Organizarea Constructiva Si Clasificarea Tunelelor Aerodinamice

5/12/2018 Organizarea Constructiva Si Clasificarea Tunelelor Aerodinamice - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/organizarea-constructiva-si-clasificarea-tunelelor-aerodinamice 1/16

1

Universitatea Politehnic BucuretiFacultatea de Inginerie Aerospaial

TUNELE AERODINAMICE

Student:Teliceanu Cristina-DanaGrupa:941



2

Ó TUNELE AERODINAMICE

Cercetrile experimentale de aerodinamic sunt strâns legat de experimentele realizateîn tunele aerodinamice, numite i suflerii. În camerele de experiene ale acestora se reproduc

condiiile de mediu în care structurile aeromecanice testate evolueaz în mod curent.

Ó CLASIFICAREAExist o diversitate mare de astfel de instala ii, principalele criterii dup care acestea se

pot clasifica fiind urmtoarele:

y dup arhitectura acestora, se disting tunele aerodinamice cu circuit deschis (vezi figura 1), tipEiffel, sau cu circuit închis (vezi figura 2), tip Prandtl;

y dup tipul camerei de experiene, se disting tunele aerodinamice cu camer de experienedeschis (prezint avantajul unor interferene reduse între modelul studiat i pereii camereide testare, dar sunt mari consumatoare de energie), sau cu camer de experiene închis,

(prezint avantajul unui consum de energie mai mic);

Fig. 1 - Schema de principiu al unui tunel cu circuit deschis icamer de testare închis

Fig. 2 - Schema de principiu al unui tunel cu circuit închis i

Camera detestare

Confuzor Difuzor

Retea de rectificare a aerului

Directia decurgere a aerului

Ventilator

Difuzor Confuzor

Camera detestare

Palete directoare

Ventilator



3

camer de testare deschis

y dup valoarea vitezei maxime de referin (din camera de experiene), se pot clasifica întunele aerodinamice subsonice incompresibile, subsonice compresibile, supersonice ihipersonice;

y dup valoarea presiunii din camera de experiene, pot fi tunele aerodinamice atmosfericesau presurizate, de densitate variabil.

Pe lâng tunelele aerodinamice descrise anterior s-au mai construit i unele cu destinaiespecial cum ar fi cele de vizualizare a curgerii, aeroacustice, de vrie, tuburile de oc, instalaiile

balistice i adiabatice etc.

Ó DIFERENE CONSTRUCTIVE ÎNTRE SUFLERIILE DE TIP SUBSONIC ISUPESONIC



4

Ó ELEMENTE CONSTRUCTIVE

y Zona experimantal (testare): este locul unde se plaseaz modelul de studiat i în carese reproduc condiiile atmosferice similare evoluiei obinuite. În seciuneatransversal camera de testare poate avea diferite forme, cele mai utilizate fiind (înfuncie de destinaia tunelului) cele dreptunghiulare, circulare, mai rar octogonale saueliptice etc. Aceasta poate fi mrginit de perei solizi, caz în care vena fluid se vanumi Äghidat´ sau fr perei, numindu-se Äliber .́ Indiferent dac este liber saughidat, vena are aceeai seciune ca i seciunea de ieire din colector. Vena liber încazul zonei experimentale deschise este de preferat din punctul de vedere al uurineimanevrrii i instalrii modelului, lucru care îl face des întâlnit chiar i la suflerii cedepesc 100m/s. Introduce îns pierderi mari de presiune din cauza formriivârtejurilor la ieirea din colector i pe frontiera liber a venei poate determinaapariia pulsaiilor. Acestea pot fi eliminate dac la intrarea în difuzor se plaseazfante, iar la ieirea din colector se monteaz palete triunghiulare sau parabolice,dispuse înafara jetului la un unghi de 20º. În cazul sufleriilor cu ven ghidat, pereiisolizi au o construcie puin evazat, ce permite eliminarea gradientului de presiune caurmare a îngrorii stratului limit. Unghiul de conicitatea pentru sufleriile de seciunecircular este situat între 0.2-0.5º, iar pentru sufleriile de seciune rectangular ajunge

