 используется черная печатающая головка в добавление к стандартным
цветным (желтый, фиолетовый, голубой) для достижения более качественной цветопередачи и
равномерного цвета от модели к модели. Большой размер камеры и прекрасный цвет дополняются
разрешающей способностью 600×540 dpi. Технические характеристики принтера приведены в таблице 2.4.
Фирма
Zcorporation
является
единственным
производителем
3D-принтеров,
способных
изготавливать полноцветные модели.
Патентованное программное обеспечение Z Corporation’s работает с трехмерными моделями в
форматах STL, VRML, 3DS и PLY. Программное обеспечение Zprint позволяет просматривать 3D модели,
наносить текст на изделия и масштабировать изделия. Программа работает в операционных система
WindowsXP Professional и Windows Vista Business/Ultimate.
Технические характеристики 3D-принтера Zprinter 650
Габариты прототипа
254 × 381 × 203 мм
Скорость печати
2 – 4 слоя в минуту
Толщина слоя
выбирается пользователем во время печати: 0.0890.102 мм
Разрешение печати
600 x 540 dpi
Количество печатающих головок:
5
Используемые материалы
высококачественный композитный ZP 150
Габариты оборудования
188 × 74 × 145 см
Вес изделия
340 кг
Программное обеспечение
Zprint
Рис. 2.13. 3D-принтер ZPrinter 650
Топливные баки увеличенного объема, выполненные на 3D-принтере ZPrinter 650
Технология лазерного спекания
Технология селективного лазерного спекания (SLS — Selective Laser Sintering) использует порошок
из термопластика. Сфокусированный луч лазера пробегает по массиву порошка, спекая его
гранулы по контуру слоя будущей модели. Поддерживающий материал не требуется, так как
его роль выполняет окружающий изделие порошок. После прохода слоя поршень опускает
рабочую платформу на толщину одного слоя, а подвижное дно механизма подачи порошка
поднимается на то же расстояние. Валик раскатывает слой порошка поверх уже созданного слоя и
процесс спекания повторяется .
Разновидностью этого процесса является прямое лазерное спекание металлов (DMLS). Здесь,
в отличие от SLS-технлогии, где работают с термопластиками, используются металлические
порошки, например, на основе титана или нержавеющей стали. Толщина слоя в DMLS может
достигать 20 мкм, что позволяет изготавливать на 3D-принтерах мелкие сложные модели с
минимальными допусками. На самом совершенном
оборудовании
этого
типа,
например,
производимом немецкой компанией EOS, возможно создавать детали и механизмы, которые
практически не требуют последующей обработки.
Так, например, установка EOSINT M270 (см. раздел 2.2.2) позволяет создавать детали
из металлических порошков на основе бронзы, стали, титана и алюминия в среде инертных
газов лучом
высокоскоростного лазера. Размер рабочей камеры 250×250×215, минимальная толщина слоя
порошка –
0.02 мм.
Схема технологии селективного лазерного спекания
. Схема
технологии прямого лазерного спекания металлов
Технические характеристики установки лазерного спекания EOSINT M270
Эффективный объём построения (включая платформу)
250 мм × 250 мм × 215 мм
Скорость построения (зависит от материала)
2 – 20 мм3/сек
Толщина слоя (зависит от материала)
20 -100 мкм
Тип лазера
Yb-fibre laser, 200 Вт
Оптическая система
Линзы F-thetа
Скорость сканирования
до 7.0 м/сек
Настраиваемая фокусировка луча
100-500 мкм
Питание
32 А
Потребляемая мощность
максимум 55 кВт
Генератор азота
стандартный
Обеспечение сжатым воздухом
7000 hРа; 20м3/ч
Габариты системы (ШхДхВ)
2000 мм × 1050 мм × 1940 мм
Рекомендуемая для установки площадь
около 3.5 м × 3.6 м × 2.5 м
Масса
около 1130 кг
Операционная система
Windows
Программное обеспечение
EOS RP Tools,
Magic RP (Materialise)
Исходные данные
STL
Сетевое подключение
Enthernet
Сертификация
CE, NFPA
Установка для лазерного спекания EOSINT M 270
Детали модели вертолета, изготовленные на установке лазерного спекания
EOSINT M 270
Технология лазерной стериолитографии
Технология
Apparatus)
лазерной
является
стериолитографии
самым первым
и
(SLA
—
Stereo
наиболее
Lithography
распространенным
методом прототипирования, во многом благодаря достаточно низкой
стоимости
прототипа.
Она
охватывает
практически
все
отрасли
материального производства от медицины до тяжелого машиностроения.
SLA-технология позволяет очень быстро и очень точно построить модель
изделия. Она заключается в отверждении лазерным лучом жидкого
фотополимера, находящегося в рабочей емкости (рис. 2.9). Жидкий пластик
затвердевает только в том месте, где прошел лазерный луч. Затем новый
жидкий
слой
наносится
на
затвердевший
слой,
и
новый
контур
“обрабатывается ” лазером. Процесс повторяется до завершения построения
модели, т.е. пластиковой копии детали.
Время построения модели зависит от загрузки рабочей платформы, а
также от шага построения. Так, например, установка Viper si2ТМ (см.
раздел 2.2.3) имеет размер камеры 250×250×250 мм,
наименьший шаг построения – 0, 05 мм.
В силу невозможности применения поддерживающего материала его
приходится
заменять конструкционным материалом, а затем удалять
поддержки
механически.
точностью.
Используется
полупрозрачный
Изделия
достаточно
материал, подверженный
изготавливаются
с высокой
твердый,
но
хрупкий
короблению
под
влиянием
. Схема технологии лазерной стериолитографии
. Принципиальная схема процесса
лазерной стереолитографии
Основные технические характеристики установки лазерной стереолитографии Viper si2TM
Лазер
Тип
Твердотельный Nd: YVO4
Длина волны
354,7 нм
Мощность
100 mW
Гарантия
7 500 часов или 12 мес.
Система построения модели
Принцип
Система Zephyr™
Технология
Послойное отвердевание материала под воздействием
лазерного излучения и обработка УФ
Поддержка
Необходимость программного формирования поддержки
Оптика и Сканирование
Луч (диаметр 1/е2)
Режим стандартного разрешения
0,250 ±0,025 мм
Режим высокого разрешения
0,075 ±0,015 мм
Подъемная платформа
Разрешение по вертикали Повторяемость
0,0025 мм
положения Макс. вес модели
0,0076 мм
Скорость поднятия во время построения модели
9,1 кг
Производительность
5 мм/sec
Зависит от загрузки – около 7.5 мод /час
Ёмкость для построения
Объём (в зависимости от комплектации), л
12, 20, 45
Рабочая зона (в зависимости от комплектации), мм
250 × 250 × 250
XYZ
Технология
Рабочий материал Параметры
пластификат Amethyst SL
процесса Дополнительная
Температура выжигания – 550° С
обработка
Возможна шлифовка полировка, гальваника
Качество поверхности модели
Удовлетворительное (требует
Программное обеспечение
после
литья)
Программа Операционная система
Buildstation 5.2 Windows
Формат данных
XP//2000/NT
Необходимый объем памяти на диске
.stl .slc 20 Gb
Тип сети и протокола
Ethernet, IEEE 802.3 10/100 Base-T
Питание
100-120 V AC ±10% 50-60 Hz, 6 amps
15 amp, 115 V
220-240 V AC ±10% 50/60Hz, 3 amps
8 amp, 220-240 V
UPS
не менее 2 KVA
Температура окружающей среды
Температурный диапазон
23°С ±3°С
Макс. скорость изменения температуры
1°С / час
Относительная влажность
20-50% без конденсата
Размеры
В упаковке (деревянный ящик) , мм
Ш 1680 х Д 1020 х В 2110
Без упаковки, мм
Ш 1340 х Д 860 х В 1780
незначительной обработки
Масса
Брутто
564 кг
Нетто
463 кг
Опции
Дополнительные сменные емкости Дополнительные платформы для построения
Дополнительное оборудование Аппарат для окончательной полимеризации
УФ-излучением PCA™
Питание
220V 50Hz
Таймер Вес
до 99 мин.
Длина волны
14 кг.
Габариты
320-550 нм.
250x270x320 мм
Рис. 2.17. Стереолитографическая система Viper si2TM
Детали модели вертолета, изготовленные на установке лазерной стереолитографии Viper si2TM

