1. Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, предназначенная для проведения различных аэродинамических и акустических испытаний и содержащая сопло, имеющее проходное отверстие сопла с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения указанной площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на указанный периметр проходного отверстия сопла, а также коллектор, имеющий переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, при этом сопло и коллектор расположены на удалении друг от друга, а промежуток между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора определяет испытательную секцию, отличающаяся тем, что испытательная секция имеет такой размер в длину, который в четыре или более раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.

2. Аэродинамическая труба по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть передней кромки находится на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.

3. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.

4. Аэродинамическая труба по п.3, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, отличающимся от 90ш, относительно направления пути движения воздушного потока.

5. Аэродинамическая труба по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, находящимся в диапазоне, в основном, от 30 до 85ш.

6. Аэродинамическая труба по п.5, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.

7. Аэродинамическая труба по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.

8. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что сопло содержит концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла на протяжении всего размера в длину концевой секции.

9. Аэродинамическая труба по п.8, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

10. Способ построения аэродинамической трубы и исследования влияния, оказываемого воздушным потоком на омываемое им испытываемое транспортное средство, расположенное в аэродинамической трубе, в котором оснащают соплом аэродинамическую трубу, имеющим проходное отверстие с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр проходного отверстия сопла; оснащают испытываемым транспортным средством, имеющим передний конец, задний конец и продольную осевую линию, проходящую от упомянутого переднего конца до упомянутого заднего конца, при этом испытываемое транспортное средство имеет максимальную площадь поперечного сечения в плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к продольной осевой линии, причем максимальная площадь поперечного сечения превышает 10% площади проходного сечения отверстия сопла; оснащают коллектором аэродинамической трубы, имеющим основание и переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, причем часть передней кромки располагается на неодинаковом удалении от плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к упомянутому основанию; размещают сопло аэродинамической трубы и коллектор аэродинамической трубы таким образом, чтобы они, имея взаимосвязь между собой, находились на удалении друг от друга, при этом проходное отверстие сопла и входное отверстие коллектора обращены навстречу друг другу, причем расстоянием между упомянутым проходным отверстием сопла и упомянутым входным отверстием коллектора определяют испытательную секцию аэродинамической трубы, имеющую такой размер в длину, который по меньшей мере в четыре раза превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла; размещают транспортное средство в испытательной секции, расположенной между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора; и обеспечивают движение воздушного потока, нагнетаемого через проходное отверстие сопла, мимо омываемого им транспортного средства и затем внутрь входного отверстия коллектора.

11. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 20% площади проходного сечения отверстия сопла.

12. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 40% площади проходного сечения отверстия сопла.

13. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что упомянутая испытательная секция имеет такой размер в длину, который по меньшей мере в пять раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что на этапе оснащения соплом аэродинамической трубы предусматривают обеспечение наличия сопла аэродинамической трубы, содержащего концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину концевой секции.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину составляет приблизительно три четверти от диаметра в свету проходного отверстия сопла или более.

17. Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, содержащая испытательную секцию, имеющую конец, обращенный навстречу потоку, и конец, обращенный в направлении потока; сопло, имеющее проходное отверстие, расположенное на конце испытательной секции, обращенном навстречу потоку, причем проходное отверстие сопла имеет соответствующую площадь проходного сечения отверстия сопла, периметр проходного отверстия сопла и диаметр его в свету, определяемый посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр сопла, при этом упомянутое сопло дополнительно содержит концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к упомянутой площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину упомянутой концевой секции; и коллектор, расположенный на удалении от сопла и имеющий переднюю кромку, расположенную на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.

18. Аэродинамическая труба по п.17, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

19. Аэродинамическая труба по п.18, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.

20. Аэродинамическая труба по п.19, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом в диапазоне, в основном, от 30 до 85ш, относительно направления пути движения воздушного потока.

21. Способ проведения аэродинамических и акустических испытаний самоходного транспортного средства, в котором обеспечивают наличие соответствующей аэродинамической трубы с открытой воздушной струей, которая имеет сопло, коллектор и испытательную секцию, расположенную между соплом и коллектором, причем сопло имеет соответствующую выходную зону, а коллектор имеет переднюю кромку, часть которой расположена на неодинаковом удалении от упомянутого проходного отверстия сопла; обеспечивают наличие испытываемого самоходного транспортного средства, имеющего соответствующую наружную конфигурацию и размещают упомянутое транспортное средство в упомянутой испытательной секции; обеспечивают движение воздушного потока, имеющего скорость в диапазоне, в основном, от 5 до 200 миль в час, нагнетаемого через сопло и проходящего через испытательную секцию мимо омываемого им транспортного средства; собирают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам, получаемым в результате наблюдения за протеканием процесса омывания транспортного средства воздушным потоком; и оценивают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам.

 

 

(57) Реферат / Формула:
Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, предназначенная для проведения различных аэродинамических и акустических испытаний и содержащая сопло, имеющее проходное отверстие сопла с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения указанной площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на указанный периметр проходного отверстия сопла, а также коллектор, имеющий переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, при этом сопло и коллектор расположены на удалении друг от друга, а промежуток между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора определяет испытательную секцию, отличающаяся тем, что испытательная секция имеет такой размер в длину, который в четыре или более раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.

2. Аэродинамическая труба по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть передней кромки находится на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.

3. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.

4. Аэродинамическая труба по п.3, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, отличающимся от 90ш, относительно направления пути движения воздушного потока.

