Studiu asupra efectelor venei limitate n experiment rile n suflerii aerodinamiceProfesor coordonator: Conf. dr. ing. Nicolae- erban Tomescu Absolvent: Cristina-Dana Teliceanu

Cuprins I. Consideratii privind sufleriile aerodinamice II. Camere experimentale cu pereti ventilati. Aspecte teoretice si de proiectare III. Interferen e de perete n tunelurile aerodinamice cu pere i ventila i la viteze subsonice mari IV. Metoda de analiz a interferen ei pere ilor pentru o camera experimentala cu sectiune patrat cu pereti perforati. Aplicatie de calcul V. Concluzii

I. Consideratii privind sufleriile aerodinamice Sufleriile aerodinamice au beneficiat de aten ia multor oameni de tiin , ce au f cut posibil existen a unei game variate de astfel de instala ii. Fiecare suflerie este construit pentru a deservi test rilor n condi ii de vitez , i de curgere specifice regimurilor de zbor ale aeronavelor. n camera unde va fi plasat obiectul de studiu, numit i camer experimental va fi creat o curgere de aer sta ionar , rectilinie i uniform avnd o vitez determinat .

Model de suflerie

Suflerie de viteze mari subsonice In prezenta lucrare vom aborda cazul vitezelor mari subsonice: gama de numere Mach 0.5 - 0.9, f r a dep i aceast valoare. Viteza de circula ie a aerului n interiorul instala iei duce la cre terea temperaturii, fapt care impune anumite m suri constructive suplimentare fa de sufleriile de viteze mici. Instala ia de r cire este unul dintre aceste elemente. Ca variant constructiv este uzual adoptat cea a schimbului de aer. Se va men ine o temperatur acceptabil prin admisia de aer rece i evacuarea celui cald. Aerul cald este evacuat printr-o deschidere inelar la intrarea n colector, iar cel rece este introdus n sistem la cap tul primului difuzor.

Admisia si evacuarea aerului

II. Camere experimentale cu pereti ventilati. Aspecte teoretice si de proiectare Zona experimantal (zona de testare) este locul unde se plaseaz modelul studiat i n care se reproduc condi iile atmosferice similare evolu iei obi nuite. Aceasta poate fi m rginit de pere i solizi, caz n care vena fluid se va numi ghidat sau f r pere i, numindu-se liber . Indiferent dac este liber sau ghidat , vena are aceea i sec iune ca i sec iunea de ie ire din colector.

Camerele experimentale cu pere i ventila i pot ap rea n diverse variante constructive. Printre acestea se num r : camera experimental cu pere i mobili;

-

-

camera experimental cu fante ;

-

camera experimental cu pere i perfora i.

-

-

Pentru u urarea calculelor, peretele real va fi nlocuit cu unul fictiv, omogen care va crea n schimb aceea i for portant ca i peretele real. Portan a este distribuit n mod uniform asupra peretelui, prin urmare se va produce o c dere sau o ridicare de presiune uniform n curentul ce provinde din fante. C derea de presiune va putea fi descris de rela ia:

p diferen a de presiune dintre camera plenum i restul zonei experimentale q presiunea dinamic a curgerii unghiul dintre suprafa a peretelui i curent Constanta K va depinde de geometria peretelui, i de num rul Mach

Orice tunel aerodinamic cu perfora ii, indiferent de amplasarea acestora sau de raportul ntre suprafa a deschis i cea total , este caracterizat de rela ia:

Termenul liniar din ecua ie este n mod uzual i cel dominant i este singurul utilizat pentru a determina corec iile necesare.

III. Interferen e de perete n tunelurile aerodinamice cu pere i ventila i la viteze subsonice mari ncerc rile pe machete n suflerii prezint rezultate ce urmeaz a fi folosite la studiul fenomenelor la scar real . Pentru acest lucru se impune realizarea unei similitudini geometrice complete, egalitatea numerelor Reynolds i Mach, precum i introducerea unor corec ii ce in cont de curgerea n jurul modelului, cauzat de aria sec iunii transversale limitat , prezen a pere ilor camerei experimentale i a supor ilor de sus inere a machetei. Se impune astfel necesitatea aplic rii formulelor de corec ie ce fac valabile n vena nelimitat rezultatele ob inute n cadrul unei suflerii (vena limitat ).

Punerea problemei Efectul pere ilor unei suflerii asupra curgerii n jurul modelului, n cazul pere ilor perfora i, poate fi calculat folosind aceea i metod ca n cazul sufleriilor cu pere i nchi i. Analiza se bazeaz pe ecua ia liniar a curgerii compresibile subsonice:2

x 2N x 2N x 2N 2 2 !0 2 xx xy xz

unde N reprezint poten ialul vitezei de perturba ie a curgerii in tunel. Fie N = N1 + N*, unde N1 reprezint poten ialul curgerii n jurul modelului n aer liber i N* poten ialul curgerii suplimentare datorate prezen ei pere ilor.

