Экспериментальная аэрогидромеханика.

Курсовая работа.

Аэродинамическая труба малых скоростей Т-101

Труба непрерывного действия, с замкнутым контуром, с открытой рабочей частью.

Характеристики трубы

Форма сечения рабочей части: эллипс

Площадь сечения рабочей части: F = 264 м²

Размеры рабочей части:

горизонтальная ось 24 м

вертикальная ось 14 м

длина рабочей части L=24м

Скорость потока V_=560 м/с

Максимальное число Re ( )

Давление торможения p_о=1ата

Скоростной напор

Температура торможения T₀=270300°К

Мощность привода N=30000кВт

Т-101 построена в 1939 году и предназначена для проведения исследования аэродинамических характеристик самолетов на режимах взлета и посадки.

Натурная аэродинамическая труба Т-101(рис.1)  труба замкнутого типа, непрерывного действия, с двумя обратными каналами, расположенными симметрично по обе стороны от открытой рабочей части. Выходное сечение сопла имеет форму эллипса с осями 24x14м. Большая ось горизонтальна. Площадь выходного сечения сопла 264м². Длина рабочей части (от сопла до диффузора) - 24 м. Максимальная скорость потока около 50 м/с.

Рис. 1

Аэродинамический контур трубы показан на рис.2. Труба, изготовленная из стали (каркас) и железобетона (сопло, диффузор, обратные каналы), введена в строй в августе 1939 г.

Рис. 2

Поток создается двумя вентиляторами диаметром 16м, расположенными в диффузоре. Обратные каналы снабжены поворотными лопатками, угол атаки которых обеспечивает равномерное поле потока в рабочей части. Шаг лопаток переменный. Мощность привода вентиляторов 30 тыс. кВт. Для питания приводов служит специальный машинный зал, вырабатывающий постоянный ток на основе переменного 380В. Углы атаки лопастей вентилятора фиксированы, различная скорость потока создается изменением числа оборотов вала электродвигателей (n214 об/с). В лопастях вентиляторов установлены фольговые датчики целостности их силового набора (лонжеронов), а система индикации контроля за состоянием лопастей имеет сигнальный пульт в кабине весов.

Экспериментальное оборудование трубы состоит из аэродинамических шестикомпонентных весов АВ-101, координатника с шестиствольным насадком для контроля за полем трубы (скорости и скосы потока в рабочей части), стенда К для испытания объектов на ветровые нагрузки и средств спасения, монтажной вышки и монтажной люльки для обслуживания объектов испытаний, рельсовых подъёмных кранов на 10 и 50 тс, информационно-измерительной системы и подсистем: топливной, подачи сжатого воздуха, его подогрева, вентиляционной. Схема рабочей части Т-101 и габариты весов приведены на рис. 3, 4.

Аэродинамический контур Т-101.

Входное сечение диффузора имеет форму эллипса 25x15м, длина диффузора 31,5м. Угол расширения в горизонтальной плоскости около 15°, в вертикальной - 2°. Диаметры вентиляторов 16м. С помощью центральной профилированной перегородки диффузор переходит от эллипса в два круга 16.1м в плоскости вращения вентиляторов. За вентиляторами следует переходная часть обратного канала l=32.5м, в ней осуществляется переход от окружностей 16,1м к двум квадратам 18x18м. В переходной части происходит разделение контура трубы на два изолированных друг от друга канала. Сечение обратного канала - прямоугольник с основанием 19м и высотой H₁=18м, Н₂=32м. Увеличение высоты - по линейному закону. Высота Н₂- перед входом в форкамеру (камеру давлений). В форкамере обратные каналы соединяются на коротком участке в один общий канал прямоугольного сечения с основанием 42м и высотой 32м, это максимальное сечение в тракте Т-101. Далее начинается коллектор, осуществляющий переход от прямоугольного сечения к эллиптическому. Кривые, образующие форму сопла, рассчитаны по уравнению Витошинского. Поджатие F_max/F_c=5.09.

Рис. 3

Рис. 4

В каждом контуре трубы происходит 4-х кратное изменение направления течения - на 90° каждый раз. Оси вентиляторов - под углом 2° друг к другу - по биссектрисам переходных участков. В этом отличие от модели Т-101 - трубы Т-102, где они параллельны.

Для транспортировки модели в рабочую часть трубы в обратных каналах имеются раздвижные ворота 23x7,8 м.

Система подвода сжатого воздуха обеспечивает проведение экспериментов с управлением пограничным слоем на крыле, позволяет имитировать paбoтy силовой установки. Она состоит из трубопроводов, подающих сжатый воздух к верхнему строению весов АВ-101. Давление на выходе из стоек 4 ати, расход воздуха через две стойки (передние) 24кг/с. Имеется система подогрева воздуха до 400 450°С.