5. Аэродинамическая труба по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, находящимся в диапазоне, в основном, от 30 до 85ш.

6. Аэродинамическая труба по п.5, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.

7. Аэродинамическая труба по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.

8. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что сопло содержит концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла на протяжении всего размера в длину концевой секции.

9. Аэродинамическая труба по п.8, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

10. Способ построения аэродинамической трубы и исследования влияния, оказываемого воздушным потоком на омываемое им испытываемое транспортное средство, расположенное в аэродинамической трубе, в котором оснащают соплом аэродинамическую трубу, имеющим проходное отверстие с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр проходного отверстия сопла; оснащают испытываемым транспортным средством, имеющим передний конец, задний конец и продольную осевую линию, проходящую от упомянутого переднего конца до упомянутого заднего конца, при этом испытываемое транспортное средство имеет максимальную площадь поперечного сечения в плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к продольной осевой линии, причем максимальная площадь поперечного сечения превышает 10% площади проходного сечения отверстия сопла; оснащают коллектором аэродинамической трубы, имеющим основание и переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, причем часть передней кромки располагается на неодинаковом удалении от плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к упомянутому основанию; размещают сопло аэродинамической трубы и коллектор аэродинамической трубы таким образом, чтобы они, имея взаимосвязь между собой, находились на удалении друг от друга, при этом проходное отверстие сопла и входное отверстие коллектора обращены навстречу друг другу, причем расстоянием между упомянутым проходным отверстием сопла и упомянутым входным отверстием коллектора определяют испытательную секцию аэродинамической трубы, имеющую такой размер в длину, который по меньшей мере в четыре раза превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла; размещают транспортное средство в испытательной секции, расположенной между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора; и обеспечивают движение воздушного потока, нагнетаемого через проходное отверстие сопла, мимо омываемого им транспортного средства и затем внутрь входного отверстия коллектора.

11. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 20% площади проходного сечения отверстия сопла.

12. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 40% площади проходного сечения отверстия сопла.

13. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что упомянутая испытательная секция имеет такой размер в длину, который по меньшей мере в пять раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что на этапе оснащения соплом аэродинамической трубы предусматривают обеспечение наличия сопла аэродинамической трубы, содержащего концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину концевой секции.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину составляет приблизительно три четверти от диаметра в свету проходного отверстия сопла или более.

17. Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, содержащая испытательную секцию, имеющую конец, обращенный навстречу потоку, и конец, обращенный в направлении потока; сопло, имеющее проходное отверстие, расположенное на конце испытательной секции, обращенном навстречу потоку, причем проходное отверстие сопла имеет соответствующую площадь проходного сечения отверстия сопла, периметр проходного отверстия сопла и диаметр его в свету, определяемый посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр сопла, при этом упомянутое сопло дополнительно содержит концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к упомянутой площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину упомянутой концевой секции; и коллектор, расположенный на удалении от сопла и имеющий переднюю кромку, расположенную на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.

18. Аэродинамическая труба по п.17, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.

19. Аэродинамическая труба по п.18, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.

20. Аэродинамическая труба по п.19, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом в диапазоне, в основном, от 30 до 85ш, относительно направления пути движения воздушного потока.

21. Способ проведения аэродинамических и акустических испытаний самоходного транспортного средства, в котором обеспечивают наличие соответствующей аэродинамической трубы с открытой воздушной струей, которая имеет сопло, коллектор и испытательную секцию, расположенную между соплом и коллектором, причем сопло имеет соответствующую выходную зону, а коллектор имеет переднюю кромку, часть которой расположена на неодинаковом удалении от упомянутого проходного отверстия сопла; обеспечивают наличие испытываемого самоходного транспортного средства, имеющего соответствующую наружную конфигурацию и размещают упомянутое транспортное средство в упомянутой испытательной секции; обеспечивают движение воздушного потока, имеющего скорость в диапазоне, в основном, от 5 до 200 миль в час, нагнетаемого через сопло и проходящего через испытательную секцию мимо омываемого им транспортного средства; собирают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам, получаемым в результате наблюдения за протеканием процесса омывания транспортного средства воздушным потоком; и оценивают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам.

 

 