Corectia de blocaj va fi:xN * u! xx la x!y!z!0

Corec ia de interferen tridimensional :xN * w! xz la

n camerax!y!z!0

Plecand de la aceste ecuatii se vor adauga si conditiile la limita specifice pentru camera experimentala studiata si se va analiza viteza suplimentar a curentului determinat de pere i la pozi ia modelului

IV.Metoda de analiz a interferen ei pere ilor pentru o camera experimentala cu sectiune patrat cu pereti perforati. Aplicatie de calcul. Prezenta metod propune o solu ie alternativ bazat pe metoda diferen elor finite, fiind foarte potrivit pentru sufleriile cu sec iune dreptunghiular . Masur torile efectuate asupra a trei machete similare din punct de vedere geometric au fost folosite pentru a analiza interferen a pere ilor (solizi sau perfora i) asupra inciden ei n tunelul NAE (National Aeronautical Establishement). Calcularea corec iei unghiului de atac este realizat prin metoda liniei portante; pentru problema interferen ei pere ilor n curgerea subsonic s-a folosit metoda diferen elor finite. In prezenta lucrare am abordat macheta M5.

O abordare des utilizat , pe care o vom folosi i n prezenta lucrare este de a scrie poten ialul N sub forma:

!f g unde f este poten ialul curgerii peste model la infinit (n amonte), n aer liber iar g este poten ialul de interferen , presupus ca o func ie armonic pe lungimea tunelului interior. Prin urmare putem calcula corec ia inciden ei, n pozitia n care este plasat modelul cu ecuatia:

xg ! xz Factorul curentului superior:0

!

A xg SC z xz

Cz coeficientul de portanta S este aria de referin a modelului A este sec iunea transeversal a sufleriei

Odat Ho evaluat, (E este dat de:

! Cz

S A

0

Corec iile pentru coeficientul de portan , coeficientul de rezisten , coeficientul de moment sunt n func ie de Ho:Cz ! 0 Cx ! Cz CM ! 0 ! Cz2

S A

0

Expresia matematic a por iunii liniare din graficul portan ei, este:

xC z Cz ! x unde Eo este unghiul de portan

0

nul .

Similar cu factorul curentului superior, se calculeaz i factorul H1, factorul curburii curentului:

HA x 2 g 1 ! C zS xx xz

Pentru comparearea rezultatelor experimentale (presiunile distribuite pe perete) cu cele calculate prin prezenta teorie vom folosi formula liniar :

x C P ! 2 xx Factorul de presiune la pereteP

!

x A A xf xg 2 ! 2 xx SC z SC z xx xx

CP ! Cz

S A

P

Se va obtine experimental graficul coeficientului de portanta in functie de unghiul de incidenta.0.8

0.6

0.4 Cz 1 Cz 2 0.2

0

0.2

0.4 10

5

0 E01 E02

5

10

Pentru corectia de incidenta s-a utilizat formula S/A pentru modelul M5 are valoarea 0.0569.

! Cz

S A

0

Se va efectua o mediere pentru a obtine valorile o corespunzatoare intregii machete.

Graficul corectat:

0.4

Cz 1 Cz 2 0.2

0

0.2 10

5

0 E 1 E 2

5

10

Observatie : punctele care coincid nu necesita corectie,

=0.

0.8

0.6

Graficele polarelor experimentale

0.4 Cz 1 Cz 2 0.2

0

0.2

0.4 0.02

0

0.02 Cx1 Cx2

0.04

0.06

0.08

Cx coeficientul de rezistenta la inaintare0.8 0.6

0.4

Graficul corectat in functie de Cx:

Cz 1 Cz 2 0.2

0

0.2

0.4 0.02

0.04

0.06 Cx1c Cx2c

0.08

0.1

Modelul 3D al machetei M5. Simularea curgerii peste machet la M=0.7 Pentru realizarea modelului s-a utilizat programul Catia V5 R19, iar pentru simulare programul Ansys, modulul CFX.

Distributiile de viteze Simulare

Distributia de presiuni

V.Concluzii n urma analizei experimentale a comport rii machetei M5, s-a constatat faptul c raportul S/A optim ar trebui s fie n jurul valorii 0.5, iar valoarea coeficientului de blocaj s fie de 0.5%. Testele efectuate n camer experimental cu pere i solizi i perfora i, corectate, au determinat ob inerea unor rezultate bune pn la coeficien i de portan a de aproximativ 0.5.