Difuzor

Zonexperimental

Colector

Filtru

Cot

Cot

Motorul ventilatorului

Ventilator



5

în jur de 1º. Lungimea recomandat pentru camera de experiene este CE H CE D5 .1L $ ( CE H D este diametrul hidraulic al seciunii camerei de testare). În cazul unor lungimimai mari, grosimea stratului limit poate influena negativ precizia msurtorilor. Înfigura 3 sunt prezentate principalele caracteristici geometrice ale unei camere deexperiene de seciune rectangular.

Fig. 3 Principalele caracteristici geometrice ale uneicamere de experiene rectangulare

CE CE CE ba A v! aria seciunii camerei de testare;

CE l lungimea camerei de testare;

CE v viteza curentului de aer în camera de experiene (viteza de referin,luat în calculele referitoare la experiment).

y Difuzorul: este plasat dup camera de experiene i trebuie astfel realizat încât s nu se produc desprinderi ale curentului de aer de pe pereii acestuia. El este alctuit dintr-uncanal de seciune cresctoare, iar viteza curentului descrete progresiv de la intrare laieire. Aici are loc transformarea energiei cinetice în poteniala (de presiune). Enrgiacinetic pe secund pe care trebuie s-o transforme este:

Pentru seciuni circulare valoarea maxim recomandat a unghiul de evazare al pereilor este de aproximativ r$ 6 DE . Aceast valoare poate ajunge la r$12 DE în cazul seciunilor dreptunghiulare, unde creterea seciunii se realizeaz, frecvent, prin evazare într-unsingur plan, ca în cazul prezentat în figura 4. Caracteristicile geometrice ale unui astfel dedifuzor sunt urmtoarele:

D0 D0 D0 ba A v! aria seciunii de intrare în difuzor a curentului de aer cu vitezaD0 ;

D1D1D1 ba A v! aria seciunii de ieire din difuzor a curentului de aer cu vitezaD1 ;

Dl lungimea difuzorului;

v ( A )CE CEaCE

bCE l CE

v ( A )CE CE



6

DE unghiul de divergen al difuzorului;

D0

D1D1

A

An ! gradul de divergen al difuzorului.

Fig. 4 - Principalele caracteristici geometrice ale difuzorului

y Confuzorul: este plasat înaintea camerei de experiene i are rolul de a mri vitezacurentului de aer la valoarea CE v i de a micora turbulena în camera de experiene.Valorile recomandate ale gradului de convergen sunt )20 5 ( n C 0 $ - raportul dintre ariaseciunii de intrare în confuzor i aria seciunii de ieire din confuzor (respectiv de intrareîn camera de experiene). Exist mai multe tipuri constructive de confuzoare, în figura 5

fiind prezentate principalele caracteristici geometrice ale unui confuzor cu variaie aseciunii într-un singur plan i curbur dubl, cu generatoare curbilinii. Principalelecaracteristici geometrice ale unui astfel de confuzor sunt urmtoarele:

Fig. 5 - Principalele caracteristici geometrice ale unui confuzor cu variaie de seciuneîntr-un singur plan i curbur dubl cu generatoare curbilinii

v 1C v ( A )0C 0C

l D

a 1D

a 2D

a D

a0D

a1D

b0D

b1D

( A )1C

l 1C l 0C

b0C

a0C

b1C

a1C

a C

v ( A )0C 0C

v ( A )1C 1C



7

C 1C 1C 1 ba A v! aria seciunii de intrare în confuzor a curentului de aer cu vitezaC 1 ;

C 0 C 0 C 0 ba A v! aria seciunii de ieire din confuzor a curentului de aer cu vitezaC 0 ;

C 1l lungimea poriunii confuzoare;