---

008287
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к аэродинамической трубе и к конструкции предназначенного для нее коллектора, а более конкретно оно касается аэродинамической трубы с открытой струей воздуха и с коллектором такой конструкции, которая способствует уменьшению резонанса при применении указанной трубы для проведения различных аэродинамических и акустических испытаний. Кроме того, данное изобретение относится также и к способу сооружения такой аэродинамической трубы и размещению испытываемых объектов, подвергаемых воздействию создаваемого аэродинамической трубой воздушного потока при проведении с ее помощью различных аэродинамических и акустических испытаний.
Уровень техники
Существующая, по общему признанию, в настоящее время проблема в отношении многих аэродинамических труб с открытой струей воздуха состоит в пульсации, или резонансе, который возникает при различных частотах на определенных режимах эксплуатации. Аэродинамические трубы с открытой струей воздуха широко используются в автомобильной промышленности, а также в различных других отраслях промышленности с целью определения величины аэродинамических сил, воздействующих на испытываемое транспортное средство или иной объект, а также с целью определения влияния воздушного потока на аэродинамические и акустические характеристики конкретной конструкции транспортного средства. В типичной своей конфигурации, аэродинамическая труба с открытой струей воздуха содержит испытательную секцию, представляющую собой сравнительно большое помещение или же иную конфигурацию с замкнутым пространством, соответствующее сопло, расположенное с того конца испытательной секции, где в нее подается воздушный поток, а также коллектор, находящийся с того конца испытательной секции, где воздушный поток из нее отводится наружу. Во время проведения испытания, транспортное средство или же иной испытываемый объект устанавливается внутри указанной испытательной секции, где этот объект омывается воздушным потоком.
Существующая для многих аэродинамических труб с открытой струей воздуха проблема, в связи с которой зачастую ограничивается применение их при определенных скоростях воздушного потока, заключается в наличии явления пульсации, или резонанса, которое возникает при таких скоростях воздушного потока. В некоторых случаях при этой пульсации, или резонансе, воздушный поток и давление на пол помещения могут попросту становиться неустойчивыми или переменными, что может неблагоприятно сказываться на характеристиках воздушного потока, омывающего испытываемый объект. В результате этого получаемые данные испытаний становятся весьма неточными, а следовательно, и недостаточно надежными. В других случаях, пульсация, или резонанс могут быть настолько сильными, что возможно при этом нанесение соответствующих повреждений конструкции всего сооружения. Наличие этой проблемы в отношении существующих аэродинамических труб с открытой струей воздуха признается целым рядом авторитетных специалистов в данной области техники, которые считают, что такое явление пульсации, или резонанса, непосредственно связано со скоростями воздушного потока, развиваемыми в пределах испытательной секции установки, а также с размерами самой аэродинамической трубы, и еще, что механизм, который возбуждает такой резонанс, обусловлен взаимодействием между вихрями, возникающими в воздушном потоке на пути его движения от сопла к коллектору. Кроме того, существует также мнение, что благодаря сокращению длины испытательной секции при заданной скорости воздушного потока будет наблюдаться соответствующая тенденция к уменьшению резонансных явлений, возникающих при этой скорости воздушного потока. Однако такое техническое решение накладывает определенное ограничение на соответствующие возможности данной системы и зачастую, как возможный вариант урегулирования данной проблемы, практически не рассматривается, потому что для каждого конкретного применения нужно обеспечить необходимую длину испытательной секции установки. Соответственно, в той мере, в какой предпринимались отдельные попытки разрешить эту проблему, прежде всего, стремились обеспечить необходимое регулирование скоростей воздушного потока и/или размеров аэродинамической трубы и самой испытательной секции, стремясь тем самым избежать возникновения тех осложнений, которые обычно связаны с резонансными явлениями. Однако в результате оказалось, что при этом только изменяются те условия по частоте или же скорости воздушного потока, при которых наблюдается возникновение явления пульсации, или резонанса, либо накладываются какие-то еще существенные ограничения на данную систему.
Даже в том случае, когда предпринимались, как указано выше, соответствующие попытки устранить проблемы, связанные с возникновением резонанса, практическое использование той или иной аэродинамической трубы с целью проведения испытаний в воздушном потоке какого-либо испытываемого объекта, к примеру, такого как транспортное средство, предусматривает применение такой аэродинамической трубы, которая имеет вполне определенный размер, в том числе и соответствующий размер своего сопла, а также длину своей испытательной секции относительно испытываемого в ней транспортного средства, благодаря чему обеспечивается точная и надежная имитация соответствующих дорожных условий для проведения испытаний конкретного параметра, определяющего эксплуатационные свойства транспортного средства. В частности, это обстоятельство имеет критически важное значение в том случае, когда аэродинамическая труба используется для проведения различных аэродинамических и акусти
- 1 -
008287
ческих испытаний транспортного средства, как это рассматривается в приведенном здесь ниже описании.
