ВЛИЯНИЕ  КОНЦЕВЫХ  ШАЙБ  НА  ПОПЕРЕЧНОЕ  ОБТЕКАНИЕ  ПРЯМОУГОЛЬНОЙ  ПЛАСТИНЫ  МАЛОГО  УДЛИНЕНИЯ

Шмигирилов  Родион  Васильевич

студент  математико-механического  факультета  Санкт-Петербургского  государственного  университета,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E -mail:  robin_fin@mail.ru

Рябинин  Анатолий  Николаевич

д-р  физ.-мат.  наук,  гл.  научн.  сотр.  Санкт-Петербургского  государственного  университета,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E -mail:  a_riabinine@mail.ru

INFLUENCE  OF  END  PLATES  ON  THE  TRANVERSAL  FLOW  PAST  RECTANGULAR  PLATE  OF  SMALL  ASPECT  RATIO

Shmigirilov  Rodion

Student,  Faculty  of  Mathematics  and  Mechanics  of  St.  Petersburg  State  University,  St.  Petersburg

Ryabinin  Anatoly

D.Sc,  Principal  Researcher,  St.  Petersburg  State  University,  St.  Petersburg

АННОТАЦИЯ

Влияние  концевых  шайб  на  обтекание  прямоугольной  пластины  исследуется  экспериментально.  Для  двух  пластин  с  концевыми  шайбами  и  без  шайб  найдены  коэффициент  лобового  сопротивления,  коэффициент  донного  давления  и  размер  рециркуляционной  зоны. 

ABSTRACT

Influence  of  end  plates  on  the  airflow  around  rectangular  plate  is  studied  experimentally.  The  drag  force  coefficient,  the  base  pressure  coefficient  and  dimension  of  recirculating  region  are  obtained  for  two  plates  with  and  without  end  plates. 

Ключевые  слова:   воздушный  поток;  плохообтекаемое  тело;  лобовое  сопротивление;  донное  давление;  рециркуляционная  зона.

Keywords:   airflow;  bluff  body;  drag  force;  base  pressure;  recirculation  region.

Концевыми  шайбами  называются  пластины,  устанавливаемые  вдоль  воздушного  потока  на  концах  исследуемых  объектов.  Концевые  шайбы  используются  в  аэродинамическом  эксперименте  как  в  испытаниях  крыльев  [2],  так  и  при  испытаниях  плохо  обтекаемых  тел,  например,  сегментов  мостов  [1].  Цель  установки  концевых  шайб  —  исключение  перетекания  воздушных  потоков  через  торцы.  Шайбы  в  плане  имеют  обычно  круглую  или  эллиптическую  форму.  Размер  шайб  вдоль  потока,  как  правило,  в  несколько  раз  превышает  размер  исследуемой  модели.  Недавние  исследования  [4;  6]  показали,  что  наличие  концевых  шайб  существенно  меняет  зависимость  коэффициента  нормальной  силы  призм  малого  удлинения  от  угла  атаки,  что  приводит  к  уменьшению  в  несколько  раз  критической  скорости  галопирования  упруго  закрепленных  призм.

В  настоящей  работе  экспериментально  исследуются  влияние  концевых  шайб  на  аэродинамические  характеристики  очень  простого  плохо  обтекаемого  тела,  каким  является  прямоугольная  пластина,  ориентированная  перпендикулярно  вектору  скорости  набегающего  потока.  Две  прямоугольные  пластины,  отличающиеся  удлинением  λ  (отношением  длины  l  к  ширине  w),  испытывались  в  дозвуковой  аэродинамической  трубе  АТ-12  Санкт-Петербургского  государственного  университета,  описанной  в  работе  [3].  В  открытой  рабочей  части  установки  скорость  воздушного  потока  может  регулироваться  в  пределах  от  0  до  40  м/с.  Начальная  степень  турбулентности  равна  0,4  %.  Длина  рабочей  части  2,25  м,  диаметр  среза  сопла  круглого  сечения  1,5  м.  Пластины  подвешивались  в  рабочей  части  аэродинамической  трубы  на  проволочной  подвеске  аэродинамических  весов.  Ширина  пластин  равна  39  мм  и  33  мм,  длина  —  489  мм  и  810  мм  соответственно.  Испытания  проводились  с  концевыми  шайбами  и  без  шайб.  Шайбы  представляли  собой  тонкие  стальные  диски  диаметром  200  мм.