Система подвода электропитания - позволяет осуществлять работу винтомоторных установок (модели вертолета, самолета) с регулированием оборотов винта. Напряжение - до 1900В, частоты 0330 Гц, мощность до 3.600квт. Напряжение электродвигателей вентиляторов - 750В. Топливная система обеспечивает питание топливом (керосин, бензин) двигателей (турбовинтовых преимущественно) при "горячих" испытаниях в аэродинамических трубах Т-104 и Т-101. Система состоит из подземного топливохранилища, размещенного по требованиям пожарной безопасности вне труб на безопасном расстоянии; центробежных насосов, трассы подвода топлива (стационарной и съемной), фильтров тонкой очистки, системы измерения объемного расхода, систем управления подачей топлива и пожаротушения. Кроме того, в Т-104 имеется система удаления горячих газов из тракта трубы в атмосферу. Управление двигателем в Т-104 осуществляется из экспериментаторской - специально оборудованного помещения. В Т101 - либо дистанционное управление двигателем, как в Т-104, либо - в редких случаях - из кабины пилота. В последнем случае особое внимание уделяется мерам безопасности при возможном пожаре (ликвидация пожара, выключение двигателя самолета и аэродинамической трубы, эвакуация пилота из кабины самолета и экспериментаторов - из Т-101).

Характеристики весов ав-101 и измерительной системы т-101.

Компонента (параметр)	Пределы измерения	Погрешность
сила сопротивления	-3000 2500 кгс	0.3%
подъемная сила	-400010000 кгс	0.3%
боковая сила	-15002000 кгс	0.3%
момент крена	-60005000 кгсм	0.3%
момент рысканья	-60005000 кгсм	0.3%
момент тангажа	-60005000 кгсм	0.3%
угол атаки	±20°	0.1%
угол скольжения	±180°	0.1%
скоростной напор	0250кгс/м^2	0.3%

Среднеквадратичная погрешность определения аэродинамических коэффициентов в

диапазоне углов атаки =610° и углов скольжения =±15° составляет:

SC_Xa=±0.0010±0.0012

SC_Ya=±0.004±0.005

SC_Za=±0.0010±0.0015

Sm_Xa=±0.0005±0.0010

Sm_Ya=±0.0005±0.0010

Sm_Za=±0.0020±0.0030

При увеличении угла атаки свыше >10° эти величины возрастают примерно вдвое. Среднеквадратичная погрешность определения коэффициента давления SС_Р=0.1%.

Схема весов АВ-101 приведена на рис.5. Схема установки модели самолета на весах приведена на рис.6.

Рис. 5

Рис.6.

Контрольное крыло S=24м², b=2м, l=12м входит в состав оборудования Т-101 как средство контроля весов АВ-101 и поля скоростей в рабочей части. С его помощью определяется косизна потока в вертикальной плоскости; крыло при этом испытывается в прямом и перевернутом положениях. Регулярно (раз в год) проводя его испытания на весах и сравнивая вновь полученные характеристики с прежними, мы получаем возможность судить о погрешностях трубных весов (в пределах допустимого они или нет) и о поле трубы. Если сходимости нет, это служит причиной для поиска неисправностей в весах и изменений в тракте трубы: проводится контрольная тарировка весов, проверка установочных углов поворотных лопаток в обратных каналах и т.п.

Система встроенного контроля за состоянием лопастей вентиляторов главного привода позволяет в процессе эксперимента контролировать целостность основных силовых элементов каркаса лопастей и в случае появления дефектов (трещин) прекратить эксперимент. Система использует специальные датчики, наклеенные на продольный силовой набор (лонжероны) лопастей.

Монтажная вышка и монтажная люлька предназначены для монтажа, демонтажа и обслуживания объектов испытаний в рабочей части Т-101. Монтажная вышка перемещается по рельсам перпендикулярно оси Т-101, между соплом и кабиной весов. Управляется оператором с пульта, находящегося на верхней площадке (Н=9м). Имеет выдвижной мостик, позволяющий обслуживать при монтаже хвостовой узел задней точки крепления модели к верхнему строению.

Монтажная люлька  перемещается по 3 координатам в рабочей части, используя подкрановые рельсы. Рассчитана на подъем 4-х человек. Управляется крановщиком. При работе на монтажной люльке подъемный кран на 10тс не может использоваться.

Координатник  может определять поле скоростей в рабочей части трубы в рабочей зоне, ограниченной координатами х=222м, z=±12m, у_max=1.75 м - выше оси OX, y_min=5,85 м  ниже оси ОХ. Здесь х  продольная, z  боковая, у  вертикальная оси координат. Отсчет по ОХ  от среза сопла.

Требования к объектам испытаний для Т-101

1. Геометрические параметры испытуемых объектов должны находиться в следующих пределах:

размах крыла  от 6 до 16 м

площадь крыла  от 6 м² до 30 м²

длина объекта  до 18 м.

2. Величина миделевого сечения плохообтекаемых тел, в том числе и парашютов не должна превышать 18 м²

3. Масса объекта  не более 8т.

4. Конструкция объекта рассчитывается на ожидаемые нагрузки с запасом прочности, равным 3; для узлов крепления  4. В некоторых особых случаях этот запас может быть уменьшен, однако, при этом повышаются требования к безопасности эксперимента. Запас берется по отношению к эксплуатационным нагрузкам.

5. При изготовлении модели допуски на предельные отклонения выдерживаются согласно отраслевому стандарту “Модели летательных аппаратов для испытаний в аэродинамических трубах”(1987 г.).

6. Смещение узлов крепления объекта к весам в стороны от плоскости симметрии не должно превышать 3 мм при длине базы до 5 м и 5 мм при длине базы свыше 5 м.

7. Усилие на преодоление трения отклоняемых органов управления не должно превышать 11,5% от воспринимаемой нагрузки. Максимально допустимый люфт - не более ±0.1°.