Конструкторы и изготовители транспортных средств используют аэродинамические трубы с открытой струей воздуха для проведения испытаний различных эксплуатационных свойств различных транспортных средств, относящихся к самым разнообразным областям, связанным с его эксплуатацией. Одним из таких особых случаев является оценка или испытание практического влияния воздушного потока на его способность обеспечивать надлежащее охлаждение двигателя транспортного средства. Такие испытания иногда называют "климатическими" испытаниями или же испытаниями, проводимыми в "климатических" аэродинамических трубах. При проведении таких климатических испытаний конструктор, прежде всего, заинтересован в определении соответствующего охлаждающего эффекта, создаваемого воздушным потоком в зоне стойки "А" (передней стойки) кузова транспортного средства, где воздух обычно поступает внутрь отсека двигателя, либо в зоне расположения какого-нибудь другого отверстия для впуска воздуха, и в меньшей степени интересуется или же вообще не обращает никакого внимания на то, какое аэродинамическое или акустическое влияние может оказывать создаваемый воздушный поток на само транспортное средство. Таким образом, для проведения различных испытаний транспортных средств в аэродинамической трубе могут применяться аэродинамические трубы самых разнообразных размеров (с точки зрения размера сопла относительно размера автомобиля, а также длины испытательной секции установки относительно размера сопла).
Второй областью проведения испытаний, связанных с эксплуатацией автомобиля, является оценка или испытание соответствующего аэродинамического и акустического влияния, оказываемого воздушным потоком по мере того, как он омывает собой транспортное средство при прохождении его мимо этого транспортного средства. При проведении различных аэродинамических и акустических испытаний важную роль играют конструкция щеток стеклоочистителя ветрового стекла, конструкция антенн радиоприемников, общие внешние очертания транспортного средства, начиная от передней его части и кончая задней его частью, влияние открытых окон по сравнению с закрытыми окнами и т. д. В результате всего этого аэродинамические трубы, предназначенные для применения их при проведении различных аэродинамических и акустических испытаний транспортных средств или же используемые для проведения таких испытаний, требуют тщательной проработки своей конструкции с тем, чтобы обеспечивать точную имитацию дорожных условий при реальных скоростях движения таких транспортных средств и, следовательно, получение надежных расчетных данных. Таким образом, в отличие от аэродинамических труб, используемых с целью проведения климатических испытаний, аэродинамические трубы, применявшиеся до сих пор в целях проведения соответствующих аэродинамических и акустических испытаний, требовали соблюдения сравнительно узкого диапазона при определении своих размерных показателей (с точки зрения размера сопла относительно размера транспортного средства, а также длины испытательной секции установки относительно размера сопла).
В общем, для аэродинамических труб, применявшихся до сих пор в целях проведения соответствующих аэродинамических и акустических испытаний, размер проходного отверстия сопла и расстояние между соплом и коллектором (длина испытательной секции установки) и, следовательно, общий габаритный размер аэродинамической трубы диктуются размером испытываемого объекта, или транспортного средства. Более конкретно, для того чтобы при проведении соответствующих аэродинамических и акустических испытаний добиться получения точных и надежных результатов и избежать проблем, связанных с возникновением резонанса, вся суть состоит в том, чтобы эффект "образования пробки", создаваемый испытываемым объектом, (площадь поперечного сечения, занимаемого испытываемым объектом в воздушном потоке) не превышал 10% от размера проходного отверстия сопла, а также в том, чтобы общая габаритная длина испытательной секции установки не превышала диаметр проходного отверстия сопла в свету более чем в 3-3,5 раза. Таким образом, для испытываемого объекта, создающего эффект "образования пробки", составляющий 25 квадратных футов (кв. футов), требуется обеспечить площадь проходного сечения сопла, равную, по меньшей мере, примерно 250 кв.футов (и, следовательно, диаметр сопла в свету, по меньшей мере, приблизительно 16 футов), а также общую габаритную длину испытательной секции установки не более чем 48-56 футов с тем, чтобы при проведении соответствующих аэродинамических и акустических испытаний добиться получения надежных результатов. Во многих случаях это требование существенно ограничивает длину испытываемого объекта или автомобиля, который можно будет испытать в той или иной конкретной аэродинамической трубе.
Соответственно, в данной области техники существует необходимость в разработке такой конструкции для аэродинамических труб и, в частности для аэродинамических труб с открытой струей воздуха, предназначенных для проведения соответствующих аэродинамических и акустических испытаний автомобилей или каких-нибудь иных подобных транспортных средств, которая позволила бы не только свести к минимуму, но предпочтительно также и полностью исключить все проблемы, связанные с возникновением резонансных явлений при желательной скорости воздушного потока и соответствующих размерных показателях аэродинамической трубы, и которая обеспечивала бы более эффективное использование выделенного под нее пространства и, следовательно, позволила бы сократить сумму капиталовложений и эксплуатационные расходы.
- 2 -
008287
Раскрытие изобретения
В отличие от известных технических решений в данной области техники, настоящее изобретение направлено на создание конструкции аэродинамической трубы с открытой струей воздуха, а более конкретно - конструкции коллектора и комбинированной конструкции коллектора с соответствующим соплом, которые предназначаются для использования их в конструкции такой аэродинамической трубы, при этом сводятся к минимуму, если не устраняются полностью, все проблемы, связанные с возникновением резонансных явлений, к примеру, такие как рассмотренные в приведенном здесь выше описании конкретных случаев практического применения, например, таких как проведение соответствующих аэродинамических и акустических испытаний, что в то же самое время способствует существенному уменьшению размера аэродинамической трубы, предназначенной для какого-нибудь конкретного применения.