Исследовательская работа «Аэродинамическая труба. Аэродинамика самолета»

Автор: Андриенко Илья Максимович

Место работы/учебы (аффилиация): ГУО «Гимназия №46 г.Гомеля имени Блеза Паскаля», Республика Беларусь, 8 класс

Научный руководитель: Последович Алеся Валерьевна

Аэродинамика — это наука о законах движения воздуха и силовом взаимодействии между телом и обтекающем его воздухом (в переводе с греческого «аэро» — воздух, «динамис» — сила). Аэродинамика — теоретическая основа авиации и ракетной техники. Чтобы проверить самолет на прочность, исследовать его устойчивость, определить летные свойства, необходимо знать аэродинамические силы и моменты, которые возникают при полете самолета. Только с появлением аэродинамики стало возможным рациональное конструирование самолетов.

Над изучением движения тел в воздухе Жуковский начал работать в 1889 году: при своем кабинете прикладной механики в Московском университете он создал небольшую аэродинамическую лабораторию. Вместе со своими учениками в 1902 году он открыл одну из первых в мире аэродинамических труб закрытого типа для проведения различных экспериментов. В 1904 года в подмосковном Кучино под руководством Жуковского был основан первый в мире аэродинамический институт. Исследователи работали на уникальном оборудовании: большой аэродинамической трубе диаметром 1,2 метра, разнообразных приборах — для испытания винтов больших диаметров, изучения ветряных двигателей, исследования лобового сопротивления, влияния вязкости среды, измерения силы тяги и так далее.

Опыты, проведенные Жуковским, позволили ему создать общую аэродинамическую теорию, потребность в которой в то время ощущалась очень остро. Летательные аппараты строились в буквальном смысле «на глаз», что часто приводило к катастрофам. На воздушные суда, во время полета, воздействует целый комплекс сил, из которых была хорошо изучена лишь одна — сила тяжести. Остальные изучались методом проб и ошибок, без уравнений и формул. Благодаря же Жуковскому авиаконструкторы получили точную аэродинамическую теорию.

Эта работа носит теоретически-экспериментальный характер. Сначала свойства аэродинамики была исследована посредством различных источников, таких как журналы, книги, интернет. Затем была выполнена экспериментальная часть.

Целью исследования является  исследование аэродинамики самолетов, выявление способов применения её в быту и создание прототипа аэродинамической трубы. Исходя, из этого были поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме.
2. Рассмотреть сферу применения.
3. Провести опыты по теме.
4. Провести опрос среди учащихся.
5. Сделать выводы.

Актуальность исследования заключается в том, что аэродинамика является неотъемлемой частью повседневной жизни человека. Например, дроны, рейлинг и спойлер на автомобиле, и все летательные аппараты.

Предмет исследования: крыло самолёта, движение воздуха, аэродинамическая труба.

Virtual Wind Tunnel Online: облачное моделирование

Моделирование в аэродинамической трубе в основном используется для проверки аэродинамики и визуализации потоков вокруг объекта. Имитатор аэродинамической трубы может помочь в процессе инженерного проектирования, оптимизируя подъемную силу и сопротивление, увеличивая максимальную скорость, обнаруживая и устраняя зоны с высокой скоростью ветра, а также уменьшая шум ветра для автомобилей, аэрокосмической отрасли, а также при планировании и строительстве зданий. Тем не менее, с этим типом экспериментов увеличивается время изготовления прототипов, время производства и эксплуатационные расходы.Испытания в аэродинамической трубе часто сочетаются с моделированием вычислительной гидродинамики (CFD). В этой статье будет рассмотрено, для каких приложений используются эксперименты в аэродинамической трубе и как альтернативы в виде испытаний в виртуальной аэродинамической трубе могут выступать в качестве дополнительного экономичного решения.

Эксперименты в аэродинамической трубе

Архитекторы и аэродинамики одинаково используют эксперименты в аэродинамической трубе для тестирования всего, от зданий до конструкций самолетов. Несколько существующих типов аэродинамических труб, которые используются сегодня, — это низкодозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые.Эти типы туннелей классифицируются в зависимости от скорости ветра, которую они могут производить (то есть скорость дозвукового потока ниже скорости звука).

Трансзвуковая аэродинамическая труба NASA

Во время испытания модель аэродинамической трубы помещается в испытательную секцию туннеля, и жидкость (в данном случае воздух) проходит мимо модели. Существует четыре основных типа испытаний в аэродинамической трубе: аэродинамические силы, действующие на конструкцию, измерение полного давления силы ветра на объект, поток воздуха вокруг модели и, наконец, методы визуализации потока для получения диагностической информации.

Испытания в аэродинамической трубе для аэрокосмической отрасли

Для аэрокосмических инженеров аэродинамические трубы обычно используются для проверки аэродинамики самолетов и двигателей. Этот тип оценки начался в конце 19 века, в первые дни исследований в области авиации. На сегодняшний день нет аэродинамической трубы, которая могла бы протестировать пассажирское воздушное судно в полном размере, но туннели действительно различаются по размеру и могут тестировать все, от крупномасштабных моделей самолетов и других аэрокосмических транспортных средств до небольших прототипов и копий.

Испытания в аэрокосмической трубе

При испытаниях самолета подъемная сила и сила сопротивления измеряются с помощью выходных данных, полученных при испытании баланса сил, и результирующих сигналов баланса. Силы давления довольно сложно оценить при полномасштабном моделировании самолета из-за количества требуемых инструментальных отводов давления. С помощью экспериментов в аэродинамической трубе диагностический тест не может обеспечить общие характеристики самолета, но может помочь инженеру лучше понять, как жидкость движется вокруг модели и сквозь нее.Это связано с тем, что могут использоваться различные типы инструментов, от установившегося или нестационарного потока до изменяющегося во времени или зависящего от времени, но не параллельно для целостного понимания.

Виртуальное тестирование для аэрокосмических приложений

Для многих аэрокосмических приложений эксперименты в аэродинамической трубе ограничены тем, что не дают своевременных надежных результатов или недостаточно точно моделируют реальные силы. Это возможно благодаря виртуальному моделированию или онлайн-расчетам CFD и FEA.Например, можно изучить поведение шасси самолета в ответ на напряжения в результате потока воздуха против движения самолета. Этот проект вместе с изображением постобработки ниже представляет собой отличный пример того, как результаты виртуального моделирования ветра могут помочь инженерам сравнивать различные конструкции, а также различные материалы, которые будут использоваться для нескольких компонентов, которые входят в простую на вид, но сложную структуру. .

Результаты моделирования CFD для шасси самолета

---

Загрузите нашу техническую документацию «Wind Engineering», чтобы узнать о конструкции зданий, последствиях ветровой нагрузки, ветровом комфорте пешеходов, естественной и механической вентиляции, уменьшении загрязнения и многом другом!