Измерения  донного  давления  и  разности  давлений  в  ближнем  следе  пластины  производились  с  помощью  датчика  Креля.  Датчик  Креля  представляет  собой  цилиндр  диаметром  8  мм  и  высотой  5  мм.  В  центре  оснований  цилиндра  находятся  отверстия  забора  давления  диаметром  0,5  мм.  Через  боковую  поверхность  цилиндра  выводятся  две  трубки  диаметром  1  мм,  через  которые  отверстия  забора  давления  соединяются  с  дифференциальным  спиртовым  микроманометром  с  наклонной  трубкой.  Когда  датчик  Креля  располагается  против  центра  пластины  на  расстоянии  1-3  мм  от  кормовой  поверхности  пластины,  а  плоские  поверхности  датчика  параллельны  пластине,  давление  в  обоих  приемных  отверстиях  совпадает  с  донным  давлением.  Результаты  измерения  донного  давления  приведены  на  рис.  1.  На  этом  же  рисунке  приведены  ранее  опубликованные  результаты  [5].

Рисунок  1.  Коэффициент  донного  давления  в  зависимости  от  удлинения  пластины.  1  —  Результаты  из  работы  [5].  2  —  Пластина,  оснащенная  концевыми  шайбами.  3  —  Пластина  без  концевых  шайб

При  удалении  от  пластины  давление  на  подветренной  стороне  превышает  давление  на  наветренной  стороне  и  эта  разность  давлений  максимальна  на  некотором  расстоянии  от  пластины.  При  дальнейшем  удалении  разность  давлений  уменьшается  и  на  расстоянии  l₀  от  пластины  равна  нулю.  В  этой  точке  средняя  скорость  потока  равна  нулю,  расстояние  l₀  представляет  собой  длину  рециркуляционной  зоны  в  следе  за  пластиной.  На  рис.  2  помещены  результаты  измерения  длины  рециркуляционной  зоны.

Рисунок  2.  Зависимость  длины  рециркуляционной  зоны  от  удлинения  пластины.  1  —  Результаты  из  работы  [5].  2  —  Пластина,  оснащенная  концевыми  шайбами.  3  —  Пластина  без  концевых  шайб

С  помощью  аэродинамических  весов  определены  коэффициенты  лобового  сопротивления  пластин.  Концевые  шайбы  увеличивают  коэффициент  лобового  сопротивления  пластины  c_x  с  удлинением  λ  =  12,5  с  1,33  до  1,58.  Для  другой  пластины  (λ  =  24,5)  c_x  увеличивается  с  1,33  до  1,46. 

Таким  образом,  концевые  шайбы,  установленные  на  плоские  пластины,  приводят  к  увеличению  коэффициентов  донного  давления  c_p  и  лобового  сопротивления  c_x  и  уменьшению  относительной  длины  рециркуляционной  зоны  за  центральной  частью  пластины  l₀/w. 

Список  литературы:

1.Гостеев  Ю.А.,  Обуховский  А.Д.,  Саленко  С.Д.  Влияние  формы  на  аэродинамические  характеристики  балочных  мостов  //  Инженерно-строительный  журнал.  —  2014.  —  №  5.  —  С.  63—72.

2.Зверков  И.Д.,  Занин  Б.Ю.  Влияние  концевых  шайб  на  топологию  срывного  течения  на  прямом  крыле  //  Аэромеханика  и  газовая  динамика.  —  2002.  —  №  3.  —  С.  68—72.

3.Ковалев  М.А.  О  расчете  и  исследовании  аэродинамических  труб  //  Уч.  зап.  Ленингр.  ун-та.  —  1939.  —  Вып.  7.  —  С.  61—86.

4.Люсин  В.Д.,  Рябинин  А.Н.  Исследование  влияния  удлинения  призмы  на  ее  аэродинамические  характеристики  и  амплитуду  колебаний  при  галопировании  //  Вестник  Санкт-Петербургского  университета.  Серия  1:  Математика,  механика,  астрономия.  —  2011.  —  №  2.  —  С.  139—145.

5.Рябинин  А.Н.  Некоторые  экспериментальные  исследования  дозвуковых  течений  //  Гидроаэромеханика  /  ред.  В.Г.  Дулов.  —  СПб.  —  1999.  —  С.  216—225. 

6.Ryabinin  A.N.,  Lyusin  V.D.  Galloping  of  small  aspect  ratio  square  cylinder  //  ARPN  Journal  of  Engineering  and  Applied  Sciences.  —  2015.  —  Vol.  10,  —  №  1.  —  P.  134—138.