Аэродинамическая: Что такое аэротруба? Аттракцион, который поможет взлететь » Блог Freezone

10.02.2018 alexxlab

Что такое аэротруба? Аттракцион, который поможет взлететь » Блог Freezone

С появлением аэродинамической трубы любители экстрима могут наслаждаться свободным полетом в воздухе без риска для здоровья. Тренажер имеет безопасную, продуманную конструкцию, потому практически не имеет ограничений и может быть испытан широкой аудитории посетителей.

Содержание

1. Немного истории: цели использования аэродинамической трубы

2. Конструкция и принцип работы аэродинамической трубы

3. Аэродинамический тренажер: развлечение или спорт?

4. Свободные полеты: от мала до велика

Немного истории: цели использования аэродинамической трубы

Наши предки с незапамятных времен мечтали о свободном полете и пытались создать аппараты, которые поднимут их к небесам. С годами было сделано десяток научных открытий и человечеству стали доступны различные технические средства, позволяющие преодолеть земную гравитацию. Одна из таких разработок – вертикальная аэродинамическая труба. Первую аэротрубу сконструировали в 1871 году в Великобритании. Устройство предназначалось для научных испытаний – с его помощью наблюдали за поведением твердых тел в потоке воздухе. Одновременно с тем аэродинамическая труба была построена в России. Оборудование использовалось для разработок и испытаний в военном деле. Изобретение аэротрубы стало большим вкладом для авиационной промышленности – она помогала тестировать парашюты, самолеты и другие летательные аппараты.

Для полетов человека аэротрубу стали применять только в 1964 году в США. Установка помогала отрабатывать необходимые навыки космонавтам и спортсменам-парашютистам. Лишь только в 2000-х годах это изобретение стало использоваться как аттракцион. Свободные полеты в воздухе вызывают у людей потрясающие и незабываемые эмоции, что способствует популяризации такого развлечения. Опробовать прыжки в аэротрубе предлагает комплекс FREEZONE. Два огромных аэродинамических тренажера подойдут как для новичков, так и для профессиональных спортсменов, желающих повысить уровень своего мастерства при спуске с парашютом. Попробуем разобраться, что это такое аэродинамический симулятор?

Назад к содержанию

Конструкция и принцип работы аэродинамической трубы

Аэротруба – это специализированный тренажер, что позволяет испытать ощущения свободного падения. Раньше подобные эмоции можно было пережить, только прыгнув с парашютом. Однако немногие готовы рискнуть жизнью, сиганув с самолета. Такое развлечение опасно, не каждому под силу преодолеть страх высоты. Аэротруба как аттракцион вполне безопасен. Пройдя инструктаж, посетитель легко освоиться в воздушном пространстве. Принцип действия технической установки основан на нагнетании воздуха. Аэротруба работает за счет одного или нескольких крупных вентиляторов, которые создают мощный воздушный поток скоростью 190 до 260 км/ч в вертикальной трубе. Конструкции современных тренажеров отличаются по нескольким параметрам:

Расположением вентилятора. Он может находиться в верхней или нижней части трубы.
Размером полетной зоны. Оборудование отличается высотой и диаметром.
Скоростью воздушного потока. Показатель зависит от мощности вентилятора аэротрубы.

Чтобы обезопасить человека, находящего внутри тренажера от травм, полетная зона ограждена специальной металлической сеткой. Она не позволит посетителю попасть в лопасти вентиляторов аэротрубы. В течение всего времени полета за рабочей зоной наблюдает оператор. Он регулирует скорость потока в зависимости от физической подготовки и навыков клиента. Перед каждым сеансом в аэродинамическом тренажере посетитель проходит инструктаж. В процессе тренер расскажет, как устроена аэротруба, ознакомит с техникой безопасности и проинформирует, что следует делать, находясь внутри симулятора. Опытный персонал центра FREEZONE поможет быстро привыкнуть к состоянию свободного падения, овладеть телом и за несколько сеансов совершать несложные трюки. Как работает аэротруба и ее принцип действия станет более понятен на практике.

Назад к содержанию

Аэродинамический тренажер: развлечение или спорт?

Многие специалисты до сих пор расходятся во мнении, аэротруба что это: спортивный тренажер или экстремальное развлечение? Сегодня техническое устройство соединяет в себе несколько функций. Парашютисты тренируются в аэротрубах, чтобы улучшить профессиональные навыки и отточить трюки. Специалисты утверждают, что аэродинамический полет сравним с парашютными прыжками. Он дает в полной мере ощутить, что такое состояние свободного падения. Потому желающие совершить затяжной прыжок с парашютом изначально пробуют свои силы в аэротрубе. Для детей аэродинамический тренажер служит своеобразным увлекательным аттракционом. Для взрослых аэротруба – это прекрасный активный отдых, интересный способ провести досуг.

Благодаря тому, что аэродинамическая установка устроена как тренажер, кроме приятных эмоций вас ожидает:

Находясь внутри аэротрубы, посетитель активно сжигает калории.
При таких нагрузках прекрасно работает мышечный корсет, улучшается координация движений.
Другие экстремальные развлечения вряд ли подарят столько положительных эмоций как аэротруба. Организм во время тренировок синтезирует гормон счастья, который укрепляет нервную систему и улучшает иммунитет.

Аэротруба устроена просто, однако ее применение довольно широко. Нередко походы в аэродинамический комплекс превращаются для людей в хобби. Сегодня часто проводят спортивные соревнования по полетам в трубе, где участники соревнуются в мастерстве, исполняют сложные трюки и даже танцуют. Большие достижения начинаются с малого. Запишитесь на первый сеанс полета в аэротрубе в комплексе FREEZONE на удобное время. Кроме того, у нас можно купить подарочный сертификат, чем вы порадуете своих родных или близких.

Назад к содержанию

Свободные полеты: от мала до велика

Принцип действия аэротрубы понятен, теперь осталось разобраться, кого допускают к данному виду развлечений. При соблюдении техники безопасности аэродинамический тренажер не причинит вреда здоровью человека. Главное в аэротрубе избегать касаний в боковые стенки, не хвататься за защитную сетку. К полетам допускаются даже дети (от 4 лет) и пожилые люди (до 70 лет). Показатели достаточно условны – все зависит от веса (он должен находиться в пределах 20-130 кг), состояния здоровья и физической формы. Аэротруба – это тренажер с минимальным списком противопоказаний. Не рекомендуют совершать полеты:

беременным;
лицам с психическими отклонениями;
при наличии заболеваний опорно-двигательной системы, остеопороза;
людям, недавно перенесшим травму.

Комплекс FREEZONE приглашает всех желающих полетать в аэродинамической трубе и провести торжественные мероприятия в пределах центра. Наша команда организует великолепный праздник, будь то детский день рождение, корпоративное мероприятие или другое значимое событие. Сеансы полетов в аэротрубе станут неотъемлемой частью развлекательной программы. К услугам клиентов большой конференц-зал, хороший ресторан с собственной кухней, квалифицированный персонал, способный позаботиться о вашем комфорте. Окунитесь в мир удовольствия и экстрима.