---

Испытания в аэродинамической трубе для автомобилей

По сравнению с аэрокосмической промышленностью, испытания в автомобильной аэродинамической трубе не стали основным направлением оценки до конца 1920-х годов, когда скорость стала важным фактором проектирования.Одним из первых аэродинамических автомобилей, которые были произведены после революции в автомобильной аэродинамической трубе, был Edsel Ford Speedster 1934 года, ознаменовавший собой радикальный отход от традиционного автомобильного дизайна того времени.

Инженеры вскоре обнаружили, что эксперименты в аэродинамической трубе позволили им получить данные об аэродинамических силах, сопротивлении, подъемной силе, боковой силе и моментах; тангаж, рыскание и крен; изменение аэродинамических сил и моментов с рысканием; распределение поверхностного давления; влияние различных деталей автомобиля; сопротивление охлаждения автомобиля; оценка охлаждающих потоков тормозов; и многое другое для оптимизации их дизайна.В то время как в автомобильной промышленности существуют мелкомасштабные и полномасштабные испытания, становится все более популярной замена более дешевой стадии оценки в масштабе модели на CFD и вместо этого перейти непосредственно к полномасштабным аэродинамическим испытаниям. Эта тенденция появилась недавно, поскольку онлайн-моделирование CFD все чаще используется в связи с разработкой автомобилей для виртуального тестирования и прогнозирования различных аспектов конструкции автомобиля.

Испытание в автомобильной аэродинамической трубе

Виртуальное испытание для автомобильных приложений

Поскольку аэродинамика играет важную роль в характеристиках автомобилей, хорошее аэродинамическое планирование помогает увеличить прижимную силу и, следовательно, тягу автомобиля на дороге, уменьшая риск отрыва, заноса и возможных аварий.Наряду с этим уменьшение силы сопротивления снижает расход топлива, что, в свою очередь, экономит деньги для потребителя и снижает углеродный след продукта. При проектировании автомобиля инженеры все чаще полагаются на моделирование CFD до создания начальной модели, чтобы оценить прогнозируемый воздушный поток вокруг транспортного средства, вычисляя области высокого давления, скорости ветра и области следа. Этот проект и изображение ниже представляют собой отличный пример того, как использование виртуальной аэродинамической трубы в режиме онлайн с помощью анализа турбулентного потока в установившемся режиме с помощью модели турбулентности K-Omega SST может дать ценные сведения и сэкономить время и деньги по сравнению с автономными испытаниями в аэродинамической трубе.

Виртуальная аэродинамическая труба, показывающая линии обтекания на фигуре

---

Прочтите в нашем блоге о том, как рекордсмен мира по скоростному спуску на скейтборде Пит Коннолли использует онлайн-моделирование и испытания в реальных аэродинамических трубах для улучшения аэродинамики!

---

Испытания в аэродинамической трубе для зданий

С притоком развития в строительной отрасли и повышением социального спроса на жилые, коммерческие и промышленные здания, застроенная среда расширяется как никогда раньше.Вместе с этим происходит увеличение плотности города в сочетании с расширением горизонта по горизонтали и вертикали; иногда единственное место для строительства — это застройка! Поскольку новые, более высокие конструкции становятся нормой, необходимо оценить конструктивную безопасность этих зданий. Структурная целостность часто определяется ее конструктивным дизайном, способным выдерживать ветровые нагрузки, в то время как пригодность зданий для проживания или работы часто затрудняется вибрацией, вызываемой ветром. Для того, чтобы правильно оценить структурную целостность ветровой нагрузки и пригодность для жизни от воздействия поперечной ветровой вибрации, в основном используется метод испытаний в аэродинамической трубе малых моделей.

Для того, чтобы архитекторы и инженеры-строители одобрили проект, Стандарт ASCE / SEI 49-12 предоставляет минимальные требования для оценки экспериментов в аэродинамической трубе с целью определения приемлемой ветровой нагрузки на построенные конструкции. В этом руководстве учитываются ветровые нагрузки, реакция конструкции на ветровые условия, а также облицовка для различных погодных условий, связанных с ветром. Кроме того, из-за скопления построек в городских районах и тенденции к нетипичному дизайну сооружений, влияние ветра становится все труднее предвидеть, поскольку он постоянно меняется, и, как следствие, ветровая среда на уровне пешеходов становится все больше и больше. затронутый.

Виртуальное тестирование зданий и пешеходного ветрового комфорта

Чтобы соответствовать всем руководящим принципам ASCE, необходимо применять метод FEA для определения структурной целостности вместе с CFD для оценки других аспектов ветровой нагрузки и образования вихрей. Этот проект и прилагаемое изображение являются прекрасным примером того, как оба исследования стали возможными благодаря онлайн-моделированию, как еще один способ проверки и подтверждения дизайна перед началом строительства.

Результаты распространения вихрей в виртуальной аэродинамической трубе

Помимо воздействия ветра на здания, необходимо также учитывать ветровую среду на уровне пешеходов.Хотя испытания в аэродинамической трубе не позволяют сосредоточиться на этом уровне сложного анализа, CFD можно использовать для точного определения областей резкого ветра, рециркуляции и общего дискомфорта на уровне пешеходов, как показано в этом проекте от SimScale.

Онлайн-моделирование CFD для оценки силы ветра на уровне пешеходов

Ограничения экспериментов в аэродинамической трубе

Несмотря на его широкое использование во многих отраслях и для еще более широкого круга приложений, существуют некоторые преобладающие ограничения использования только испытаний в аэродинамической трубе, из-за которых многие инженеры ищут альтернативные решения для дальнейшей проверки и проверки своих конструкций.Наиболее очевидным ограничением является размер, так как почти все моделируемые конструкции должны быть уменьшены, чтобы поместиться в имитаторе аэродинамической трубы. Это может иметь негативные последствия и изменить аэродинамические характеристики, такие как число Рейнольдса. Размер также ограничивает любое движение, что имеет решающее значение для оценки аэрокосмических или даже автомобильных конструкций.
Наряду с размером туннеля, стены, действующие как пограничный слой, могут влиять на поток и создавать некоторое засорение, поскольку они сдерживают и ограничивают размер домена.Хотя это можно смягчить с помощью более сложных компонентов аэродинамической трубы, он все еще существует как переменная. Эксперименты в аэродинамической трубе также сопряжены с большими затратами — от моделирования до создания бесчисленных прототипов, а результаты не могут быть получены мгновенно. Испытания в виртуальной аэродинамической трубе с помощью онлайн-CFD и FEA позволяют обойти эти реальные проблемы и обеспечить простое, быстрое и экономичное решение.

Virtual Wind Tunnel Online: облачное моделирование

С помощью CFD и FEA с таких платформ, как SimScale, инженеры могут легко получить доступ, оценить и получить результаты в виртуальной аэродинамической трубе в режиме онлайн.Используя облачное моделирование, вы даже можете запускать моделирование параллельно, чтобы протестировать несколько итераций проекта одновременно, или исследовать различные аспекты проекта по касательной, такие как образование вихрей и ветровая нагрузка, как показано в вышеупомянутом проекте. Виртуальная оценка проектов не только экономит эксплуатационные расходы и время, но и экономит ресурсы, устраняя необходимость в физическом прототипировании.

Чтобы вдохновиться тем, что вы можете протестировать в виртуальной аэродинамической трубе в Интернете, посетите публичную библиотеку проектов SimScale.