C 0 l lungimea poriunii de seciune constant, ct A C 0 ! ;C E unghiul de convergen al confuzorului;

C 1

C 0 C 0

A

An ! gradul de convergen al confuzorului.

y R eeaua de rectificare: este utilizat pentru micorarea turbulenei curentului de aer iconducerea favorabil a acestuia spre alte componente de interes ale tunelului, precumconfuzorul. Cele mai simple din punct de vedere constructiv sunt realizate din plase. Celemai eficiente sunt cele din rigle de grosime constant RR Og , ale cror ochiuri pot aveadiferite forme, mai des întâlnite fiind cele dreptunghiulare (vezi figura 6).

Fig. 6 - Principalele caracteristici geometrice ale unei reele de rectificare

RR RR RR 1 ba A v! aria seciunii de intrare în reea a curentului de aer cu vitezaRR 1 ;

RR ORR ORR RR 0 hl z A v!

aria seciunii vii a reelei (aria seciunii de ieire a curentuluide aer având viteza RR 0 );

RR ORR ORR O hl a v! aria unui orificiu;

l RR

( A

) 0 R R

v 0 R R

aRR

bRR

g oRR

l oRR h o R R

( A)

1 R R

v 1 R R



8

RR l lungimea reelei;

RR 2 RR 1RR nnz ! numrul de ochiuri al reelei;

RR l n , RR hn numrul de ochiuri pe limea, respectiv pe înlimea reelei.

y Ventilatorul: reprezint sursa de putere a instalaiei, asigurând circulaia aerului prin tunel.Pentru tunelele clasice mai des utilizate sunt cele axiale. Pentru diminuarea vârtejurilor generate de rotorul ventilatorului se folosete uneori soluia montrii succesive a douventilatoare identice ce se rotesc în sensuri contrare. Cel mai adesea se introduc pecircuitul tunelului reele de rectificare a curentului de aer, reele de profile etc. Semonteaz cât mai departe posibil de camera de experiene. În cazul în care turaiaventilatorului este constant, debitul de aer se regleaz cu ajutorul unei vane.

y Elemente de legtur: sunt necesare în general tunelelor în circuit închis i fac legturaîntre principalele elemente componente ale acestora. Sunt reprezentate cel mai adesea decoturi i corpuri de trecere de la un tip de seciune la altul, ca de exemplu de la seciuneacircular a ventilatorului la o seciune de curgere dreptunghiular, precum în figura 7.

4D A 2 TC 0 C T 0 T! aria seciunii de intrare în corp, a curentului de aer cu viteza

TC 0 ;

C T 1C T 1C T 1 ba A v! aria seciunii de ieire, a curentului de aer cu viteza TC 1 ;

TC l lungimea corpului de trecere;

Fig. 7 - Principalele caracteristici geometrice ale unui corp de trecere

a1TC

b1TC

lT C

v0

T C

( A )0T C

v1CI

( D )

0 T C v1T C

( A )1T C



9

În cazul coturilor, pentru reducerea rezistenei hidraulice, se recomand echipareaacestora cu pale directoare. La coturile ai cror perei nu sunt concentrici, acestea pot fi

profilate aerodinamic (vezi figura 8.a), cilindrice de grosime constant (vezi figura 8.b),sau concentrice subiri pentru cele cu perei concentrici (vezi figura 9).

Fig. 8 - Pale directoare în coturi ai cror perei nu sunt concentrici

Fig. 9 - Principalele caracteristici geometrice ale unui cot de întoarcerecu perei concentrici i pale directoare

I C 0 I C 0 I C 0 ba A v! aria seciunii de intrare în cot, curentul de aer având viteza CI 0 ;

I C 1I C 1CI 1 ba A v! aria seciunii de ieire din cot, curentul de aer având viteza CI 1 ;

CI r raza interioar a cotului;

CI 0 R raza median;

CI H unghiul cotului de întoarcere;

CI 2 ,I C 1 r r razele palelor directoare.