Назад к содержанию

«Старейшая аэродинамическая труба страны раскрывает свои секреты» в блоге «Своими глазами»

Аэродинамическая труба Т-1-2 Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского — старейшая в России. Уникальная конструкция, которая была изготовлена из дерева и за годы эксплуатации ни разу не потребовала серьезного ремонта, по-прежнему востребована. Здесь исследовали модели монументов Зураба Церетели, башни «Москвы-Сити» и другие необычные объекты. О крупнейшей в мире на момент создания аэротрубе рассказал начальник отдела научно-исследовательского Московского комплекса ЦАГИ, кандидат физико-математических наук, ведущий эксперт в области аэродинамики зданий, архитектурных и строительных сооружений Александр Борисович Айрапетов.

— Как была создана Т-1-2?

— Начну с того, что решение о создании ЦАГИ было принято в 1918 году. Сегодня это решение кажется мне сверхчеловеческим: в стране только завершилась революция и шла гражданская война, казалось бы, такие масштабные проекты были практически невозможны. Но начало было положено — и уже к Великой Отечественной войне институт вышел на первую позицию в мире.

Материальная база для исследований была создана невероятно быстрыми темпами — и это, прежде всего, аэродинамическая труба, о которой мы говорим. Т-1-2 была построена по идее Б.Н. Юрьева и Г. М. Мусинянца под руководством A.M. Черемухина. Она предназначалась для испытания фюзеляжей одномоторных самолетов, радиаторных установок, поплавков и других элементов летательных аппаратов. Аэротрубу запустили 31 декабря 1925 года, и она стала самой большой в мире на тот момент.

— Что из себя представляла эта аэротруба?

— Конструкция трубы была выполнена из сосны — другого доступного материала в 1925 году в стране не было. Трудно поверить, но «инженер Божьей милостью» А. Черемухин подбирал древесину даже с учетом направления волокон. Сохранились документы с его расчетами, согласно которым требовалось 10 вагонов вагонки сушеной сосны и 1000 шпилек. Иными словами, все фермы соединялись без единого гвоздя, что делает нашу аэротрубу уникальной.

Мы регулярно контролируем состояние трубы и ежегодно проводим мероприятия по пожарной безопасности — осуществляем пропитку всей деревянной конструкции антипожарными составами. Но ее создатели были поистине гениями: деревянная конструкция проработала 95 лет, и за это время в ней ни разу не проводился капитальный ремонт. Настолько хорошо сделано — ни просадок, ни искривлений! Единственной серьезной работой стал в 2018-2019 годах ремонт системы управления электроприводом вентилятора: был совершен переход на новую элементную базу и систему запуска, что невероятно облегчило нам производственный процесс.

Т-1 была оборудована четырехкомпонентными весами, а для Т-2 был создан винтовой прибор, приборы для изучения штопора самолета и установка для определения вращательных производных. Хотелось бы отметить и одну необычную особенность: в отличие от практически всех труб сходного класса, имеющих «О-образную» форму, она незамкнута и имеет очень длинный прямолинейный канал, а роль обратного канала играет просто внутренность здания, его «футляра» (С.А. Чаплыгин). По изначальному замыслу, одна рабочая часть должна быть небольшой, но скоростной, а другая — наоборот. Однако эти части не «ужились» вместе, потому как при работе малой части в большой нет необходимого для испытания качества потока. В итоге трубы «развели» через сдвижной диффузор.

— Что испытывали в Т-1-2?

— Первыми в трубе были исследованы образцы крыльев, которые ранее проходили испытания в лаборатории Жуковского и за границей в Германии и Франции, а также модель самолета Фоккер. Кстати, одна из алюминиевых моделей крыла того времени до сих пор существует и используется как «контрольное крыло» в Т-1 и Т-5. Эксперименты показали, что результаты в Т-1-2 аналогичны данным, получаемым в зарубежных трубах. С 1927 года наша аэротруба стала обслуживать авиапромышленность, для чего в ЦАГИ была образована специальная секция аэродинамики самолета.

В довоенные годы под руководством выдающихся ученых ЦАГИ М.А. Лаврентьева, А.К. Мартынова, С.А. Чаплыгина, М.В. Келдыша, Л.И. Седова и А.Н. Туполева здесь проводили испытания таких моделей самолетов, как К-5, К-7, ДБ-3, И-1, И-5 и И-16.

— Проводились ли в советское время в трубе испытания каких-нибудь необычных объектов?

— Увы, многие данные утрачены: по официальной версии все довоенные материалы были утеряны во время перевозки их на барже по Волге в безопасный регион. Из экзотики — известно, что в трубе в прошлом испытывали модель вороны, живого лыжника-прыгуна с трамплина в постромках и автомобиль «Запорожец». Также мы случайно обнаружили в каком-то древнем шкафу материалы, согласно которым в Т-1-2 проводились испытания модели скульптуры В.И. Ленина, которой предполагалось увенчать Дворец Советов, запланированный на месте Храма Христа Спасителя.

В 50-х гг. прошлого века коллективы, которые возглавляли В.В. Белостоцкий и А.Б. Лотов, работали здесь над проектами экранопланов. Это была концепция советских ученых об использовании эффекта улучшения аэродинамических характеристик самолета при приближении к какой-то поверхности. Это был беспрецедентный проект и колоссальный масштаб исследований, проведенных в этой трубе, и подаривший миру такой грандиозный объект, который остальной частью человечества пока не освоен.

— Для чего вообще необходимы испытания в аэродинамической трубе?

— Наши исследования позволяют, например, предотвратить нежелательные явления, связанные с ветровым воздействием на здания и сооружения и их взаимным влиянием в городской застройке. Явления аэродинамического характера, о которых мы предупреждаем, не обязательно возникают сразу — они могут обнаружить себя, допустим, через 50 лет. Но от этого они не становятся менее опасными.

Например, первоначально комплекс «Федерация» Москва-Сити должен был представлять собой две трехсотметровые пирамиды треугольного сечения с 500-метровой лифтовой шахтой между ними. На научно-техническом совете Москомархитектуры Московского правительства я заявил, что нет более эффективного способа привести конструкцию шахты в катастрофические колебания, чем возвести спроектированную за рубежом такую аэродинамическую композицию. После этого в ЦАГИ были произведены эксперименты на подвижной модели, подтвердившие мою правоту, — и в результате лифтовая шахта построена не была.

Но часто вопрос о проведении экспериментов встает не на ранних этапах проектирования и строительства, а уже в период сдачи или даже после окончания проекта. В большинстве случаев исправить связанные с аэродинамической неустойчивостью здания или сооружения проблемы можно путем установки специальных устройств — гасителей колебаний. Они работают по сходному с амортизатором в автомобиле принципу: в гасителе колеблется тяжелая масса в вязкой среде. Установленный на высотное сооружение гаситель вместе со зданием формирует другую колебательную систему. Наша задача — предоставить данные, которые помогут спроектировать устройства для конкретного случая.

— А какие интересные испытания проводились здесь в последние годы?

— Отвечу так: практически все московские объекты выше 70 метров прошли проверку в ЦАГИ. У нас даже появилась импровизированная выставка из трех десятков моделей, которыми мы занимались в течение последних 10 лет. Они являются собственностью заказчиков и оставлены на временное хранение. Среди них, например, новое колесо обозрения, которое будет находится в парке ВДНХ. Это был непростой объект для исследований: колесо состояло из сотен элементов с разными аэродинамическими характеристиками, подобных аттракционов на всей планете единицы.

