TUNELE AERODINAMICE

ORGANIZAREA CONSTRUCTIVA SI CLASIFICAREA TUNELELOR AERODINAMICE

1 INTRODUCERE Cercetarile experimentale de aerodinamica sunt strns legata de experimentele realizate n tunele aerodinamice, numite si suflerii. n camerele de experiente ale acestora se reproduc conditiile de mediu n care structurile aeromecanice testate evolueaza n mod curent. 2 CLASIFICAREA TUNELELOR AERODINAMICE Exista o diversitate mare de astfel de instalatii, principalele criterii dupa care acestea se pot clasifica fiind urmatoarele: dupa arhitectura acestora, se disting tunele aerodinamice cu circuit deschis (vezi figura 1), tip Eiffel, sau cu circuit nchis (vezi figura 2), tip Prandtl; dupa tipul camerei de experiente, se disting tunele aerodinamice cu camera de experiente deschisa (prezinta avantajul unor interferente reduse ntre modelul studiat si peretii camerei de testare, dar sunt mari consumatoare de energie), sau cu camera de experiente nchisa, (prezinta avantajul unui consum de energie mai mic);Retea de rectificare a aerului Ventilator Camera de testare Directia de curgere a aerului

Confuzor

Difuzor

Fig. 1 - Schema de principiu al unui tunel cu circuit deschis si camera de testare nchisa

Palete directoare Ventilator

Camera de testare

Difuzor

Confuzor

Fig. 2 - Schema de principiu al unui tunel cu circuit nchis si camera de testare deschisa71

AERODINAMICA EXPERIMENTALA

dupa valoarea vitezei maxime de referinta (din camera de experiente), se pot clasifica n tunele aerodinamice subsonice incompresibile, subsonice compresibile si supersonice; dupa valoarea presiunii din camera de experiente, pot fi tunele aerodinamice atmosferice sau presurizate, de densitate variabila. Pe lnga tunelele aerodinamice descrise anterior s-au mai construit si unele cu destinatie speciala cum ar fi cele de vizualizare a curgerii, aeroacustice etc. 3. ORGANIZARE CONSTRUCTIVA Legat de principalele componente constructive ale tunelelor aerodinamice mentionate anterior se prezenta pe scurt cteva detalii n cele ce urmeaza: Camera de experiente (testare): este zona unde se plaseaza modelul de studiat si n care se reproduc conditiile atmosferice n care acesta evolueaza n mod obisnuit. n sectiunea transversala camera de testare poate avea diferite forme, cele mai utilizate fiind (n functie de destinatia tunelului) cele dreptunghiulare, circulare, mai rar octogonale sau eliptice etc. Lungimea recomandata pentru camera de experiente este LCE 1 .5 DH CE ( DH CE este diametrul hidraulic al sectiunii camerei de testare). n cazul unor lungimi mai mari, grosimea stratului limita poate influenta negativ precizia masuratorilor. n figura 3 sunt prezentate principalele caracteristici geometrice ale unei camere de experiente de sectiune rectangulara.

vCE (ACE )

vCE (ACE)

aCE

bCE

lCE

Fig. 3 Principalele caracteristici geometrice ale unei camere de experiente rectangulareACE = aCE bCE l CE vCE

aria sectiunii camerei de testare; lungimea camerei de testare; viteza curentului de aer n camera de experiente (viteza de referinta, luata n calculele referitoare la experiment).

Difuzorul: este plasat dupa camera de experiente si trebuie astfel realizat nct sa nu se produca desprinderi ale curentului de aer de pe peretii acestuia. Pentru sectiuni circulare valoarea maxima recomandata a unghiul de evazare al peretilor este de aproximativ D 6 . Aceasta valoare poate ajunge la D 12 n cazul sectiunilor dreptunghiulare, unde cresterea sectiunii se realizeaza, frecvent, prin evazare ntr-un singur plan, ca n cazul prezentat n figura 4. Caracteristicile geometrice ale unui astfel de difuzor sunt urmatoarele:A0 D = a 0 D b0 D A1 D = a1 D b1 D lD D

aria sectiunii de intrare n difuzor a curentului de aer cu viteza ?0 D ; aria sectiunii de iesire din difuzor a curentului de aer cu viteza ?1 D ; lungimea difuzorului; unghiul de divergenta al difuzorului;72