Более конкретно, настоящее изобретение основано на том, что резонанс возникает при различных частотах в результате образования вихрей или другого воздушного потока между кромкой диффузора на выходе сопла и передней кромкой коллектора. При применении коллектора, имеющего обычную конструкцию, эти кромки расположены целиком на равном расстоянии друг от друга. Таким образом, они предположительно объединяют свои энергетические возможности в отношении возбуждения, в результате чего и возникает нежелательный резонанс. В соответствии с настоящим изобретением, конструкция и конфигурация коллектора разработаны таким образом, чтобы расстояние между выходом сопла и передней кромкой коллектора варьировалось (или было бы не одинаковым) от точки до точки вдоль кромки коллектора. Таким образом, количество энергии на любой какой-нибудь одной частоте будет при этом не достаточным для возбуждения нежелательного резонанса.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, один или несколько участков передней кромки коллектора располагаются наклонно относительно выхода сопла и относительно вертикальной плоскости, расположенной ортогонально к пути движения воздушного потока. Таким образом, воздушный поток, направляющийся от выхода сопла к коллектору, наталкивается на переднюю кромку коллектора в разные моменты времени из-за того, что проходимое им расстояние будет неодинаково, и поэтому возникновение нежелательного резонанса будет ограничиваться или же полностью подавляться. В наиболее предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, передняя кромка коллектора содержит верхний свой участок, который целиком располагается на одном и том же расстоянии от выхода сопла, а также пару наклонных боковых своих участков, которые располагаются с наклоном вниз и в разные стороны от указанного верхнего участка кромки, в результате чего образуется такая передняя кромка коллектора, которая находится на неодинаковом расстоянии от соответствующей ей кромки выхода сопла или же от вышеупомянутой плоскости.
Кроме того, настоящее изобретение предусматривает также применение конструкции коллектора, скомбинированного по своей конфигурации с соплом, при этом чему обеспечивается формирование, по существу, упорядоченного воздушного потока на выходе из проходного отверстия сопла. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, этот упорядоченный воздушный поток формируется выходным концом сопла, или его удлинителем, который имеет, по существу, одну и ту же площадь своего проходного сечения при замере соответствующего расстояния в направлении воздушного потока, по меньшей мере, в пределах примерно половины диаметра проходного отверстия сопла в свету.
При применении такой комбинированной конструкции коллектора и сопла общий габаритный размер аэродинамической трубы может быть в значительной мере уменьшен под какой-либо заданный размер испытываемого объекта или автомобиля, либо размер испытываемого объекта, для которого могут быть получены надежные результаты при проведении соответствующего испытания, можно будет в значительной мере увеличить при заданном размере аэродинамической трубы.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной аэродинамической трубы с открытой струей воздуха.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании такой аэродинамической трубы с открытой струей воздуха, конструкция которой обеспечивает уменьшение нежелательного резонанса до минимума, если не устраняет его полностью.
Задачей настоящего изобретения также является создание такой аэродинамической трубы с открытой струей воздуха, которая снабжена коллектором усовершенствованной конструкции, обеспечивающим уменьшение нежелательного резонанса до минимума, если не устраняющим его полностью.
Задача настоящего изобретения заключается в создании такой конструкции коллектора, предназначенного для аэродинамической трубы с открытой струей воздуха, при применении которого отдельные точки, расположенные по передней кромке коллектора, будут находиться на неодинаковом расстоянии от сопла.
Задача настоящего изобретения состоит также в создании такой аэродинамической трубы с открытой струей воздуха, которая снабжена коллектором, конструктивно объединенным с соплом, при этом обеспечивается возможность существенного уменьшения размера аэродинамической трубы, предназначенной для проведения соответствующих аэродинамических и акустических испытаний.
Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при рассмотре
- 3 -
008287
нии следующего ниже подробного описания предпочтительного варианта его выполнения и соответствующего способа, которое ведется со ссылками на соответствующие чертежи, а также из прилагаемой формулы изобретения.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:
фиг. 1 - вид сверху на аэродинамическую трубу, выполненную в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 - изометрическое изображение составных частей испытательной секции аэродинамической трубы, где показаны сопло, испытательная секция и коллектор;
фиг. 3 - вид сбоку в вертикальной проекции на составные части испытательной секции аэродинамической трубы;
фиг. 4 - вид сверху на составные части испытательной секции аэродинамической трубы;
фиг. 5 - вид с торца в вертикальной проекции на сопло, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, в направлении навстречу потоку;
фиг. 6 - вид с торца в вертикальной проекции на коллектор, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, если смотреть на него в направлении потока;
фиг. 7 - вид, представленный частично в разрезе, если смотреть по линии разреза 7-7 на фиг. 6;
фиг. 8 - вид сверху другого предпочтительного варианта выполнения конструкции коллектора;
фиг. 9 - вид сбоку в вертикальной проекции аэродинамической трубы, аналогичной представленной на фиг. 3, но с показом удлинителей сопла;
фиг. 10 - вид с торца в вертикальной проекции предпочтительного варианта выполнения коллектора, в котором отсутствует нижняя передняя кромка;
фиг. 11 - вид сбоку в вертикальной проекции составных частей испытательной секции аэродинамической трубы;
фиг. 12А, 12В, 12С и 12D - схематичные изображения различных конфигураций передней кромки.