Интересные результаты дали исследования Соборной мечети, построенной в Москве на Проспекте Мира. Ее модель с двумя башнями-минаретами установили в аэродинамической трубе, сообщив небольшую амплитуду колебаний одному из минаретов, помещенному на шарнире колебательной установки трубы. Было отмечено при определенном направлении ветра, что колебания не затухают, как ожидалось, а продолжаются с постоянной амплитудой. При увеличении амплитуды колебаний башня «захватывала» ее и не проявляла тенденции к затуханию. Аналогичные результаты получились и в следующие попытки. Таким образом, мы обнаружили новое явление, которому пока даже нет утвержденного названия.

И, конечно, не могу не рассказать о скульптуре «Рабочий и колхозница». В момент создания — в начале 30-х годов — она в нашей аэродинамической трубе не испытывалась. Я полагаю, что это связано с запредельной скоростью, с которой ее создавали. Она делалась по технологиям, которые опережали авиационную технологию лет на тридцать. Так, стальная оболочка скульптуры смонтирована на стальном же пространственном каркасе, который каждым своим силовым элементом повторял скульптурную форму поверхности. По сравнению с прямыми стрингерами и круглыми (часто деревянными) шпангоутами фюзеляжа аэроплана тех лет — это было зримое будущее. В запястье левой руки Колхозницы размещался двухстепенной карданный шарнир, обеспечивающий гибкость узла. Дело в том, что сам монумент колебался на ветру с частотой 1 герц, а вот шарф Колхозницы, удерживаемый ее левой рукой — с частотой в несколько раз больше. И они, инженеры 30-х, это предвидели! Пока шарнир функционировал как положено, движения были состыкованы, но из-за отсутствия обслуживания в 90-е он просто заржавел, потерял подвижность и в результате шарф провис на 3 метра. В итоге скульптуру решили реставрировать. Тогда и подключился наш институт: мы провели обследование и воссоздали всю картину ветрового нагружения на скульптуру и ее элементы и кинематику ее колебаний.

Напоследок хочу отметить, что сейчас у нас в ЦАГИ есть замысел превратить Т-2 в «ландшафтную» трубу, есть и соответствующие технические решения, так что мы готовы к новым вызовам и проектам.

Фото: Алексей Клиндухов

Текст и фото: Бионышева Елена

Аэродинамическая труба — Большая советская энциклопедия

Аэродинами́ческая труба

Установка, создающая поток воздуха или газа для эксперимент, изучения явлений, сопровождающих обтекание тел. С помощью А. т. определяются силы, возникающие при полёте самолётов и вертолётов, ракет и космических кораблей, при движении подводных судов в погруженном состоянии; исследуются их устойчивость и управляемость; отыскиваются оптимальные формы самолётов, ракет, космических и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения — мосты, мачты электропередач, дымовые трубы и т. п. В специальных А. т. исследуется нагревание и теплозащита ракет, космических кораблей и сверхзвуковых самолётов.

Опыты в А. т. основываются на принципе обратимости движения, согласно которому перемещение тела относительно воздуха (или жидкости) можно заменить движением воздуха, набегающего на неподвижное тело. Для моделирования движения тела в покоящемся воздухе необходимо создать в А. т. равномерный поток, имеющий в любых точках равные и параллельные скорости (равномерное поле скоростей), одинаковые плотность и температуру. Обычно в А. т. исследуется обтекание модели проектируемого объекта или его частей и определяются действующие на неё силы. При этом необходимо соблюдать условия, которые обеспечивают возможность переносить результаты, полученные для модели в лабораторных условиях, на полноразмерный натурный объект (см. Моделирование, Подобия теория). При соблюдении этих условий Аэродинамические коэффициенты для исследуемой модели и натурного объекта равны между собой, что позволяет, определив аэродинамический коэффициент в А. т., рассчитать силу, действующую на натуру (например, самолёт).

Прототип А. т. был создан в 1897 К. Э. Циолковским, использовавшим для опытов поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора. В 1902 Н. Е. Жуковский построил А. т., в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/сек. Первые А. т. разомкнутой схемы были созданы Т. Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 и Н. Е. Жуковским в Москве в 1906, а первые замкнутые А. т. — в 1907—1909 в Гёттингене Л. Прандтлем и в 1910 Т. Стантоном. Первая А. т. со свободной струей в рабочей части была построена Ж. Эйфелем в Париже в 1909. Дальнейшее развитие А. т. шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель), которая является одной из основных характеристик А. т.

В связи с развитием артиллерии, реактивной авиации и ракетной техники появляются сверхзвуковые А. т., скорость потока в рабочей части которых превышает скорость распространения звука. В аэродинамике больших скоростей скорость потока или скорость полёта летательных аппаратов характеризуется числом М = v/a (т. е. отношением скорости потока v к скорости звука а). В соответствии с величиной этого числа А. т. делят на 2 основные группы: дозвуковые, при М < 1, и сверхзвуковые, при М > 1.

Дозвуковые аэродинамические трубы. Дозвуковая А. т. постоянного действия (рис. 1) состоит из рабочей части 1, обычно имеющей вид цилиндра с поперечным сечением в форме круга или прямоугольника (иногда эллипса или многоугольника). Рабочая часть А. т. может быть закрытой или открытой (рис. 2, а и б), а если необходимо создать А. т. с открытой рабочей частью, статическое давление в которой не равно атмосферному, струю в рабочей части отделяют от атмосферы т. н. камерой Эйфеля (рис. 2) (высотной камерой). Исследуемая модель 2 (рис. 1) крепится державками к стенке рабочей части А. т. или к аэродинамическим весам 3. Перед рабочей частью расположено Сопло 4, которое создаёт поток газа с заданными и постоянными по сечению скоростью, плотностью и температурой (6 — спрямляющая решётка, выравнивающая поле скоростей). Диффузор 5 уменьшает скорость и соответственно повышает давление струи, выходящей из рабочей части. Компрессор (вентилятор) 7, приводимый в действие силовой установкой 8, компенсирует потери энергии струи; направляющие лопатки 9 уменьшают потери энергии воздуха, предотвращая появление вихрей в поворотном колене; обратный канал 12 позволяет сохранить значительную часть кинетической энергии, имеющейся в струе за диффузором. Радиатор 10 обеспечивает постоянство температуры газа в рабочей части А. т. Если в каком-либо сечении канала А. т. статическое давление должно равняться атмосферному, в нём устанавливают клапан 11.

Размеры дозвуковых А. т. колеблются от больших А. т. для испытаний натурных объектов (например, двухмоторных самолётов) до миниатюрных настольных установок.

А. т., схема которой приведена на рис. 1, относится к типу т. н. замкнутых А. т. Существуют также разомкнутые А. т., в которых газ к соплу подводится из атмосферы или специальных ёмкостей. Существенной особенностью дозвуковых А. т. является возможность изменения скорости газа в рабочей части за счёт изменения перепада давления.

Согласно теории подобия, для того чтобы аэродинамические коэффициенты у модели и натуры (самолёта, ракеты и т. п.) были равны, необходимо, кроме геометрического подобия, иметь одинаковые значения чисел М и Рейнольдса числа Re в А. т. и в полёте (Re = ρvl/μ, ρ — плотность среды, μ — динамич. вязкость, l — характерный размер тела). Чтобы обеспечить эти условия, энергетическая установка, создающая поток газа в А. т., должна обладать достаточной мощностью (мощность энергетической установки пропорциональна числу М, квадрату числа Re и обратно пропорциональна статическому давлению в рабочей части p_c.