E v

d p

(a) (b)

v

R 0 C I

b0CI

a0CI

b1CI a1CI

( A )1CI

v0CI

r 2 C I

r 1 C I

( A )0CI

v 1CI

=

=

r C I

dCI



10

În coturie ai cror perei nu sunt concentrici, palele directoare din acestea formeaz ungrtar aerodinamic, care provoac abaterea curentului de aer spre peretele interior, datoritforelor aerodinamice ce se dezvolt pe acestea. În cazul alegerii corecte a dimensiunilor,numrului, unghiului de aezare i dup caz, a profilului palelor directoare, abatereacurentului spre peretele interior preîntâmpin desprinderea curentului de perete i formareaunei zone turbionare de recirculare.

Aciunea palelor concentrice se exprim mai ales prin aceea c ele scindeaz cotul datîntr-un ir de coturi cu un grad mai mare de lungire a seciunii transversale CI 0 CI 0 aR ,ceea ce duce la micorarea pierderilor de presiune.

Numrul normal de pale necesar obinerii unei distribuii uniforme a vitezei imediatdup cot se determin din formula:

1a

r 13.2 n

1

0

0 norm ¹¹

º

¸©©ª

¨!

Amplasarea optim a palelor în coturi cu perei concentrici se obine dac:

0 1i i a07 .0 r 2 6 .1r ! [m]



11

Ó ALTE TIPURI DE TUNELE

Primele cercetri în acest domeniu au început înc din secolul XVI, iar prin metodeleiniiale enumerm:

y Metoda manejului i utilizarea curentului natural atmosferic (1866)y Sufleria Philips prin ejecie de aer comprimat(1884)y Sufleria cu ventilator ±suflând asupra corpului (1890-1909)y Sufleria cu ventilator ±suflând dinspre corp (1903-1909)

Plecând de la aceste instalaii, domeniu aerodinamicii experimentale este în continuadezvoltare pân în ziua de azi. Cele mai recente tuneluri aerodinamice folosesc alte tipuri defluide decât cele obinuite i prezint importante diferene constructive.

Vom enumera câteva tipuri de tunele aerodinamice folosite de NASA:

y Tunelul transonic criogenic ± utilizeaza nitgrogen gazon (GN2)

y y

y



12

y Tunelul de temperatura - 8 foot high temperature- tunel hipersonic înclzit printr-unsistem de combustie, permite experimetarea la numere Mach între 4-7 pentru modelede dimensiuni foarte mari

y Tunelul subsonic de dimensiuni mari



13

y Tunelul vertical de dimensiuni mari

y Tunel de testare scramjet- numere Mach de la 4.7-8, testeaz atât modele cât icomponente la scar redus



14

y Tunel scramjet înclzit prin combustie-testeaza modele întregi ale avioanelor cuscramjet la scar redus, numere Mach 3.5-6

y Tunel supersonic cu combustie ± utilizat pentru modele cu ramjet i scramjet, numereMach între 4.5-7



15

y Tunelul transonic naional ± utilizeaz nitrogenul ca fluid de lucru; aici au fost testatemajoritatea avioanelor militare americane înc din 1892

y Tunelul transonic dinamic- face parte din Institutul Transonic Dinamic, care deinecele mai performante echipamente din lume pentru testarea aeroelastic (flutter) amodelelor la scar la viteze transonice; scopul su principal este cercetarea iînelegera fenomenelor aeroelastice i rezolvarea problemelor cauzate de acestea



16

Ó Bibliografie: - N.S. Tomescu ± Aerodinamic experimental- internet : www.nasa.gov; http://wte.larc.nasa.gov

(wind tunnel enterprise)

Organizarea Constructiva Si Clasificarea Tunelelor Aerodinamice

Documents

Transcript of Organizarea Constructiva Si Clasificarea Tunelelor Aerodinamice