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение в основном относится к соответствующей аэродинамической трубе с открытой струей воздуха, а более конкретно оно касается конструкции соответствующей аэродинамической трубы, имеющей такую конструкцию коллектора и такое сочетание конструкций коллектора и сопла, которые в значительной мере уменьшают или же полностью устраняют соответствующие проблемы, связанные с возникновением резонанса, и которые также обеспечивают возможность значительного уменьшения общего габаритного размера аэродинамической трубы под какой-либо заданный размер испытываемого объекта, либо обеспечивают возможность проведения испытаний соответствующих испытываемых объектов, имеющих значительно больший размер при заданном размере аэродинамической трубы. Хотя аэродинамическая труба с открытой струей воздуха, согласно настоящему изобретению, имеет множество различных применений и может быть использована, в сущности, в любом таком ее применении для проведения испытаний с целью определения реакции испытываемого объекта на воздействие на него воздушного потока, частным случаем является практическое ее применение в автомобильной промышленности при проведении различных аэродинамических и акустических испытаний автомобиля и других конфигураций транспортных средств, целью которых является определение воздействия, оказываемого на них воздушными потоками, имеющими скорость в пределах приблизительно от 5 до 200 миль в час и более. В таких применениях, объектом для испытаний является автомобиль или же другое транспортное средство, площадь поперечного сечения которого замеряется в направлении, перпендикулярном по отношении к пути движения воздушного потока. Такая площадь поперечного сечения транспортного средства находится в пределах приблизительно от 15 до 120 кв. футов, предпочтительнее - приблизительно от 15 до 75 кв. футов, а наиболее предпочтительно - приблизительно от 15 до 50 кв. футов. Кроме того, такое испытываемое транспортное средство имеет также соответствующий размер в длину, который замеряется параллельно пути движения воздушного потока и находится в пределах приблизительно от 10 до 60 футов, а предпочтительнее - в пределах приблизительно от 10 до 40 футов.
В контексте материалов данной заявки термин "образование пробки" относится к испытываемому объекту, или транспортному средству, а термин "диаметр в свету" используется применительно к проходному отверстию сопла. В подразумеваемом здесь смысле, если нет каких-либо иных указаний, термин "диаметр в свету", используемый применительно к проходному отверстию сопла, означает площадь проходного сечения отверстия сопла, умноженную на четыре, а затем разделенную на периметр проходного отверстия сопла. При таком определении диаметра в свету для круга его диаметр в свету будет соответствовать его диаметру, а для квадрата его диаметр в свету будет равен длине одной из его сторон. Термин "аэродинамические и акустические" испытания транспортного средства или другого испытываемого объекта, если нет каких-либо иных указаний, означает наладку оборудования, сбор и оценку соответствующих параметров воздушного потока и акустических данных, полученных в результате установки испытываемого транспортного средства или иного объекта в аэродинамической трубе и обдувания его воздушным потоком при соответствующих скоростях.
Рассмотрим, прежде всего, фиг. 1, на которой показан вид сверху на аэродинамическую трубу, выполненную в соответствии с настоящим изобретением. Аэродинамическая труба 10 содержит соответст
- 4 -
008287
вующее средство для создания воздушного потока, которое обычно выполняется в виде вентилятора 12, теплообменник или же соответствующий узел теплообменника в сборе 14, множество поворотных лопаток 13 и 17, один или несколько элементов 15, обеспечивающих приведение потока в соответствие с требуемыми техническими условиями, сопло 16, испытательную секцию 18 и коллектор 19. В процессе работы данной установки, вентилятор 12 приводится во вращательное движение посредством электродвигателя, создавая при этом воздушный поток 22, проходящий с высокой скоростью по воздуховоду 20, предназначенному для пропускания этого потока. Фактическое значение скорости создаваемого воздушного потока варьируется в очень широких пределах в зависимости от предполагаемого использования данной аэродинамической трубы; однако типичные значения этой скорости находятся в пределах от 5 миль в час или менее до величины, превышающей в несколько раз скорость звука. Хотя аэродинамическая труба, согласно настоящему изобретению, имеет множество различных применений, частным случаем является практическое ее применение в автомобильной промышленности при проведении различных аэродинамических и акустических испытаний в автомобильной промышленности. При применении ее для нужд автомобильной промышленности скорость воздушного потока обычно находится в пределах приблизительно от 5 до 200 миль в час.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, для сообщения соответствующего ускорения потоку воздуха предусматривается применение вентилятора, благодаря его способности обеспечивать перемещение больших объемов воздуха. Однако специалистам в данной области техники должно быть совершенно очевидно, что возможно также применение различных альтернативных средств, предназначенных для создания соответствующего воздушного потока, к примеру, таких как нагнетатели, компрессоры, диффузоры, сопла, вакуумные резервуары, накопительные камеры высокого давления и различные комбинации указанных выше устройств.
Для сообщения движения соответствующему техническому средству, создающему воздушный поток, или вентилятору 12, применяется привод с электродвигателем. Поскольку некоторое количество энергии, передаваемой через привод с электродвигателем и получаемой вентилятором 12, преобразуется в тепло, предусматривается наличие соответствующего теплообменника 14. Температура воздуха на выходе из теплообменника 14 будет изменяться в зависимости от предполагаемого использования соответствующей аэродинамической трубы, а также от скорости образующегося воздушного потока; однако в типичных случаях температура на выходе из теплообменника 14 применительно к условиям, характерным для автомобильной промышленности, будет находиться в пределах от -50 до +60°С. Выходя из теплообменника, воздушный поток 22 пропускается через поворотные лопатки 13, которые круто изменяют направление движения поступающего к ним воздушного потока на 180°, откуда поток поступает далее к элементам 15, обеспечивающим приведение потока в соответствие с требуемыми техническими условиями. Указанные элементы 15, обеспечивающие приведение потока в соответствие с требуемыми техническими условиями, спрямляют струю потока 22, уменьшая тем самым дополнительно всякую его турбулентность. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения предусматривается применение соответствующего устройства для спрямления потока, имеющего сотовую структуру. Однако в зависимости от конкретных условий практического применения той или иной аэродинамической трубы, можно совсем отказаться от применения каких бы то ни было элементов, предназначенных для приведения потока в соответствие с требуемыми техническими условиями, либо заменить их какими-нибудь другими устройствами.