Сверхзвуковые аэродинамические трубы. В общих чертах схемы сверхзвуковой и дозвуковой А. т. аналогичны (рис. 1 и 3). Для получения сверхзвуковой скорости газа в рабочей части А. т. применяют т. н. сопло Лаваля, которое представляет собой сначала сужающийся, а затем расширяющийся канал. В сужающейся части скорость потока увеличивается и в наиболее узкой части сопла достигает скорости звука, в расширяющейся части сопла скорость становится сверхзвуковой и увеличивается до заданного значения, соответствующего числу М в рабочей части. Каждому числу М отвечает определённый контур сопла. Поэтому в сверхзвуковых А. т. для изменения числа М в рабочей части применяют сменные сопла или сопла с подвижным контуром, позволяющим менять форму сопла.

В диффузоре сверхзвуковой А. т. скорость газа должна уменьшаться, а давление и плотность возрастать, поэтому его делают, как и сопло, в виде сходящегося — расходящегося канала. В сходящейся части сверхзвуковая скорость течения уменьшается, а в некотором сечении возникает скачок уплотнения (Ударная волна), после которого скорость становится дозвуковой. Для дальнейшего замедления потока контур трубы делается расширяющимся, как у обычного дозвукового диффузора. Для уменьшения потерь диффузоры сверхзвуковых А. т. часто делают с регулируемым контуром, позволяющим изменять минимальное сечение диффузора в процессе запуска установки.

В сверхзвуковой А. т. потери энергии в ударных волнах, возникающих в диффузоре, значительно больше потерь на трение и вихреобразование. Кроме того, значительно больше потери при обтекании самой модели, поэтому для компенсации этих потерь сверхзвуковые А. т. имеют многоступенчатые компрессоры и более мощные силовые установки, чем дозвуковые А. т.

В сверхзвуковом сопле по мере увеличения скорости воздуха уменьшаются его температура Т и давление р, при этом относительная влажность воздуха, обычно содержащего водяные пары, возрастает, и при числе М — 1,2 происходит конденсация пара, сопровождающаяся образованием ударных волн — скачков конденсации, существенно нарушающих равномерность поля скоростей и давлений в рабочей части А. т. Для предотвращения скачков конденсации влага из воздуха, циркулирующего в А. т., удаляется в специальных осушителях 11.

Одним из основных преимуществ сверхзвуковых А. т., осуществляемых по схеме рис. 3, является возможность проведения опытов значительной продолжительности. Однако для многих задач аэродинамики это преимущество не является решающим. К недостаткам таких А. т. относятся: необходимость иметь энергетические установки большой мощности, а также трудности, возникающие при числах М > 4 вследствие быстрого роста требуемой степени сжатия компрессора. Поэтому широкое распространение получили т. н. баллонные А. т., в которых для создания перепада давлений перед соплом помещают баллоны высокого давления, содержащие газ при давлении 100 Мн/м² (1000 кгс/см²), а за диффузором — вакуумные ёмкости (газгольдеры), откачанные до абсолютного давления 100—0,1 н/м² (10^-3—10^-6 кгс/см²), или систему эжекторов (рис. 4).

Одной из основных особенностей А. т. больших чисел М (М > 5) является необходимость подогрева воздуха во избежание его конденсации в результате понижения температуры с ростом числа М. В отличие от водяных паров, воздух конденсируется без заметного переохлаждения. Конденсация воздуха существенно изменяет параметры струи, вытекающей из сопла, и делает её практически непригодной для аэродинамического эксперимента. Поэтому А. т. больших чисел М имеют подогреватели воздуха. Температура T₀, до которой необходимо подогреть воздух, тем больше, чем больше число М в рабочей части А. т. и давление перед соплом p₀. Например, для предотвращения конденсации воздуха в А. т. при числах М — 10 и p₀ — 5 Мн/м² (50 кгс/см²) необходимо подогревать воздух до абсолютной температуры T₀ — 1000 К.

Развитие техники идёт в направлении дальнейшего увеличения скоростей полёта. Спускаемые космические аппараты «Восток» и «Восход» входят в атмосферу Земли с первой космической скоростью v_1кос — 8 км/сек (т. е. М > 20). Космические корабли, возвращающиеся на Землю с Луны и др. планет, будут входить в атмосферу со второй космической скоростью v_2кос ≥ 11 км/сек (М > 30). При таких скоростях полёта температура газа за ударной волной, возникающей перед летящим телом, превыщает 10000 К, молекулы азота и кислорода диссоциируют (распадаются на атомы), и становится существенной Ионизация атомов. Необходимо исследовать влияние этих процессов на силы, возникающие при обтекании тела, и тепловые потоки, поступающие к его поверхности. Для этого в А. т. необходимо получить не только натурные значения чисел М и Re, но и соответствующие температуры T₀. Это привело к созданию новых типов А. т., работающих с газом, нагретым до высоких температур, значительно превышающих температуру, необходимую для предотвращения конденсации воздуха при данном числе М. К установкам этой группы относятся ударные трубы, импульсные установки, электродуговые установки и т. п.

Ударная труба (рис. 5, а) представляет собой ступенчатую цилиндрическую трубу, состоящую из двух секций — высокого 1 и низкого 2 давления, разделённых мембраной 3. В секции 1 содержится «толкающий» газ (обычно Не или Н), нагретый до высокой температуры и сжатый до давления p₁. Секция низкого давления заполняется рабочим газом (воздухом) при низком давлении p₂ Это состояние, предшествующее запуску А. т., соответствует на рис. 5, б времени t₀. После разрыва мембраны 3 по рабочему газу начинает перемещаться ударная волна 4, которая сжимает его до давления р и повышает температуру. За ударной волной с меньшей скоростью двигается контактная поверхность 5, разделяющая толкающий и рабочий газы (момент времени t₁). Давление и температура рабочего газа в объёме между ударной волной и контактной поверхностью постоянны. В дальнейшем ударная волна 4 пройдёт через сопло 6 и рабочую часть А. т. 7 в ёмкость 8, и в рабочей части установится сверхзвуковое течение с давлением p₄ (момент времени t₂).

Исследование обтекания газом модели 9 начинается в тот момент, когда ударная волна 4 пройдёт сечение, в котором расположена модель, и заканчивается, когда в это сечение придёт контактная поверхность. Поскольку скорость движения ударной волны в трубе 2 больше скорости контактной поверхности, очевидно, что длительность эксперимента в А. т. тем больше, чем больше длина «разгонной» трубы 2. В существующих ударных А. т. эта длина достигает 200—300 м.

Рассмотренный тип ударных А. т. даёт возможность получить температуры около 8000 К при времени работы порядка миллисекунд. Применяя ударные А. т. с несколькими мембранами, удаётся получить температуры до 18000 К.

Электродуговые А. т. Для решения многих задач аэродинамики можно ограничиться меньшими температурами, но требуется значительное время эксперимента, например при исследовании аэродинамического нагрева (См. Аэродинамический нагрев) или теплозащитных покрытий.