Виртуальные ветровые испытания

---

Бесплатное программное обеспечение

+ Текстовый сайт + версия без Flash + Связаться с Гленном Бесплатное программное обеспечение Гленн Исследования Центр Стремясь стимулировать практическое, основанное на запросах обучение естествознанию и математике, Исследовательский центр NASA Glenn Research разработал серию интерактивных компьютерных программ. для студентов.Все программы представляют собой Java-апплеты, которые запускаются в вашем браузере онлайн, через Всемирная паутина. Программы также можно загрузить на свой компьютер, чтобы вы могли использовать их без быть в сети. Программы находятся в общественное достояние и постоянно модифицируются и обновлено на основе вашего ввода. Мы также разработали серию руководств для начинающих, которые сопровождать каждый из пакетов программного обеспечения, чтобы объяснить естественные науки и математику.Вы можете получить доступ к руководствам для начинающих на сайте внизу этой страницы. И для учителей , мы разработали почти 200 виды деятельности проверить знание студентом материала. Эти мероприятия для каждого класса были разработаны учителями во время летних семинаров и соответствуют науке и математические стандарты. Мы хотели бы знать, используете ли вы какие-либо из этих тренажеров, занятий или сопровождающие руководства для начинающих.Пожалуйста, сообщите [email protected] о любом опыте использования этих продуктов. Щелкните значок ниже, чтобы получить дополнительную информацию об основных программах. FoilSim III: (80 КБ) FoilSim III вычисляет теоретическую подъемную силу и сопротивление аэродинамических поверхностей различных форм. Пользователь может контролировать форму, размер и наклон аэродинамического профиля и атмосферные условия, в которых летит профиль.В программу входит модель сваливания аэродинамического профиля, модель марсианина. атмосферу и возможность указать различные жидкости для сравнения подъемников. Программа имеет графический и числовой вывод, включая интерактивный зонд. который вы можете использовать для исследования деталей обтекания профиля. ДвигательSim: (455KB) EngineSim — симулятор который моделирует конструкцию и испытания реактивных двигателей.Программа работает в двух режимах: Режим дизайна. или туннельный тестовый режим. В режиме дизайна вы можете изменять переменные дизайна, в том числе условия полета, объем двигателя, характеристики впуска, турбомашина производительность компрессора и турбины, производительность камеры сгорания или горелки, или производительность сопла. Для турбовентиляторного двигателя также можно изменять вентилятор производительность и коэффициент байпаса. Когда у вас есть дизайн, который вам нравится, вы может переключиться в режим Tunnel Test Mode, имитирующий испытание реактивного двигателя на испытательном стенде.Затем вы можете изменить испытательную высоту, скорость полета и установка дроссельной заслонки. Несколько существующих движков также смоделированы в EngineSim. TunnelSim: (111 КБ) Использование TunnelSim апплета, студенты узнают больше об аэродинамике аэродинамических труб, изменив форма и условия потока через туннель. Эту программу можно использовать для предварительного проектирования открытой возвратной аэродинамической трубы.Скорости ограничены низкими дозвуковыми режимами и программой предупреждает ученика о высокой скорости потока и возможном расслоении в диффузоре. Компьютерные программы бакалавриата: Вот группа программ Java, которые были разработаны, чтобы помочь студенты бакалавриата изучают основы аэродинамика и силовая установка. Существуют программы для решения течений через ударные волны. и расширительные вентиляторы, поток через пересекающиеся и отраженные толчки, и свойства в областях изоэнтропического течения.Также есть специальные версии EngineSim, FoilSim и TunnelSyS для студентов. TunnelSys: (245 КБ) Использование TunnelSys апплет, студенты узнают о процессе тестирования в аэродинамической трубе. TunnelSys — это состоит из трех программ, имитирующих конструкцию, испытания в аэродинамической трубе и постобработку. данных в аэродинамической трубе.Существуют отдельные апплеты для частей проектирования и тестирования, которые проиллюстрировать детали геометрии и методов испытаний в туннеле. Есть версия приложения TunnelSys, который позволяет трем студентам работать в команде, проектируя и испытывая крыло самолета. в виртуальной аэродинамической трубе. С помощью приложения студенты могут сохранять результаты своих дизайнов. и тестирование для вывода файлов. RangeGames: (487 КБ) Эта программа представляет собой множество математических и физических задач с множественным выбором, связанных с самолетами. представление.Студент может выбрать один из нескольких типов самолетов и должен отвечать на вопросы о дальности, расходе топлива, ускорении, скорости и расположение самолета при взлете. RangeGames может записывать ваши ответы для оценки учителей, или вы можете просто играть в свое удовольствие. RocketModeler: Эта программа позволяет спроектировать и изучить полет модели ракеты.Вы можете варьировать размер ракеты, количество плавников и материалы, из которых построена ракета. Вы можете выбрать одну из множества доступных моделей ракетных двигателей и испытать полет. ваша ракета на компьютере. Программа вычисляет устойчивость вашего дизайна и траектория полета. Выходные данные включают максимальную высоту, которую достигает ракета. Затем вы можете сравнить расчетные и фактические характеристики вашей модели ракеты. KiteModeler: Эта программа позволяет проектировать и изучать полет воздушного змея.Вы можете выбрать один из пяти различных типов воздушных змеев, а затем изменить длина, ширина и виды материалы, из которых изготовлен воздушный змей. Затем вы обрезаете кайт, задав длину уздечки и хвоста и положение узла крепления контрольной лески к уздечке. Наконец, вы тестируете полет ваш кайт на компьютере, установив скорость ветра и длину контрольной лески. Программа вычисляет аэродинамические силы, вес и устойчивость вашей конструкции и форма контрольной линии, поскольку она провисает под собственным весом.Выходные данные включают максимальную высоту, которую достигает кайт. Затем вы можете сравнить расчетные и фактические характеристики вашего кайта. Звуковая волна: Использование SoundWave апплет, студенты узнают о звуках и о том, как они передаются по воздуху. «Жук» издает звук, который улавливается микрофоном. Звуковые волны анимированы, чтобы вы могли видеть, как передается звук.Вы можете перемещать жука и изменять его скорость, что демонстрирует эффект Доплера. изменения частоты для движущегося источника звука. Вы можете заставить жук двигаться быстрее чем скорость звука, чтобы увидеть образование волн Маха через поток. Футбол НАСА: Использование SoccerNASA апплет, студенты узнают об аэродинамике, контролируя условия футбольный удар.Футболисты могут «согнуть» мяч, если пролетят мимо много вращать мяч. В симуляции можно попробовать забить на пенальти, штрафной или угловой. Вы можете варьировать скорость мяча, крутить на попадание мяча на поле для выполнения штрафного удара, а также расположение и погодные условия на стадионе. Все эти условия влияют на полет мяча. Программа рассчитывает трехмерную траекторию полета. мяча, когда вы пытаетесь забить гол. CurveBall: (39 КБ) Использование CurveBall апплета, студенты узнают больше об аэродинамике, контролируя условия бейсбольное поле высшей лиги. Вы можете варьировать скорость подачи, вращение на мяч, точка выброса и расположение стадиона, которое влияет на атмосферный условия и количество кривой на шаре.Программа рассчитывает мячи и удары и сообщает вам, как далеко ваше поле проходит от центра тарелки. HitModeler: Использование HitModeler апплета, студенты узнают больше об аэродинамике, управляя условиями полета битый бейсбол. Вы можете изменять скорость и угол выхода мяча из бита, направление и сила ветра, а также расположение и погодные условия на стадионе, которые влияют на атмосферные условия и величина сопротивления мячу.Программа рассчитывает траекторию мяча, когда вы пытаетесь сделать хоумран. Райт 1901 Аэродинамическая труба: (753KB) Использование аэродинамической трубы Wright 1901 апплет, студенты узнают об истории испытаний в аэродинамической трубе. В 1901 году братья Райт построили небольшую аэродинамическую трубу, в которой провели подробные испытания 35 различных моделей крыльев. Модели тестировались на двух весах для определения коэффициентов подъемной силы и сопротивления крыльев. как функция угла атаки.С помощью программного обеспечения вы можете продублировать все тесты братьев. используя те же процедуры, что и братья. Процесс требует записи данных и выполнения тригонометрические вычисления для сведения данных к графикам производительности. 35 моделей сгруппированы для проведения различных параметрических исследований эффектов развала крыла, отношения апсекта, законцовки крыла конструкции и количества крыльев по коэффициенту аэродинамического сопротивления. Аплет атмосферы: Эта программа позволяет вам изучить, как давление, температура и плотность изменяться через атмосферу.Вы можете изучить атмосферу Земли или Марса. Поскольку скорость звука зависит от атмосферного газа и температуры, вы можете также выводит местную скорость звука и число Маха для выбранного самолета. скорость. Вы можете ввести выбранную высоту или изменить высоту с помощью слайдер самолета. Программа GasLab: Вот группа компьютерных анимаций, которые были созданы, чтобы помочь школьники-химики знакомятся с основами газового законодательства и уравнение состояния.Состояние газа определяется давлением, температура, масса и объем газа. Программа позволяет исправить два из этих переменных и наблюдайте за соотношением двух других переменных, изменяя стоимость одного из них. Навигация .. Руководство для начинающих Домашняя страница Руководство по аэродинамике для новичков Руководство по двигательной установке для новичков Руководство по аэродинамическим трубам для новичков Руководство по моделированию ракет для новичков Руководство по аэродинамике сжатых сред для новичков Руководство по воздушным змеям для новичков Домашняя страница футбола НАСА Домашняя страница бейсбола НАСА Аэрокосмические ресурсы