На выходе из элементов 15, предназначенных для приведения потока в соответствии с требуемыми техническими условиями, струя потока 22 получает дополнительное ускорение при прохождении ее через сопло 16 перед тем, как направиться из этого сопла в испытательную секцию 18. В процессе практического пользования данной установкой, струя потока 22 омывает собой испытываемый объект, расположенный в испытательной секции 18, после чего направляется коллектором 19 по соответствующему воздуховоду 24 для этого потока и через поворотные лопатки 17 возвращается обратно к техническому средству в виде вентилятора 12, создающему воздушный поток.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения аэродинамическая труба представляет собой аэродинамическую трубу с замкнутым кругом циркуляции, т. е. в которой ветер (или воздух) непрерывно циркулирует в системе в виде струи воздушного потока. Однако следует понимать, что многие принципы и характерные особенности настоящего изобретения могут в равной степени найти свое практическое применение также и в конструкции таких аэродинамических труб, которые не относятся к их типу с замкнутым кругом циркуляции. В действительной конструкции такой установки и в реальных условиях ее применения, испытательная секция 18 выполняется в виде соответствующего помещения или отделения, определяющего собой испытательную секцию 18, которую оно полностью заключает внутри себя, и имеющего более крупные размеры, чем сопло 16 и коллектор 19.
Далее рассмотрим фиг. 2, 3 и 11, иллюстрирующие отдельные составные части аэродинамической трубы. В число этих частей входят сопло 16 или труба в сборе, испытательная секция 18 и коллектор 19. Обратившись конкретно к фиг. 11, отметим, что общая габаритная длина OL испытательной секции 18 занимает собой всю протяженность, начиная от выходного конца сопла 16 и заканчивая входным отверстием, находящимся в основании коллектора 19. Эта длина OL испытательной секции складывается из
- 5 -
008287
длины FC переднего промежутка, длины VT испытываемого транспортного средства, длины RC заднего промежутка и длины PR зона повышения давления. Кроме того, на фиг. 3 и 11 показано также испытываемое транспортное средство, или объект 23, расположенный в испытательной секции 18. Под длиной VT испытываемого транспортного средства должна пониматься максимальная длина транспортного средства, которое может испытываться при условии получения все еще достаточно точных и надежных опытных данных в процессе проведения соответствующих аэродинамических и акустических испытаний.
В общем, при перемещении воздушного потока, выходящего из проходного отверстия сопла, по испытательной секции 18 требуется обеспечить наличие соответствующего расстояния FC для того, чтобы избежать влияния автомобиля на поток, выходящий из сопла, и обеспечить минимальное влияние сопла на результаты измерений, проводимых на транспортном средстве. В общем, предполагается, что длина FC переднего промежутка для большинства аэродинамических труб будет составлять приблизительно три четверти от диаметра проходного отверстия сопла в свету. После того как завершится обтекание воздушным потоком испытываемого транспортного средства 23 в пределах его длины, которая может быть меньше, но не должна превышать длины VT испытываемого транспортного средства, требуется также обеспечить наличие определенного расстояния в виде длины RC заднего промежутка для того, чтобы избежать влияния наблюдающегося здесь повышения давления на результаты измерений, проводимых на транспортном средстве. После этого промежутка давление начинает возрастать в зоне PR по мере приближения потока воздуха к коллектору 19. В общем, предполагается, что совокупная длина участков RC и PR для большинства аэродинамических труб находится в пределах приблизительно от одного до трех диаметров проходного отверстия сопла в свету.
Как показано на фиг. 2-5, соответствующее сопло 16 или труба в сборе имеет некоторое множество наклонных стенок 25, которые сходятся друг с другом в направлении перемещения воздушного потока 22 к выходному элементу 26 сопла. Указанный выходной элемент 26 сопла имеет боковую стенку, которая располагается, в общем, параллельно по отношению к воздушному потоку на сравнительно небольшом протяжении и оканчивается выходным концом 28 для воздушного потока (фиг. 5). Указанный выходной конец 28 для воздушного потока определяет собой выходное отверстие 29 для воздушного потока, сквозь которое проходит воздушный поток, прежде чем окажется под воздействием испытываемого объекта 23. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, выходной конец 28 расположен в плоскости, занимающей, в общем, перпендикулярное или ортогональное положение по отношению к направлению движения воздушного потока 22 сквозь узел сопла 16. Указанное сопло 16 в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения имеет четыре профилированные стенки 25, сходящиеся друг с другом и обеспечивающие соответствующее ускорение воздушного потока, а также четыре боковые стенки, определяющие собой выходной элемент 26 сопла. Таким образом, конфигурация поперечного сечения узла сопла 16, построенного в плоскости, занимающей, в общем, ортогональное положение по отношению к направлению движения воздушного потока, является прямоугольной. Однако такая конфигурация поперечного сечения, а также количество и конфигурация стенок 25 и 26, стенок, определяющих собой выходной элемент 26, могут соответственно изменяться в зависимости от характеристик воздушного потока, которые требуется получить, и от особенностей каждого конкретного случая применения такой аэродинамической трубы.
При желании, как показано на фиг. 9, могут применяться соответствующие удлинители 40, позволяющие изменять длину испытательной секции 18 с целью размещения в ней определенных испытываемых транспортных средств, или объектов, а также с целью подавления резонансных явлений, возникающих при определенных скоростях движения воздушного потока, как это будет рассмотрено более подробно в приведенном здесь ниже описании. Удлинители 40 сопла представляют собой, в общем, соответствующие трубчатые элементы, размеры поперечного сечения и конфигурация которых предпочтительно подбираются в соответствии с размерами поперечного сечения и конфигурацией выходного конца 28 сопла, а длина определяется в зависимости от требуемых характеристик воздушного потока (с учетом необходимости исключить возможность возникновения резонансных явлений) при заданных значениях скорости воздушного потока, длины испытательного участка и конфигурации коллектора.