В электродуговых А. т. (рис. 6) воздух, подаваемый в форкамеру сопла, подогревается в электрической дуге до температуры ~6000 К. Дуга, образующаяся в кольцевом канале между охлаждаемыми поверхностями центрального электрода 1 и камеры 2, вращается с большой частотой магнитным полем, создаваемым индуктивной катушкой 7 (вращение дугового разряда необходимо для уменьшения эрозии электродов). А. т. этого типа позволяет получить числа М до 20 при длительности эксперимента в несколько сек. Однако давление в форкамере обычно не превышает 10 Мн/м² (100 кгс/см²).

Большие давления в форкамере ~60 Мн/м² (600 кгс/см²) и, соответственно, большие значения числа М можно получить в т. н. импульсных А. т., в которых для нагревания газа применяется искровой разряд батареи высоковольтных конденсаторов. температура в форкамере импульсной А. т. ~ 6000 К, время работы — несколько десятков мсек.

Недостатки установок этого типа — загрязнение потока продуктами эрозии электродов и сопла и изменение давления и температуры газа в процессе эксперимента.

Лит.: Пэнкхёрст Р. и Холдер Д., Техника эксперимента в аэродинамических трубах, пер. с англ., М., 1955; Закс Н. А., Основы экспериментальной аэродинамики, 2 изд., М., 1953; Хилтон У. Ф., Аэродинамика больших скоростей, пер. с англ., М., 1955; Современная техника аэродинамических исследований при гиперзвуковых скоростях, под ред. А. М. Крилла, пер. с англ., М., 1965; Исследование гиперзвуковых течений, под ред. Ф. Р. Риддела, пер. с англ., М., 1965.

М. Я. Юделович.

Рис. 1. Дозвуковая аэродинамическая труба.

Рис. 2. Схемы рабочей части аэродинамической трубы (а — закрытая, б — открытая, в — открытая рабочая часть с камерой Эйфеля): 1 — модель; 2 — сопло; 3 — диффузор; 4 — струя газа, выходящего из сопла; 5 — камера Эйфеля; 6 — рабочая часть.

Рис. 3. Сверхзвуковая аэродинамическая труба: 1 — рабочая часть; 2 — модель; 3 — аэродинамические весы; 4 — сопло; 5 — диффузор; 6 — спрямляющие решётки; 7 — компрессор с двигателем ; 9 — обратный канал; 10 — теплообменник; 11 — осушитель воздуха.

Рис. 4. Две баллонные аэродинамические трубы с повышенным давлением на входе в сопло и с пониженным давлением на выходе из диффузора, создаваемым: а — двухступенчатым эжектором и б — вакуумным газгольдером; 1 — компрессор высокого давления; 2 — осушитель воздуха; 3 — баллоны высокого давления; 4 — дроссельный кран; 5 — ресивер сопла; 6 — сопло; 7 — модель; 8 — диффузор аэродинамической трубы; 9 — эжекторы; 10 — дроссельные краны; 11 — диффузор эжектора; 12 — быстродействующий кран; 13 — вакуумный газгольдер; 14 — вакуумный насос; 15 — подогреватель воздуха; 16 — радиатор.

Рис. 5. а — ударная аэродинамическая труба; б — график изменения давления в ударной трубе.

Рис. 6. Электродуговая аэродинамическая труба: 1 — центральный (грибообразный) электрод, охлаждаемый водой; 2 — стенки камеры, переходящие в сверхзвуковое сопло, охлаждаемые водой; 3 — рабочая часть с высотной камерой; 4 — модель; 5 — диффузор; 6 — дуговой разряд; 7 — индукционная катушка, вращающая дуговой разряд; I — контакты для подведения электрического тока дугового разряда; II — контакты для подведения электрического тока к индукционной катушке.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

Значения в других словарях

Аэродинамическая труба — Экспериментальная установка для исследования явлений и процессов, сопровождающих обтекание тел потоком газа. В аэродинамической трубе экспериментально определяются действующие на ЛА аэродинамические силы и моменты… Авиационный словарь
аэродинамическая труба — Установка для аэродинамических исследований летательных аппаратов, автомобилей, спортивных судов и т. п. Известно, что любое движущееся в воздухе тело испытывает сопротивление воздушной среды. И чем выше скорость, тем сопротивление больше. Техника. Современная энциклопедия
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА — АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА — установка, в которой создается воздушный поток для экспериментального изучения явлений, возникающих при обтекании воздухом твердых тел, главным образом летательных аппаратов и их частей. Большой энциклопедический словарь
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА — Установка, создающая поток воздуха или др. газа для эксперим. изучения явлений, сопровождающих обтекание тел. В А. т. проводятся эксперименты, позволяющие: определять силы, действующие на самолёты и вертолёты, ракеты и косм. Физический энциклопедический словарь
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА — АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА, камера, в которой модели разного масштаба и даже полноразмерные автомобили и летательные аппараты испытываются в управляемом воздушном потоке. Научно-технический словарь

Аэродинамическая труба — это… Что такое Аэродинамическая труба? Аэродинамическая труба СПбГУВК с открытой рабочей частью

Аэродинами́ческая труба́ — это экспериментальная установка, разработанная для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет, мостов, зданий и др.) потоком, а также для экспериментального изучения аэродинамических явлений.

Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов (или других устройств нагнетания воздуха), которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью (принцип обращения движения).

Аэродинамические трубы классифицируют по диапазону возможных скоростей потока (дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые), размеру и типу рабочей части (открытая, закрытая), а также поджатию — соотношению площадей поперечных сечений сопла трубы и форкамеры. Также существуют отдельные группы аэродинамических труб:

Высокотемпературные — дополнительно позволяют изучать влияние больших температур и связанных с ними явлений диссоциации и ионизации газов.
Высотные — для исследования обтекания моделей разреженным газом (имитация полёта на большой высоте).
Аэроакустические — для исследования влияния акустических полей на прочность конструкции, работу приборов и т. п.

Исследование характеристик надводных и подводных частей корпуса судов приходится выполнять с использованием дублированных моделей, что позволяет удовлетворить условию непротекания по поверхности раздела сред. В качестве альтернативы возможно использование специального экрана, имитирующего поверхность воды.

Центральный аэродинамический институт имеет 60 различных аэродинамических труб для скоростей от 10 м/с до M=25, некоторые из них (СМГДУ с магнитогидродинамическим разгоном до 8000 м/с, УСГД с давлением торможения 5000 атм) уникальны^[1].

«Типовые» эксперименты

Импеллер (рабочее колесо) аэродинамической трубы СПбГУВК Дублированная модель надводной части судна в аэродинамической трубе СПбГУВК

Измерение давлений по поверхности тела.

Для исследования необходимо изготовить дренированную модель тела — в поверхности модели выполняются отверстия, которые соединяются шлангами с манометрами.

В гидромеханике доказано, что давление без изменений передается поперек пограничного слоя, что позволяет рассчитать сопротивление давления тела по результатам измерения давлений.

Измерение сил и моментов, действующих на тело

Для исследования необходимо подвесить модель на многокомпонентном динамометре (Аэродинамические весы) либо на системе растяжек, позволяющей измерять натяжение каждой растяжки. Пересчет сил и моментов, действующих на тело осуществляется в соответствии с критерием подобия Рейнольдса.