MicroCFD — 3D виртуальная аэродинамическая труба

Виртуальная 3D-аэродинамическая труба

Виртуальная аэродинамическая труба 3D импортирует стереолитографию (STL) файлы, стандартный формат САПР, основанный на триангуляции поверхности.Он запускает моделируемый пограничный слой, решатель вязких и сжимаемых потоков для течений с высоким числом Рейнольдса и турбулентными следами.

Все модели, показанные ниже, выполнялись на HP Pavilion Elite (h8-1360t) за четыре-восемь часов с использованием либо CUDA core GPU или четырехъядерный процессор. Декартова сетка состояла из 31 миллиона жидких и твердых ячеек, поровну делится на ближнее поле и дальнее поле потока.

Проверочное исследование было выполнено с пробелом орбитальный аппарат шаттла, сравнивающий аэродинамические силы, рассчитанные с помощью 3D VWT, с данными летных испытаний НАСА.При меньших углах тангажа подъемная сила была минимально недооценена, а сопротивление — немного завышено.

3D Virtual Wind Tunnel устанавливается на Microsoft Windows 64-разрядной версии и требует 6 ГБ системная RAM и HD-дисплей (1920 x 1080). Пожалуйста посмотри видеоурок, который продемонстрирует простоту его использования. Программа имеет 14-дневную бесплатную испытательный срок.

Число Маха по контуру Самолет F-15E. Модель STL, созданная Дэвид Томас.

0,70 Маха на высоте 10,0 км (265 гПа, 223 K).

Число Маха по контуру Шаттл-орбитальный аппарат. Модель STL, созданная Крис Шакал.

1,83 Маха на высоте 20,0 км (55,3 гПа, 217 К).

Контур плотности по Космический шаттл. Модель STL, созданная Крис Шакал.

1,47 Маха на высоте 11,6 км (206 гПа, 217 К).

Число Маха по контуру Ferrari 555. Модель STL, созданная Томми Мюллер.

0,20 Маха на уровне моря (1000 гПа, 300 К).

Число Маха по контуру Здание Демаг. Модель STL, созданная Ханс де Риддер.

0,20 Маха на уровне моря (900 гПа, 300 К).

Цифровая аэродинамическая труба — Ramboll Group

Независимо от того, проектируете ли вы отдельное здание или полноценный генеральный план, ветер — фактор, который нельзя игнорировать.

Ветровые нагрузки имеют большое влияние на жизнеспособность конструкции, но с помощью испытаний в аэродинамической трубе можно оптимизировать конструкцию, чтобы гарантировать, что конструкции могут выдерживать ветровые нагрузки.

Проблема заключается в том, что традиционные испытания в аэродинамической трубе (с использованием физических аэродинамических труб) выполняются очень поздно в процессе проектирования, а это означает, что любые изменения конструкции или сбережения, обнаруженные в ходе испытаний, требуют значительных переделок. Это может быть трудоемкий и дорогостоящий процесс.Проще говоря, для тестирования доступно лишь ограниченное количество аэродинамических труб, что снижает гибкость и вызывает более медленную реакцию.

Каждый раз, когда вам нужно протестировать потенциальное изменение конструкции — допустим, например, вы хотите проверить, работает ли конструкция здания лучше с закругленными углами, чем с острыми краями, — это означает необходимость создания совершенно новой модели, и что может быть обременительным процессом.

Кроме того, в физической аэродинамической трубе сложно испытать эффект масштабирования и меньшие элементы конструкции.

В Ramboll мы на собственном опыте столкнулись с этими проблемами при реализации сложных строительных проектов, таких как Bella Sky и Carlsberg City в Копенгагене. Вот почему мы разрабатываем новую цифровую альтернативу, используя вычислительную гидродинамику (CFD). Этот виртуальный подход имеет меньше ограничений, обеспечивает превосходные функции визуализации и дает ключевые идеи.

Цифровая альтернатива: подход к нескольким исследованиям

Мы называем это цифровой аэродинамической трубой. Такой подход может позволить вам моделировать, визуализировать и получать точные прогнозы ветровой нагрузки на рассматриваемые конструкции — в безопасной и гибкой виртуальной среде.Цифровая модель аэродинамической трубы позволяет легко протестировать различные возможности дизайна, чтобы вы в конечном итоге получили оптимальное решение.

Подробнее

Он также может решать широкий круг других вопросов дизайна, выполняя функции цифрового двойника. С помощью моделирования CFD становится возможным проводить несколько исследований за одно моделирование и, таким образом, принимать во внимание несколько факторов.

Например, новое строение может иметь определенные последствия для своего окружения; небоскреб, например, может изменить поток ветра в районе и повлиять на качество воздуха, уровни загрязнения, тепловой и ветровой комфорт на открытом воздухе, а также безопасность пешеходов и велосипедистов в этом районе.

Цифровая аэродинамическая труба может решить все эти проблемы за один эффективный процесс. И это можно сделать до начала реального ввода в эксплуатацию, что означает значительную экономию средств. Или в качестве пост-исследования для выявления проблемных и неисправных конструкций.

Экологичный след

Цифровое тестирование также позволяет сделать конструкции более экологичными, поскольку вы тестируете различные способы снижения воплощенного углеродного следа и выбросов CO2, связанных с конструкциями, без ущерба для способности конструкции выдерживать ветровые нагрузки.

Аналогичным образом, вы можете использовать цифровую аэродинамическую трубу для оптимизации конструкции с точки зрения энергоэффективности, вентиляции, безопасности и многого другого.

