Поведение различных моделей пролётного строения в ветровом потоке.

Цель: изучить и сравнить поведение моделей пролётного строения в ветровом потоке.

Теоретическая часть.

Анализ поведения конструкции в потоке обнаруживает как статические деформации изгиба, так и разнообразные явления аэроупругой статической и динамической неустойчивости.

Они обусловлены: формой поперечного сечения, конфигурацией сооружения, ориентацией его в ветровом потоке, упругими и демпфирующими свойствами конструкции, структурой ветра и др.

На поверхности тел, обтекаемых воздухом, образуется тонкий слой

заторможенного воздуха – пограничный слой, толщина которого зависит

от очертания и шероховатости поверхности и обуславливает возникновение силы лобового сопротивления. Пограничный слой, в котором поток течет спокойно отдельными слоями, называют ламинарным. Если пограничный слой беспорядочно завихрен, то он турбулентный.

При обтекании криволинейной поверхности возникает обратное течение

потока, которое оттесняет внешний слой от поверхности, в результате пограничный слой набухает и отрывается от поверхности. Отрыв пограничного слоя приводит к образованию вихрей.

На тело, обтекаемое ветровым потоком, действуют поверхностные аэродинамические силы (рис.6). Проекции полной аэродинамической силы:

X – сила лобового сопротивления;

Y – подъемная сила;

Z – боковая сила.

Проекции полного аэродинамического момента:

Mx – момент крена;

My – момент рыскания;

Mz – момент тангажа.

В аэродинамике часто используется скоростная система координат, приведенная к вектору скорости ветрового потока. Угол α, который образует набегающий ветровой поток с горизонтальной плоскостью называется угол атаки, а угол β с вертикальной плоскостью – угол скольжения.

Рис. 6 Аэродинамические силы, действующие на тело

Поперечное сечение тела или его основной параметр называется мидель, а

длина пролетного строения – удлинение L. Если L/b>20 или L/h>20, то считают, что тело имеет бесконечное удлинение.

При обтекании пролётного строения ветровым потоком, на него действуют аэродинамические силы, указанные на рис. 7. Эти силы имеют различную природу: нециркуляционную, обусловленную силами присоединенных масс, циркуляционную действующие на неподвижное тело и при колебаниях сооружения.

Рис. 7 Схема сил, действующих на поперечное сечение пролётного строения

L₁ – подъёмная сила

L₂ – центробежная сила с центром давления в 3\4 ширины сечения

M – аэродинамический момент присоединённых масс относительно центра кручения;

M₀ - аэродинамический момент

A_ц - аэродинамический центр тяжести

Ц_к – центр конструкции

L_yʹ - циркуляционная подъёмная сила, изменяющаяся в соответствии с вектором относительной скорости ветрового потока

L_yʹʹ - подъёмная сила, изменяющаяся эквивалентно углу атаки

Практическая часть.

Рис. 8 Схема аэродинамической трубы

Рис. 9 Схема закрепления пролетного строения

Модель аэродинамической трубы представляет собой трубу с закреплённым на одном её конце вентилятором и смотровым стеклом посередине. Модель пролётного строения помещается в трубу и закрепляется там резиновыми державками. Фиксация пролётного строения нежесткая и позволяет модели перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. В лабораторной работе №4 необходимо пронаблюдать за поведением четырёх моделей пролётного строения, а затем описать увиденное.

Модели пролётных строений:

1. Модель пролётного строения с П-образным поперечным сечением

2. Модель пролётного строения с замкнутым контуром, коробчатого сечения

3. Модель пролётного строения с обтекателями в виде треугольников углом внизу

4. Модель пролётного строения с обтекателями в виде равнобедренных треугольников

5. Модель пролётного строения с обтекателями в виде треугольников углом вверху

Вопросы к отчету.

1. Каковы причины раскачивания пролетного строения в ветровом потоке?

2. Что такое угол атаки?

3. Почему обтекатели уменьшают амплитуду колебаний модели?

4. Какие аэродинамические силы действуют на пролетное строение, обдуваемое ветровым потоком?

5. В чем состоит кризис обтекания цилиндрических поверхностей?

19