Визуализация течений

Для решения этой задачи используют шерстяные нити (шелковинки), наклеенные на поверхность модели либо закрепленные на проволочной сетке. Возможна постановка эксперимента с подачей цветного дыма в характерные зоны потока, но продолжительность такого эксперимента (в трубах с повторной циркуляцией воздуха), как правило, весьма мала вследствие общего задымления всего аэродинамического тракта.

История

Фрэнсис Герберт Уэнхем (Francis Herbert Wenham), член Совета Королевского авиационного общества Великобритании, создал первую закрытую аэродинамическую трубу в 1871 году.

Первую аэродинамическую трубу в России построил военный инженер В. А. Пашкевич в 1873 году, она использовалась исключительно для опытов в области баллистики.

В 1897 году К. Э. Циолковский построил прототип аэродинамической трубы собственной конструкции, использовав поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора, и впервые в России применил этот агрегат для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет воздушным потоком).

Под руководством Н. Е. Жуковского при механическом кабинете Московского университета в 1902 году была сооружена аэродинамическая труба, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.

Первая аэродинамическая труба разомкнутой схемы была создана Т.Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 году., вторая — Н. Е. Жуковским в Москве в 1906 году.

Первая замкнутая аэродинамическая труба построена в 1909 году в Гёттингене Людвигом Прандтлем, вторая — в 1910 году Т. Стантоном.

Первая аэродинамическая труба со свободной струей в рабочей части была построена Гюставом Эйфелем в Париже на Марсовом поле в 1909 году.

Дальнейшее развитие шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель).

В 1934 году в районе Берлина построена Большая аэродинамическая труба (Адлерсхоф) для аэродинамического моделирования. В трубе диаметром от 8,5 до 12 м размещались части самолётов и изучалось воздействие на них горизонтальных воздушных потоков. Особенностью данной аэродинамической трубы является бетонное сооружение «Zeiss-Dywidag» с толщиной стенок всего 8 сантиметров. В настоящее время сохраняется как памятник промышленной архитектуры в составе Аэродинамического парка.

Впервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году на воздушной базе Райт-Патерсон, Огайо, США.

См. также

Примечания

Литература

Гофман А. Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. — Л.: Судостроение, 1988.
Справочник по теории корабля / Под ред. Я. И. Войткунского. В 3-х т. — Л.: Судостроение, 1987. — Т.1
Физическая энциклопедия / Редкол.: А. М. Прохоров (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1988, — Т.1 — С. 161—164 — 704 с., ил. — 100 000 экз.

Ссылки

это… Основы и особенности аэродинамики

Аэродинамика – это область знания, изучающая движения потоков воздуха и их воздействия на твердые тела. Является подразделом гидро- и газодинамики. Исследования в этой области восходят к глубокой древности, ко времени изобретения стрел и планирующих копий, позволявших дальше и точнее посылать снаряд в цель. Однако потенциал аэродинамики полностью был раскрыт с изобретением аппаратов тяжелее воздуха, способных летать либо планировать на значительные расстояния.

С древних времен

Открытие законов аэродинамики в 20 веке способствовало фантастическому скачку во многих областях науки и техники, особенно в транспортной сфере. На ее достижениях созданы современные летательные аппараты, позволившие сделать общедоступным фактически любой уголок планеты Земля.

Первые упоминания о попытке покорения неба встречаются в греческом мифе об Икаре и Дедале. Отец с сыном соорудили крылья, похожие на птичьи. Это указывает на то, что еще тысячелетия назад люди задумывались о возможности оторваться от земли.

Очередной всплеск интереса к сооружению летательных аппаратов возник в эпоху Возрождения. Страстный исследователь Леонардо да Винчи много времени посвятил этой проблеме. Известны его записи, в которых объяснены принципы работы простейшего вертолета.

Новая эпоха

Глобальный прорыв в науке (и аэронавтике в частности) совершил Исаак Ньютон. Ведь в основе аэродинамики лежит всеобъемлющая наука механика, родоначальником которой стал английский ученый. Ньютон первым рассмотрел воздушную среду как конгломерат частиц, которые, набегая на препятствие, либо прилипают к нему, либо упруго отражаются. В 1726 году он представил публике теорию сопротивления воздуха.

Впоследствии выяснилось, что среда действительно состоит из мельчайших частиц – молекул. Отражающую способность воздуха рассчитывать научились достаточно точно, а эффект «прилипания» считали несостоятельным предположением.

Удивительно, но данная теория нашла практическое применение спустя столетия. В 60-х, на заре космической эры, советские конструкторы столкнулись с проблемой расчета аэродинамического сопротивления спускаемых аппаратов «затупленной» сферической формы, при приземлении развивающих гиперзвуковые скорости. Из-за отсутствия мощных ЭВМ вычислить данный показатель было проблематично. Неожиданно выяснилось, что достаточно точно рассчитать величину сопротивления и даже распределение давления по лобовой части можно по простой формуле Ньютона, касающейся эффекта «прилипания» частиц к летящему объекту.

Развитие аэродинамики

Основатель гидродинамики Даниэль Бернулли описал в 1738 году фундаментальную взаимосвязь между давлением, плотностью и скоростью для несжимаемого потока, известную сегодня как принцип Бернулли, который также применителен к расчетам силы аэродинамического подъема. В 1799 году сэр Джордж Кэли стал первым человеком, который идентифицировал четыре аэродинамических силы полета (вес, подъемную силу, сопротивление и тягу), а также отношения между ними.

В 1871 году Фрэнсис Герберт Уэнам создал первую аэродинамическую трубу, позволяющую точно измерять аэродинамические силы. Неоценимые научные теории разработаны Жаном Ле Рондом Даламбером, Густавом Кирхгофом, лордом Рэлеем. В 1889 году Чарльз Ренард, французский инженер по аэронавтике, стал первым человеком, который научно рассчитал мощность, необходимую для устойчивого полета.

От теории к практике

В 19 веке изобретатели взглянули на крыло с научной точки зрения. И благодаря исследованиям механизма полета птиц была изучена аэродинамика в действии, которую позже применили к искусственным летательным аппаратам.

Особо в исследованиях механики крыла преуспел Отто Лилиенталь. Немецким авиаконструктором создано и испытано 11 типов планеров, в том числе биплан. Им же совершен первый полет на аппарате тяжелее воздуха. За относительно недолгую жизнь (46 лет) он совершил порядка 2000 полетов, постоянно совершенствуя конструкцию, которая скорее напоминала дельтаплан, чем самолет. Он погиб во время очередного полета 10 августа 1896 года, став и первопроходцем аэронавтики, и первой жертвой авиакатастрофы. Кстати, один из планеров немецкий изобретатель лично передал пионеру в изучении аэродинамики самолетов Жуковскому Николаю Егоровичу.

Жуковский не просто экспериментировал с конструкциями самолетов. В отличие от многих энтузиастов того времени, прежде всего он рассматривал поведение воздушных потоков с научной точки зрения. В 1904 году он основал первый в мире аэродинамический институт в Качино под Москвой. С 1918 года возглавлял ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт).

Первые самолеты

Аэродинамика – это наука, позволившая человеку покорить небо. Без ее изучения было бы невозможно строить летательные аппараты, стабильно перемещающиеся в воздушных потоках. Первый самолет в привычном нам понимании изготовили и подняли в воздух 7 декабря 1903 года братья Райт. Однако этому событию предшествовала тщательная теоретическая работа. Американцы много времени посвятили отладке конструкции планера в аэродинамической трубе собственной разработки.