Наша разработка цифровой аэродинамической трубы основана на тщательной проверке путем сравнения цифрового подхода с реальными экспериментами и данными физических аэродинамических труб для обеспечения высочайшего качества нашей оценки.

Altair представляет виртуальную аэродинамическую трубу HyperWorks для более быстрой и точной внешней аэродинамики Sim

Altair представляет виртуальную аэродинамическую трубу HyperWorks (TM) (), оптимизированное и высококачественное вертикальное приложение, разработанное для улучшения моделирования аэродинамической трубы для автомобильной промышленности.Объявление было сделано во время ежегодной конференции по технологиям Altair в Северной и Южной Америке, которая проводится в Гарден-Гроув, Калифорния.

Использование нескольких новейших технологий Altair — от продвинутого построения сеток до высокоточного моделирования вычислительной гидродинамики. HyperWorks Virtual Wind Tunnel — это интуитивно понятный, высокоавтоматизированный и оптимизированный рабочий процесс и пользовательский интерфейс, который обеспечивает новый уровень точности и скорости при прогнозировании внешних аэродинамических характеристик автомобиля.

Моделирование внешней аэродинамики играет важную роль в современном автомобильном дизайне. На расход топлива, устойчивость, охлаждение двигателя, шум в салоне и работу стеклоочистителя влияют аэродинамические силы. Моделирование в аэродинамической трубе с использованием вычислительной гидродинамики (CFD) позволяет инженерам изучать эти аэродинамические нагрузки и может сократить количество физических испытательных экспериментов в аэродинамической трубе, необходимых в процессе разработки транспортного средства.

«Тесты производительности HyperWorks Virtual Wind Tunnel демонстрируют, что технология Altair исключительно хорошо коррелирует с фактическими результатами в аэродинамической трубе», — сказал Альтаир, вице-президент CFD Technology д-р.Фарзин Шакиб. «Мы ожидаем, что простота, гибкость, точность и скорость HyperWorks Virtual Wind Tunnel сделают его очень популярным не только в автомобильной промышленности, но и в других областях, где внешнее аэродинамическое моделирование имеет решающее значение, таких как архитектурное проектирование и строительство и ветряные турбины. разработка.»

Центральным элементом решения является AcuSolve®, ведущий в отрасли решатель CFD от Altair, который отличается высокой скоростью, масштабируемостью, надежностью и точностью. Усовершенствованная технология моделирования турбулентности AcuSolve позволяет HyperWorks Virtual Wind Tunnel прогнозировать поле потока и разделение потоков с помощью моделирования в установившемся и переходном режиме для более быстрых и точных результатов.Лучшее в своем классе решение для взаимодействия жидкости и конструкции от AcuSolve позволяет более реалистично и всесторонне моделировать автомобильную виртуальную аэродинамическую трубу с учетом гибкости конструкций.

«Мы предпочитаем использовать AcuSolve для внешней аэродинамики. В частности, мы считаем, что с помощью AcuSolve легче достичь результатов с высокой точностью измерения сопротивления при моделировании внешней аэродинамики », — сказала Женевьева Дютил, президент консалтинговой фирмы Lx Sim, занимающейся инженерным моделированием.

Еще одно преимущество HyperWorks Virtual Wind Tunnel — это расширенные возможности построения сетки. HyperWorks Virtual Wind Tunnel, основанный на мощной технологии создания сеток, поставляется с быстрым, полностью автоматизированным неструктурированным средством создания сетки с граничными слоями. Создание объемной сетки для анализа внешней аэродинамики автомобиля, включая нижнюю часть кузова, подкапотный отсек и пограничные слои, можно выполнить менее чем за два часа. Решающая программа CFD, лежащая в основе HyperWorks Virtual Wind Tunnel, очень терпима к качеству элементов и может управлять сильно искаженными элементами, что неизбежно при сложной геометрии.Гибкость решателя исключает трудоемкий этап оптимизации сетки, который часто требуется с другими решениями, значительно сокращая время создания сетки.

HyperWorks Virtual Wind Tunnel обеспечивает дружественную, интуитивно понятную пользовательскую среду и высокоавтоматизированный процесс установки. Моделирование можно легко передать в высокопроизводительные вычислительные системы из среды HyperWorks Virtual Wind Tunnel.

О компании Altair

Altair расширяет возможности клиентов к инновациям и принятию решений с помощью технологий, которые оптимизируют анализ, управление и визуализацию деловой и инженерной информации.Компания Altair является частной компанией, в которой работают 2000 сотрудников. У компании есть офисы в Северной Америке, Южной Америке, Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе. Имея 28-летний опыт разработки высококачественного программного обеспечения для инженерии и вычислений, решений для корпоративной аналитики, а также инновационного проектирования и разработки продуктов, Altair неизменно обеспечивает конкурентное преимущество клиентам в широком спектре отраслей. Чтобы узнать больше, посетите www.altair.com.

Windy Tunnel — Деятельность — TeachEngineering

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8 (7-9)

Требуемое время: 45 минут

Расходные материалы на группу: 0 долл. США.00

(Требуются компьютеры с доступом в Интернет.)

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Алгебра, физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Для этого действия требуются ресурсы:

---

Резюме

В этой деятельности демонстрируется принцип Бернулли в отношении полета с крыльями.Студенческие пары используют компьютеры и виртуальную аэродинамическую трубу онлайн, чтобы увидеть влияние изгиба и угла атаки профиля на подъемную силу. Предоставляются рабочие листы и рабочие листы по математике. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

В рамках итеративного процесса инженерного проектирования инженеры постоянно проверяют и изменяют свои проекты, прежде чем они достигнут успеха и считаются окончательными.Аэродинамические трубы и компьютерное моделирование аэродинамических труб позволяют аэрокосмическим инженерам тестировать конструкции крыльев, прежде чем они построят полноразмерные самолеты. Используя модели малого размера и компьютерное моделирование, инженеры могут проверить работоспособность своей конструкции менее затратным, эффективным и безопасным способом.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Используйте компьютерное программное обеспечение (доступно в Интернете), чтобы смоделировать подъемную силу на крыле самолета.
• Объясните переменные, влияющие на подъемную силу.
• Решите линейные математические уравнения с известными и неизвестными переменными.
• Опишите реальное применение принципа Бернулли.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
МС-ПС2-2.Запланируйте расследование, чтобы получить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта. (6-8 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Планируйте расследование индивидуально и совместно, а также в процессе разработки: определите независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут регистрироваться измерения и сколько данных необходимо для подтверждения претензии. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между доказательствами и объяснениями. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Движение объекта определяется суммой действующих на него сил; если общая сила, действующая на объект, не равна нулю, его движение изменится. Чем больше масса объекта, тем больше сила, необходимая для достижения такого же изменения движения.Для любого данного объекта большая сила вызывает большее изменение в движении. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Все положения объектов и направления сил и движений должны быть описаны в произвольно выбранной системе отсчета и произвольно выбранных единицах размера. Чтобы делиться информацией с другими людьми, необходимо также поделиться этим выбором. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Объяснения стабильности и изменений в естественных или спроектированных системах могут быть построены путем изучения изменений во времени и сил в различных масштабах. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

• Представьте и проанализируйте количественные отношения между зависимыми и независимыми переменными. (Оценка 6) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте переменные для представления величин в реальной или математической задаче и создавайте простые уравнения и неравенства для решения проблем, рассуждая о величинах.(Оценка 7) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Решите линейные уравнения с одной переменной.(Оценка 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_airplanes_lesson02_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Да пребудет с тобой сила: Лифт

Учащиеся еще раз обращаются к принципу Бернулли (представленному в уроке 1 раздела «Самолеты») и узнают, как инженеры используют этот принцип для проектирования крыльев самолета. Крылья самолета создают подъемную силу, изменяя давление воздуха вокруг них.Это первый из четырех уроков, посвященных изучению четырех ключевых сил во …

Введение / Мотивация

Если ты сразишься на армрестле с кем-нибудь — кто победит? Ну, конечно, тот, кто приложит больше усилий, побеждает! Но если оба «борца» толкаются с одинаковой силой, их руки не двигаются. Подъемник на крыльях самолета в чем-то похож. Когда воздух проходит через верх и низ крыла, давление и скорость воздуха меняются. Эти изменения создают подъем. Но на симметричном крыле изменения в верхней половине соответствуют нижней половине. Если силы в верхней и нижней части крыла одинаковы, подъемной силы нет. Поскольку изогнутый профиль (кривая крыла) не является симметричным, силы сверху и снизу различны — в этом случае создается подъемная сила.

