В проекте экспериментально исследуется влияние концевах шайб на обтекание плохо обтекаемых тел. Основное внимание уделено процессам колебания плохо обтекаемых тел в потоке.
Концевые шайбы используются в аэродинамическом эксперименте для того, чтобы исключить перетекание воздуха через торцы. Таким образом, результаты испытаний относительно короткого сегмента длинного тела с концевыми шайбами можно переносить натурное обтекание очень длинного объекта. Экспериментально найдено минимальное удлинение толстой пластины, при котором вращательные колебания пластины, закрепленной на упругой подвеске в потоке воздуха в присутствии концевых шайб не зависят от удлинения пластины.
Предложена математическая модель, описывающая поступательные и вращательные колебания сегмента плохо обтекаемого тела в потоке газа. За основу модели поступательного галопирования взята известная квазистационарная модель, а за основу моделирования вращательных колебаний взята модель колебаний цилиндра с малым удлинением. Учитывается, что мгновенный угол атаки состоит из наклона тела и угла, касательная которого равна отношению вертикальной скорости тела к скорости воздушного потока. Уравнения движения тела сводятся к дифференциальным уравнениям, которые совпадают с уравнениями Лотки–Вольтерры, первоначально полученными для описания конкуренции двух видов животных, которые едят одну и ту же пищу. Предсказания модели подтверждаются в эксперименте в аэродинамической трубе на примере испытаний сегмента моста, снабженного концевыми шайбами. Модель качественно описывает изменение режимов колебаний, включая гистерезис, связанный с увеличением и последующим уменьшением скорости воздушного потока.
Основным методом исследования был эксперимент в аэродинамической трубе. Модели подвешивались на упругой пружинной подвеске в рабочей части трубы. Амплитуды и фазы колебаний моделей определялись с помощью измерения натяжения пружин подвески тензометрическим методом. Разрабатывались математические модели колебаний тел в потоке.
Экспериментально исследованы колебания прямоугольного цилиндра, упруго подвешенного в воздушном потоке. Было показано, что на амплитуду колебаний, измеренных при различной длине цилиндра, влияют изменения скорости набегающего потока, а также наличие или отсутствие торцевых пластин, ограничивающих поток воздуха через концы цилиндра. Амплитуда установившихся колебаний увеличивается с увеличением соотношения сторон цилиндра. При наличии концевых шайб амплитуда колебаний линейно зависит от числа Струхаля. При соотношении сторон цилиндра пять наличие или отсутствие торцевых пластин на цилиндре не влияет на амплитуду колебаний. На основе известных математических моделей, описывающих колебания в газовом потоке плохо обтекаемого тела с одной степенью свободы, получена модель колебаний тела с двумя степенями свободы. Применялся метод Крылова–Боголюбова. Получены уравнения для медленно изменяющихся амплитуд и сдвига фаз колебаний. Оказалось, что дифференциальные уравнения, записанные для квадратов безразмерных амплитуд поступательных и вращательных колебаний, совпадают с известными уравнениями Лотки-Вольтерры, описывающими конкуренцию между двумя видами животных, которые едят одну и ту же пищу. В аэродинамической трубе изучалась смена режимов колебаний сегмента моста, предсказываемая математической моделью.
Рябинин А.Н., профессор. Научное руководство. Написание статей.
Шмигирилов Р.В., аспирант. Проведение эксперимента. Работа над статьями.
Acronym | RFBR_ASP_2019 |
---|
Status | Finished |
---|
Effective start/end date | 1/10/19 → 30/09/21 |
---|