Во время первых полетов Фредерик В. Ланчестер, Мартин Вильгельм Кутта и Николай Жуковский выдвинули теории, которые объясняли циркуляцию воздушных потоков, создающих подъемную силу. Кутта и Жуковский продолжили разработку двумерной теории крыла. Людвигу Прандтлу приписывают развитие математической теории тонких аэродинамических и подъемных сил, а также работу с пограничными слоями.

Проблемы и решения

Важность аэродинамики самолетов возрастала по мере увеличения их скоростей. Конструкторы начали сталкиваться с проблемами, связанными со сжатием воздуха со скоростью, близкой или большей, чем скорость звука. Различия в потоках при таких условиях привели к проблемам управления воздушным судном, увеличению сопротивления из-за ударных волн и угрозе разрушения конструкции из-за аэроупругого флаттера. Отношение скорости потока к скорости звука было названо числом Маха по имени Эрнста Маха, который одним из первых исследовал свойства сверхзвукового потока.

Уильям Джон Маккуорн Ренкин и Пьер Анри Гугониот независимо друг от друга разработали теорию свойств течения воздуха до и после ударной волны, в то время как Якоб Акерет провел начальную работу по вычислению подъема и сопротивления сверхзвуковых аэродинамических поверхностей. Теодор фон Карман и Хью Латимер Драйден ввели термин «околозвуковой» для описания скоростей на границе 1 Маха (965-1236 км/час), когда сопротивление быстро растет. Впервые звуковой барьер был преодолен в 1947 году на самолете Bell X-1.

Основные характеристики

Согласно законам аэродинамики, для обеспечения полета в атмосфере земли любого аппарата важно знать:

Аэродинамическое сопротивление (ось X), оказываемое потоками воздуха на объект. Исходя из этого параметра подбирается мощность силовой установки.
Подъемную силу (ось Y), обеспечивающую набор высоты и позволяющую аппарату лететь горизонтально к поверхности земли.
Моменты аэродинамических сил по трем осям координат, действующих на летящий объект. Наиболее важным является момент боковой силы по оси Z (Mz), направленной поперек самолета (условно вдоль линии крыла). Он определяет степень продольной устойчивости (будет ли аппарат «нырять» или задирать нос вверх при полете).

Классификация

Аэродинамические характеристики классифицируются по условиям и свойствам воздушного потока, включая скорость, сжимаемость и вязкость. Внешняя аэродинамика – это исследование потока вокруг твердых объектов различной формы. Примерами являются оценка подъема и вибраций самолета, а также ударных волн, которые образуются перед носом ракеты.

Внутренняя аэродинамика – это исследование воздушного потока, перемещающегося через отверстия (проходы) в твердых объектах. Например, она охватывает изучение потоков через реактивный двигатель.

Аэродинамические показатели также могут быть классифицированы в зависимости от скорости потока:

Дозвуковой называют скорость, меньшую скорости звука.
Околозвуковой (трансзвуковой) – если присутствуют скорости как ниже, так и выше скорости звука.
Сверхзвуковой – когда скорость потока больше скорости звука.
Гиперзвуковая – скорость потока намного больше скорости звука. Обычно под этим определением подразумевают скорости с числами Маха выше 5.

Аэродинамика вертолета

Если принцип полета самолета основан на подъемной силе при поступательном движении, оказываемой на крыло, то вертолет как бы сам создает подъемную силу за счет вращения лопастей в режиме осевого обдува (то есть без поступательной скорости). Благодаря данной особенности геликоптер способен зависать в воздухе на месте и совершать энергичные маневры вокруг оси.

Другие области применения

Естественно, аэродинамика применима не только к летательным аппаратам. Сопротивление воздуха испытывают все объекты, движущиеся в пространстве в газовой и жидкой среде. Известно, что водные обитатели – рыбы и млекопитающие – обладают обтекаемыми формами. На их примере можно проследить аэродинамику в действии. Ориентируясь на животный мир, люди также делают водный транспорт заостренной либо каплевидной формы. Это касается кораблей, катеров, подводных лодок.

Значительное сопротивление воздуха испытывают транспортные средства: оно возрастает по мере увеличения скорости. Для достижения лучшей аэродинамики автомобилям придают обтекаемую форму. Особенно это актуально для спорткаров.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА • Большая российская энциклопедия

АЭРОДИНАМИ́ЧЕСКАЯ ТРУБА́, эксперим. установка для исследования явлений и процессов, сопровождающих обтекание тел потоком газа (обычно воздуха). Исследования в А. т. основаны на принципе обратимости движения, согласно которому перемещение тела в неподвижном воздухе может быть заменено движением воздуха относительно неподвижного тела. Эксперименты в А. т. проводят, как правило, на геометрически подобных моделях, реже на самих оригиналах. В А. т. экспериментально определяют действующие на тело аэродинамич. силы и моменты, исследуют распределение давлений и темп-ры по его поверхности, визуализируют процесс обтекания тела потоком, изучают аэроупругость и др.

А. т. содержит рабочую часть – прямоугольную или цилиндрич. камеру, где размещается модель исследуемого объекта, и комплекс устройств, посредством которых в рабочей части создаётся равномерный, однородный поток с заданными скоростью, плотностью и темп-рой газа. По способу образования потока А. т. подразделяют на компрессорные непрерывного действия и баллонные; по компоновке контура (пути движения потока) – на замкнутые и разомкнутые. В компрессорных А. т. поток газа создаётся компрессором; они имеют высокий кпд и удобны в эксплуатации, но для них требуются мощные компрессоры с большим расходом газа. В баллонных А. т. газ под давлением истекает из баллонов; такие А. т. проще компрессорных по конструкции, но менее экономичны из-за потери части энергии потока при его регулировании, кроме того, продолжительность их работы (от десятков секунд до неск. минут) ограничена запасом газa в баллонах. Замкнутые А. т. по сравнению с разомкнутыми имеют более высокий кпд (за счёт использования значит. части кинетич. энергии, оставшейся в газовом потоке после его прохождения через рабочую часть трубы), но и большие размеры.

В зависимости от реализуемого диапазона Маха чисел ($M$) различают А. т. дозвуковые ($M=$ 0,15–0,7), трансзвуковые ($M=$ 0,7–1,3), сверхзвуковые ($M=$ 1,3–5) и гиперзвуковые ($M=$ 5–25).

Рис. 1. Схема дозвуковой компрессорной аэродинамической трубы: 1 – хонейкомб; 2 – сетки; 3 – форкамера; 4 – конфузор; 5 – направление потока; 6 – рабочая часть с мо…

В дозвуковых А. т. (рис. 1) исследуют аэродинамич. характеристики дозвуковых самолётов, вертолётов, а также характеристики сверхзвуковых самолётов на взлётно-посадочных режимах; с их помощью изучают характер обтекания воздушным потоком автомобилей и др. наземных транспортных средств, зданий, мостов, башен и др. объектов. Рабочая часть таких А. т. обычно имеет вид цилиндра с поперечным сечением в форме круга, прямоугольника или эллипса. Перед рабочей частью находятся форкамера и сопло – конфузор, обеспечивающие высокую равномерность воздушного потока. В начале форкамеры стоит решётка из калиброванных трубок для устранения скосов потока и размельчения крупных вихрей – хонейкомб. За решёткой располагаются сетки, выравнивающие скорости в поперечном сечении потока и уменьшающие турбулентные пульсации. Из рабочей части через диффузор и колена с поворотными лопатками, уменьшающими потери энергии, поток поступает в компрессор. Далее располагаются обратный канал с диффузором, колена поворотных лопаток и воздухоохладитель, поддерживающий постоянную темп-ру газа в рабочей части. Эллиптич. сечение рабочей части крупнейшей в России дозвуковой А. т. имеет размеры 12×24 м². Мощность компрессоров дозвуковых А. т. – от сотен кВт до неск. десятков МВт.