Можно ли когда-нибудь поднять на симметричном профиле? Да, если вы подняли нос самолета. При этом крыло будет расположено под углом. Инженеры называют это углом атаки . Теперь силы в верхней и нижней части крыла различны и создают подъемную силу.

Чем больше угол атаки, тем больше подъемная сила; однако это работает только до определенного угла. Если угол слишком большой, воздух не будет плавно течь над аэродинамическим профилем, и подъемная сила не может быть создана; в этом случае крыло срывается с , что означает, что оно теряет подъемную силу.

Инженеры часто используют аэродинамические трубы, чтобы увидеть, как воздух течет, и плавно ли он течет над крылом. Они делают это, заполняя воздушную камеру аэродинамической трубы дымом и наблюдая, как (дымный) воздух обдувает модель крыла. Этот процесс также помогает им определить, какое сопротивление имеет аэродинамический профиль, по размеру следа (области, где воздушный поток не является плавным на задней кромке аэродинамического профиля). Они также могут наблюдать сваливание, когда воздух отделяется от крыла и начинает течь к передней части профиля.

А теперь попробуйте виртуальную аэродинамическую трубу сами!

Процедура

Справочная информация о аэродинамических трубах

Если бы вы разрезали крыло от его передней (передней) кромки до задней (задней), то вы бы увидели «разрез», показанный на Рисунке 1. Аэронавигационные инженеры называют это крылом .

Рис. 1. Симметричный профиль (слева) и асимметричный профиль с изгибом (кривая) (справа).авторское право

Авторское право © НАСА http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/shape.html

Верхняя и нижняя половины первого профиля идентичны — это обозначено как симметричный . Профиль справа несимметричен: его верхняя и нижняя половины разные. Разница между низом и верхом означает, что этот аэродинамический профиль имеет выпуклость .

Четыре силы полета

Четыре силы полета — это подъемная сила, вес, тяга и сопротивление. Подъем и вес противоположны и противодействуют друг другу.Точно так же тяга и сопротивление противодействуют друг другу.

Как принцип Бернулли создает подъемную силу?

Верхняя часть крыла самолета длиннее нижней, потому что она изогнута (см. Рисунок 2). Это означает, что воздух проходит над крылом быстрее, чем под ним. В результате воздух, движущийся над крылом, имеет меньше времени, чтобы надавить на крыло, создавая меньшее давление воздуха, чем воздух, проходящий под крылом. На рисунке 2 воздух, движущийся под крылом, движется медленнее и оказывает на крыло большее давление / силу, чем воздух, движущийся над крылом.Поскольку под крылом действует больше силы, чем над ним, в конечном итоге крыло поднимается вверх, создавая подъемную силу. Этот принцип лежит в основе полета на крыльях.

Рис. 2. Как крыло создает подъемную силу. Авторское право

Copyright © 2003 Джеффри Хилл, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Закрылки расположены на передней и задней кромках крыльев самолета. Во время взлета и посадки пилоты выпускают закрылки на задней кромке крыла. Закрылки увеличивают изгиб крыла, что позволяет поддерживать подъемную силу на более низких скоростях.После взлета пилот убирает (убирает) закрылки. Инженеры постоянно тестируют конструкции крыльев своих самолетов, чтобы определить подъемную силу, и при этом учитывают следующее:

• Количество воздуха, отклоняемого крылом , пропорционально скорости крыла и плотности воздуха .
• Вертикальная скорость отклоненного воздуха пропорциональна скорости крыла и углу атаки .
• Подъем пропорционален количеству отклоненного воздуха, умноженному на вертикальной скорости воздуха.
• Мощность , необходимая для подъема, пропорциональна подъемной силе , умноженной на вертикальной скорости воздуха.

До начала деятельности

• Сделайте копии рабочих листов.
• Откройте на компьютерах веб-сайт виртуальной аэродинамической трубы по адресу: http://wayback.archive.org/web/20120502104554/http://www.swe.org/iac/LP/wind_tunnel.html. ОБНОВЛЕНИЕ: С тех пор, как это мероприятие было впервые опубликовано, его виртуальный онлайн-ресурс в аэродинамической трубе (Общество женщин-инженеров, swe.org) исчез. Однако к нему по-прежнему можно получить доступ через Интернет-архиватор Wayback Machine по адресу http://wayback.archive.org/web/20120524022956/http://www.swe.org/iac/LP/wind_tunnel.html.

Со студентами

1. Обсудите принцип Бернулли и познакомьте с концепцией подъемной силы, как это предусмотрено в разделах «Введение / Мотивация» и «Предпосылки».
2. Объясните разницу между симметричным и изогнутым (асимметричным) крылом самолета.
3. Направьте внимание студентов на Рабочий лист 1 и веб-сайт виртуальной аэродинамической трубы. Попросите учащихся прочесть справочную информацию про себя. Через 10 минут обсудите чтение всем классом.
4. Разделите класс на пары учеников.
5. Обязательно смоделируйте процесс. Студентам может быть трудно понять, как работает модель. Модель изображает линии скорости, протекающие по разным типам крыльев.Линии скорости, расположенные близко друг к другу над крылом, демонстрируют подъемную силу; линии, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга над и под крылом, демонстрируют отсутствие подъемной силы.

Инструкции для виртуальной аэродинамической трубы

1. Выберите форму аэродинамического профиля из столбца №1.
2. Выберите угол атаки из столбца №2.
3. Щелкните «Запустить туннель».
4. Закройте окно, когда закончите с этим действием.
5. Попросите учащихся заполнить рабочий лист. Убедитесь, что они попробуют несколько моделей, чтобы решить, какая из них вызывает наибольший или наименьший подъем.
6. Обязательно смоделируйте процесс. Учащимся может быть сложно превратить английские предложения в математические уравнения. В рабочем листе учащиеся шаг за шагом проходят весь процесс.
7. Обсудите со студентами, что фраза «пропорционально чему-то» означает «равно некоторому числу, умноженному на что-либо». Более конкретно, мы можем сказать, что « пропорционально » означает, что K умножить на что-то, где K — константа пропорциональности.
8. Раздайте ученикам рабочий лист по математике 2 в качестве домашнего задания.(Рабочий лист может быть слишком сложным для младших классов.)

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопрос / ответ для обсуждения: Задайте студентам вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Запишите их ответы на доске

.