TUNELE AERODINAMICE

n1 D =

A1 D A0 D

gradul de divergenta al difuzorului.a1D b0D aDv1C (A1C)

a1D

v0C (A0 C)

a0D a 2D

b1D

lD

Fig. 4 - Principalele caracteristici geometrice ale difuzorului Confuzorul: este plasat naintea camerei de experiente si are rolul de a mari viteza curentului de aer la valoarea vCE si de a micsora turbulenta n camera de experiente. Valorile recomandate ale gradului de convergenta sunt n 0 C ( 5 20 ) - raportul dintre aria sectiunii de intrare n confuzor si aria sectiunii de iesire din confuzor (respectiv de intrare n camera de experiente). Exista mai multe tipuri constructive de confuzoare, n figura 5 fiind prezentate principalele caracteristici geometrice ale unui confuzor cu variatie a sectiunii ntr-un singur plan si curbura dubla, cu generatoare curbilinii. Principalele caracteristici geometrice ale unui astfel de confuzor sunt urmatoarele:b 1C

a0C

v1C ( A1C)

v0C (A0C)

a1 C aC

b0C l 0C

l1C

Fig. 5 - Principalele caracteristici geometrice ale unui confuzor cu variatie de sectiune ntr-un singur plan si curbura dubla cu generatoare curbiliniiA1 C = a1 C b1 C A0 C = a 0 C b 0 C l1 C l0 C C n0 C = A0 C A1 C

aria sectiunii de intrare n confuzor a curentului de aer cu viteza ?1 C ; aria sectiunii de iesire din confuzor a curentului de aer cu viteza ?0 C ; lungimea portiunii confuzoare; lungimea portiunii de sectiune constanta, A0 C = ct ; unghiul de convergenta al confuzorului; gradul de convergenta al confuzorului.73

AERODINAMICA EXPERIMENTALA

Reteaua de rectificare: este utilizata pentru micsorarea turbulentei curentului de aer si conducerea favorabila a acestuia spre alte componente de interes ale tunelului, precum confuzorul. Cele mai simple din punct de vedere constructiv sunt realizate din plase. Cele mai eficiente sunt cele din rigle de grosime constanta g O RR , ale caror ochiuri pot avea diferite forme, mai des ntlnite fiind cele dreptunghiulare (vezi figura 6).bRR

v1RR

g oRR

( A1R

R)

a RR hoRR

v0RRR (A0R

)

loRR

lRR

Fig. 6 - Principalele caracteristici geometrice ale unei retele de rectificareA1 RR = a RR bRR A0 RR = zRR (lO RR hO RR aO RR = l O RR hO RR l RR z RR = n1 RR n 2 RR n l RR , n h RR

aria sectiunii de intrare n retea a curentului de aer cu viteza ?1 RR ; aria sectiunii vii a retelei (aria sectiunii de iesire a curentului de aer avnd viteza ?0 RR ); aria unui orificiu; lungimea retelei; numarul de ochiuri al retelei; numarul de ochiuri pe latimea, respectiv pe naltimea retelei.

Ventilatorul: reprezinta sursa de putere a instalatiei, asigurnd circulatia aerului prin tunel. Pentru tunelele clasice mai des utilizate sunt cele axiale. Pentru diminuarea vrtejurilor generate de rotorul ventilatorului se foloseste uneori solutia montarii succesive a doua ventilatoare identice ce se rotesc n sensuri contrare. Cel mai adesea se introduc pe circuitul tunelului retele de rectificare a curentului de aer, retele de profile etc. Se monteaza ct mai departe posibil de camera de experiente. n cazul n care turatia ventilatorului este constanta, debitul de aer se regleaza cu ajutorul unei vane. Elemente de legatura: sunt necesare n general tunelelor n circuit nchis si fac legatura ntre principalele elemente componente ale acestora. Sunt reprezentate cel mai adesea de coturi si corpuri de trecere de la un tip de sectiune la altul, ca de exemplu de la sectiunea circulara a ventilatorului la o sectiune de curgere dreptunghiulara, precum n figura 7. 2 aria sectiunii de intrare n corp, a curentului de aer cu viteza A0 TC = D0 TC 4 ? 0 TC ; A1 T C = a1 T C b1 T C aria sectiunii de iesire, a curentului de aer cu viteza ?1 TC ; lTC lungimea corpului de trecere;