Рис. 2. Схема баллонной трансзвуковой эжекторной аэродинамической трубы: 1 – хонейкомб; 2 – сетки; 3 – форкамера; 4 – конфузор; 5 – перфорированная рабочая часть с модель…

Трансзвуковая компрессорная А. т. по схеме аналогична дозвуковой. Для реализации непрерывного перехода через скорость звука в ней используется дозвуковое сопло и рабочая часть с щелевыми или перфорированными стенками; подбирая форму и размер перфорации, можно предотвратить отражение от стенок волн сжатия и разрежения, возникающих при обтекании модели. Пром. трансзвуковые А. т. имеют поперечные размеры рабочей части до 3 м, мощность компрессоров достигает 100 МВт и более. В баллонных трансзвуковых А. т. для создания требуемого газового потока применяют эжекторы (рис. 2).

Рис. 3. Схема сверхзвуковой баллонной аэродинамической трубы: 1 – баллонсо сжатым воздухом; 2 – трубопровод; 3 – регулирующий дроссель; 4 – выравнивающие сетки; 5 – хоней…

В сверхзвуковых А. т. для получения требуемых скоростей газа используют сверхзвуковое сопло (т. н. сопло Лаваля), состоящее из сужающейся (дозвуковой) и расширяющейся (сверхзвуковой) частей; в минимальном (критическом) сечении сопла скорость газа равна скорости звука. Число $M$, получаемое в рабочей части, определяется отношением площадей сечения рабочей части и критич. сечения сопла. Торможение сверхзвукового потока после рабочей части сопровождается волновыми потерями полного давления, связанными с образованием скачков уплотнения. Мощности компрессоров крупных сверхзвуковых А. т. с характерными размерами поперечного сечения рабочей части 1,5 × 2,5 м² составляют 50–100 МВт. В незамкнутой прямоточной баллонной сверхзвуковой А. т. (рис. 3) нет обратного канала, заданное давление в форкамере (по мере истечения газа из баллонов) поддерживается с помощью регулирующего дросселя.

Моделирование гиперзвукового полёта требует воспроизведения в А. т. давления торможения до сотен МПа и темп-ры торможения до 10⁴К. При числе МO 4,5 воздух в А. т. необходимо нагревать для предотвращения его конденсации, отчего существенно изменяются свойства потока, вытекающего из сопла, и он становится практически непригодным для проведения аэродинамич. эксперимента. Обычно исследования гиперзвуковых ЛА проводят на комплексе эксперим. установок, поскольку не существует А. т., которая одна обеспечила бы все необходимые для моделирования такого полёта условия.

Рис. 4. Схема баллонной гиперзвуковой аэродинамической трубы: 1 – баллонс высоким давлением; 2 – трубопровод; 3 – регулирующий дроссель; 4 – подогреватель; 5 – форкамерас…

Гиперзвуковые баллонные А. т. «классич. типа» подобны сверхзвуковым баллонным А. т. со временем действия порядка десятков секунд. В таких трубах подогрев воздуха осуществляется в омических, электродуговых или кауперных подогревателях. Мощность подогревателей для труб с сечением рабочей части 1 м² cоставляет более 10 MBт. Макс. давлениe в А. т. с дуговым подогревателем порядка 20 МПа, что позволяет моделировать полёт гиперзвуковых ЛА только на больших высотах. Большой перепад давлений, необходимый для гиперзвуковых А. т., обеспечивается системой эжекторов или вакуумной ёмкостью (рис. 4).

Ряд важнейших особенностей гиперзвукового полёта моделируется в различных спец. газодинамич. установках. Для исследований при больших давлениях торможения и натурных Рейнольдса числах широко применяют ударные и импульсные А. т. со временем действия 0,005–0,1 с. Теплозащитные покрытия исследуют в тепловых А. т. с электродуговыми подогревателями. Полёты на очень больших высотах моделируют в вакуумных А. т., обеспечивающих давление порядка 10^–3 Па и длительность эксперимента до 1 часа. Аэроакустич. А. т. предназначены для исследования влияния акустич. полей на прочность конструкции изучаемого объекта, работу приборных отсеков и др. От обычных А. т. они отличаются тем, что их рабочая часть защищена от внешних шумов (работающих силовых установок и вентиляторов А. т.), а её стенки покрыты материалом, поглощающим звуковые волны, возникающие при обтекании модели и работе установленных на ней двигателей.

Управление А. т. и обработка данных, получаемых в ходе экспериментов с натурными объектами или их моделями, осуществляется с помощью ЭВМ.

Появление и развитие А. т. тесно связано с развитием авиации. Первые А. т. построены в 1871 В. А. Пашкевичем в России и Ф. Уэнхемом в Великобритании, несколько позднее К. Э. Циолковским (1897), братьями У. и О. Райт (1901), Н. Е. Жуковским (1902) и др. В 1920–30-х гг. развитие А. т. шло в осн. по пути увеличения их мощности и размеров рабочей части. В 1925 в ЦАГИ введена в действие крупнейшая для того времени А. т. С сер. 1940-х гг. начала быстрыми темпами развиваться реактивная авиация, что обусловило создание крупных трансзвуковых и сверхзвуковых А. т. В 1946 в ЦАГИ создана первая в мире трансзвуковая А. т. с перфорированной рабочей частью, обеспечившая принципиально новые возможности для проведения исследований в области перехода через скорость звука. Развитие гиперзвуковых А. т. и создание спец. гиперзвуковых газодинамич. установок связано с появлением в 1960-х гг. баллистич. ракет и спускаемых космич. аппаратов. С целью увеличения чисел Рейнольдса в А. т. для приближения к натурным значениям в 1980-е гг. была реализована концепция криогенной аэродинамич. трубы.

Аэродинамическая труба — Википедия

Аэродинамическая труба СПбГУВК с открытой рабочей частью

Аэродинами́ческая труба́ — это техническое устройство, предназначенное для моделирования воздействия среды на движущиеся в ней тела. Применение труб в аэродинамике базируется на принципе обратимости движений и теории подобия физических явлений. Объектами испытаний в аэродинамических трубах являются модели натурных летательных аппаратов или их элементов (геометрически подобные, упруго подобные, термически подобные и т. д.), натурные объекты или их элементы, образцы материалов (унос материалов, каталитичность поверхности и т. д.).

Высокотемпературные — дополнительно позволяют изучать влияние больших температур и связанных с ними явлений диссоциации и ионизации газов.
Высотные — для исследования обтекания моделей разреженным газом (имитация полёта на большой высоте).
Аэроакустические — для исследования влияния акустических полей на прочность конструкции, работу приборов и т. п.