• Если вы с кем-то боретесь на руках, кто победит? (Ну, конечно, тот, кто приложит больше усилий, побеждает!)
• Что произойдет, если оба «борца» будут толкаться с одинаковой силой? (Их руки не двигаются.)
• Как это относится к лифту? (Подъем происходит, когда сила под самолетом больше, чем сила, давящая на самолет [вес]. Это похоже на армрестлинг, поскольку человек, который прилагает наибольшее усилие, толкает другую руку в этом направлении.)
• Опишите подъемную силу и ее влияние на полет самолета. (Ожидайте, что учащиеся поймут принцип Бернулли и смогут объяснить, что подъемная сила возникает, когда воздух движется сильнее снизу крыла, чем сверху крыла.)

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист 1: Попросите учащихся записать свои наблюдения и комментарии в своем Рабочем листе 1: Виртуальный ветреный туннель. После того, как учащиеся завершат свои рабочие листы, предложите им сравнить ответы со своими сверстниками. Затем обсудите это всем классом.

Оценка после деятельности

Рабочий лист 2 : Поручите учащимся заполнить Рабочий лист 2 по математике: Ветреный туннель: что это означает? как домашнее задание. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их понимание предмета.

Рисунок рисунка / Гонка: Нарисуйте аэродинамический профиль на доске в классе или на диапроекторе (см. Рисунок 1, например, аэродинамический профиль). Попросите двух учеников подойти к доске и принять участие в гонке, которые быстрее всех смогут нарисовать верхнюю или нижнюю часть профиля. Студент, который «побеждает», завершает рисунок (доходит до конца профиля) первым. Какой студент был самым быстрым? Будет ли этот профиль создавать подъемную силу или нет?

Советы по поиску и устранению неисправностей

• Убедитесь, что учащиеся поняли инструкции.
• Убедитесь, что все компьютеры открыты для веб-сайта виртуальной аэродинамической трубы.
• Обязательно предложите учащимся прочитать справочную информацию или просмотреть ее всем классом.

Расширения деятельности

Отличная демонстрация для учителей на подъемнике — это бросить фрисби. Верхняя часть фрисби имеет гладкую форму, и воздух проходит через нее быстрее, создавая меньшее давление. Воздуху требуется больше времени, чтобы пройти через дно фрисби, создавая таким образом зону с более высоким давлением, которая поднимает фрисби в воздух.

Предложите учащимся сравнить форму аэродинамического профиля с формой крыльев на разных самолетах. Почему у разных самолетов разная форма крыла?

Предложите студентам изучить работу аэрокосмических инженеров и то, как они используют подъемную силу и сопротивление в своих конструкциях.

Масштабирование активности

Для младших классов: прочтите инструкции в аэродинамической трубе вместе, задайте вопросы классу и задавайте вопросы после того, как они будут прочитаны. Хотя математический лист может быть слишком сложным, вы можете пройти этапы создания математического уравнения как класса.

Рекомендации

Это упражнение было адаптировано из упражнения «Крылья в аэродинамической трубе», проведенного в Интернет-центре Общества женщин-инженеров по адресу http://www.swe.org/iac/LP/wind_01.html

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Том Рутковски; Алекс Коннер; Джеффри Хилл; Малинда Шефер Зарске; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по электронной библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения высшего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд (грант ГК-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику DOE или NSF, и вы не должны рассчитывать на одобрение со стороны федерального правительства.

Последнее изменение: 30 апреля 2021 г.

(PDF) Онлайн-лаборатория в аэродинамической трубе

эффективнее, чем в лаборатории, где используются традиционные приборы.Онлайн-лаборатория

, представленная в этой статье, позволяет студентам исследовать схемы воздушных потоков вокруг

различных объектов, а соответствующая виртуальная лаборатория расширяет возможности удаленных экспериментов

.

В будущем мы планируем расширить онлайн-лабораторию механики жидкости для дополнительных экспериментов.

Дистанционно управляемые реализации эксперимента с установкой воздушного потока и эксперимента с воздушным потоком

в настоящее время находятся в стадии разработки.Лаборатория механики жидкостей для студентов

, описанные здесь объекты, значительно улучшат учебную программу по машиностроению в SIT

и предоставят средства, необходимые для улучшения профессиональной подготовки всех наших выпускников бакалавриата

, что позволит им более эффективно участвовать в соревнованиях. рынок.

Благодарности

Авторы выражают признательность за поддержку, предоставленную грантом NSF № 0326309. Кроме того, выражается признательность за финансовую поддержку

со стороны Совета по стипендиям Китая.Мы очень ценим помощь Я. Ли

и Ф. Аранго.

Ссылки

[1] Никерсон, Дж. В., Кортер, Дж. Э., Эше, С. К. и Часапис, К. (2007). Модель для оценки эффективности

удаленных инженерных лабораторий и симуляторов в образовании. Компьютеры и образование — Международный журнал

, Vol. 49, No. 3, pp. 708-725.

[2] Эше, С. К., Часапис, К., Назалевич, Дж. У. и Хромин, Д. Дж. (2003).Архитектура для многопользовательских удаленных лабораторий

. Мировые транзакции в области инженерного и технологического образования, Vol. 2, No. 1, pp. 7-11.

[3] Азиз, Э.-С., Эше, С. К., Часапис, К. (2007). Опыт работы в лаборатории с расширенными ИТ-технологиями в рамках современной программы бакалавриата инженеров

. Материалы Международной конференции по инженерии

Education 2007, Коимбра, Португалия, 3–7 сентября 2007 г.

[4] iLabs: Интернет-доступ к реальным лабораториям — в любом месте и в любое время: http: // icampus.mit.edu/ilabs/.

[5] Лаборатория дистанционного управления на базе DSP в университете Марибора: http://remotelab.ro.feri.uni-mb.si/.

[6] Цзя, Р., Сю, С., Гао, С., Азиз, Э.-С., Эше, С. К. и Часапис, К. (2006). Виртуальная лаборатория жидкости

механика. Материалы ежегодной конференции и выставки ASEE 2006 г., Чикаго, Иллинойс, США,

18–21 июня 2006 г. (награда за лучшую работу).

[7] Лаборатория жидкостей в Университете Айовы: http://css.engineering.uiowa.edu/fluidslab/.

[8] Muster, M., Kruger, A. & Eichinger, W. (2002). Виртуальная лаборатория жидкостей. Предложение о присуждении награды Консультативного совета Academic

Technologies за инновации в области учебных вычислений 2002:

http://at.its.uiowa.edu/atac/awards/2002/vfl/1-original_proposal/Ext_propos_FluidsLab.pdf

[9] Мустер М., Крюгер А. и Эйхингер В. (2002). Виртуальная лаборатория жидкостей. Отчет о ходе работы над премией Консультативного совета Academic

Technologies за инновации в области учебных вычислений 2002:

http: // at.its.uiowa.edu/atac/awards/2002/vfl/2-update/Progress_Report_VFL.pdf.

[10] Лаборатория распределенного управления в Потсдамском университете: http://www.dcl.hpi.uni-potsdam.de/research/dcl/.

[11] Реальные системы в виртуальной лаборатории: http://prt.fernuni-hagen.de/virtlab/info_e.html.

[12] Schmid, C., Eikaas, T. I., Foss. Б. и Жилле Д. (2001). Сеть удаленных лабораторных экспериментов. 1-я конференция IFAC

по приложениям телематики в автоматизации и робототехнике, Вайнгартен, 24-26 июля 2001 г.

[13] McFarlane, R.M & McBrayer, J.D. (2002). Дистанционное управление осевым ТРДД через World

Wide Web. Материалы ежегодной конференции и выставки ASEE 2002 г., Чикаго, Иллинойс, США,

18-21 июня 2002 г.

[14] Сбор данных (DAQ): http://en.