(

)

74

TUNELE AERODINAMICE

lTC v1CI

b1TC

0 (D

TC

)

v1T C (A1T C) a1TC

v0TC (A0TC)

Fig. 7 - Principalele caracteristici geometrice ale unui corp de trecere n cazul coturilor, pentru reducerea rezistentei hidraulice, se recomanda echiparea acestora cu pale directoare. La coturile ai caror pereti nu sunt concentrici, acestea pot fi profilate aerodinamic (vezi figura 8.a), cilindrice de grosime constanta (vezi figura 8.b), sau concentrice subtiri pentru cele cu pereti concentrici (vezi figura 9).

v

dp

v

(a)

(b)

Fig. 8 - Pale directoare n coturi ai caror pereti nu sunt concentricidCIr 1CI

a 1CI v1CI

b1CI(A1CI)

r2 CR0CI

rC I

I

=

a0CI=

v0CI ( A0CI )

b0CI

Fig. 9 - Principalele caracteristici geometrice ale unui cot de ntoarcere cu pereti concentrici si pale directoareA0 CI = a0 CI b0 CI A1 CI = a1 CI b1 CI

aria sectiunii de intrare n cot, curentul de aer avnd viteza ?0 CI ; aria sectiunii de iesire din cot, curentul de aer avnd viteza ?1 CI ;75

AERODINAMICA EXPERIMENTALA

rCI R0 CI CI r1 C I , r2 CI

raza interioara a cotului; raza mediana; unghiul cotului de ntoarcere; razele palelor directoare.

n coturilor ai caror pereti nu sunt concentrici, palele directoare din acestea formeaza un gratar aerodinamic, care provoaca abaterea curentului de aer spre peretele interior, datorita fortelor aerodinamice ce se dezvolta pe acestea. n cazul alegerii corecte a dimensiunilor, numarului, unghiului de asezare si dupa caz, a profilului palelor directoare, abaterea curentului spre peretele interior prentmpina desprinderea curentului de perete si formarea unei zone turbionare de recirculare. Actiunea palelor concentrice se exprima mai ales prin aceea ca ele scindeaza cotul dat ntr-un sir de coturi cu un grad mai mare de lungire a sectiunii transversale (R0 CI a 0 CI ) , ceea ce duce la micsorarea pierderilor de presiune. Numarul normal de pale necesar obtinerii unei distributii uniforme a vitezei imediat dupa cot se determina din formula:r n norm = 2.13 0 a 0 1

1

(1)

Amplasarea optima a palelor n coturi cu pereti concentrici se obtine daca: r i = 1.26 r i 1 + 0 .07 a 0 [m]

(2)

4 APLICA TIE PRACTICA se prezinta cele doua tunele aerodinamice aflate n dotarea laboratorului de Aerodinamica al catedrei de Termodinamica si Mecanica Fluidelor din Universitatea Transilvania din Brasov, identificndu-se componentele acestora; se fac masuratori pentru componentele tunelului aerodinamic cu camera de testare deschisa (vezi figura 10) si se calculeaza parametrii geometrici caracteristici: arii ale sectiunilor de curgere, gradul de convergenta al confuzorului etc. Fig. 10 Tunel aerodinamic n circuit cu camera de experiente deschisa2 1 8 3 9 5 3 7 6 4 6 4

123456-

789-

camera de experiente (CE ) ; difuzor ( D ) ; coturi de ntoarcere (CI ) ; tronsoane drepte (TD ) ; vana de reglare debit (VD ) ; corpuri de legatura (trecere) ventilator axial tronsoane drepte, (CL ) ; ventilator axial (VA ) ; confuzor (C ) ; structura metalica de rezistenta.

Caracteristica interioara a ventilatorului este descrisa prin puncte n tabelul urmator.QV 10 4 [m 3/h] pV 10 2 [N/m 2]

0.45 14

0.6 11

0.8 9.676

1.0 9.0

1.2 8.2

1.4 7.1

1.6 5.8

1.8 4.0