В общем, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения предусматривается наличие соответствующего конца сопла, выполненного в виде выходного элемента 26 сопла (фиг. 2 и 3) или в виде удлинителя 40 сопла (фиг. 9), который имеет достаточно большую длину по сравнению с размером выходного отверстия 29 сопла (фиг. 5) для того, чтобы обеспечить получение, по существу, упорядоченного воздушного потока при выходе воздуха из конца 28 сопла. Под термином "упорядоченный" следует понимать, что воздушный поток, который выходит из конца 28 сопла, имеет, по существу, однородный профиль скоростей. Иными словами, скорость воздушного потока, выходящего из конца 28 сопла, в сущности, одинакова в пределах, по существу, в пределах всего проходного сечения выходного отверстия 29 сопла. Следует признать, что это зависит от требуемой степени однородности; однако, по существу, однородный профиль скоростей может установиться в том случае, если длина выходного элемента 26 сопла и/или удлинителя 40 сопла имеет такое значение, которое составляет, по меньшей мере, приблизительно одну четвертую часть от диаметра проходного отверстия сопла в свету, а более предпоч
- 6 -
008287
тительно - по меньшей мере, приблизительно половину от диаметра проходного отверстия сопла в свету. Наиболее предпочтительно было бы, чтобы длина выходного элемента 26 сопла или удлинителей 40 сопла составляла приблизительно три четвертых части от диаметра проходного отверстия сопла в свету или более. В предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения, выходной элемент 26 сопла и удлинитель 40 сопла имеют, по существу, постоянную или равномерную конфигурацию своего поперечного сечения, а также один и тот же размер этого сечения в пределах всей полной своей длины.
Испытательная секция 18 имеет основание 27, на котором может быть установлен испытываемый объект 23, и которое находится между соплом 16 (или удлинителем 40 сопла, как показано на рисунке 9) и коллектором 19. Испытательная секция имеет конец, обращенный навстречу воздушному потоку и примыкающий к соплу 16, а также конец, обращенный в направлении воздушного потока и примыкающий к коллектору 19. Испытываемый объект 23, к примеру, автомобиль или какое-нибудь аналогичное транспортное средство устанавливается или же монтируется на основании 27 обычным способом. Во время проведения испытаний воздушный поток 22, выходящий из сопла 16 (или из удлинителя 40 сопла), перемещается через испытательную секцию 18 и поступает к коллектору 19, расположенному в направлении пути движения воздушного потока 22. В некоторых случаях практического использования данной установки, в которых испытываемый объект подвешивается сверху или же устанавливается на соответствующей опорной стойке, либо закрепляется каким-нибудь аналогичным способом, основание 27 может отсутствовать.
Коллектор 19 представляет собой такой конструктивный элемент аэродинамической трубы, который располагается таким образом, чтобы он примыкал к расположенному в направлении потока концу испытательной секции 18, выполняя при этом функцию, обеспечивающую возврат воздушного потока внутрь соответствующего возвратного воздуховода 24. Коллектор 19 имеет корпус 30 коллектора, снабженный направленным назад фланцем, или выступом, 31, предназначенным для подсоединения коллектора 19 к воздуховоду 24, внутрь которого поступает возвратный воздушный поток. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, указанный корпус 30 выполняется по своей форме таким образом, чтобы он имел, по существу, трубчатую конфигурацию со стенками, простирающимися в заднем направлении относительно передней кромки коллектора 19, причем указанное направление, в общем, параллельно направлению движения воздушного потока 22 через испытательную секцию 18. Кроме того, коллектор 19 имеет также и переднюю кромку 32, которая располагается в переднем направлении и обращена навстречу потоку по отношению к создаваемому воздушному потоку, вступая, таким образом, во взаимодействие с воздушным потоком уже после того, как он пройдет мимо испытываемого объекта. Как это показано лучше всего на фиг. 2 и 6, передняя кромка коллектора составляется из некоторого множества отдельных ее участков, а именно, из верхнего участка 34, нижнего участка 35 и пары соответствующих боковых участков 36. Указанное множество участков 34, 35 и 36 этой кромки определяет собой входное отверстие 38 для воздушного потока. Указанное отверстие 38 принимает воздушный поток, прошедший мимо испытываемого объекта 23, находящегося в испытательной секции 18, возвращая этот поток обратно через возвратный воздуховод 34 для обеспечения последующей рециркуляции этого воздуха в данной системе. Аэродинамические трубы с передней кромкой на нижнем участке, к примеру, таком как участок 35 этой кромки, имеют более широкое применение в конструкции установок с аэродинамическими трубами, где отсутствует основание 27.
Как это показано лучше всего на фиг. 2 и 3, передняя кромка 32 имеет такую конфигурацию, при которой верхний участок 34 и нижний участок 35 этой кромки, располагаются, в общем, перпендикулярно по отношению к направлению движения воздушного потока 22. Таким образом, отдельные точки расположены вдоль участка 34 кромки, в общем, на одинаковом удалении от выходного конца 28 сопла, а также отдельные точки располагаются вдоль участка 35 кромки, в общем, тоже на одинаковом удалении от выходного конца 28 сопла, но при этом расстояние, на которое удалены эти точки от выходного конца сопла, будет для двух этих кромок разным. В противоположность этому, каждый из боковых участков 36 кромки наклонен вниз в заднем направлении (в разные стороны относительно испытательной секции 18) под углом "А" к верхнему участку 34 кромки в направлении движения воздушного потока. Таким образом, отдельные точки располагаются вдоль боковых участков 36 кромки не на одинаковом удалении от выходного конца 28 сопла.
Хотя заявитель и не желает ограничиться какой-либо одной конкретной теорией, тем не менее, очевидно, что нежелательные явления резонанса и пульсации, возникающие в существующих аэродинамических трубах с открытой струей воздуха, обусловлены образованием вихрей или еще одного воздушного потока на участке между выходной кромкой на выходном конце 28 сопла и передней кромкой коллектора 19. Поскольку все эти кромки в существующих обычных конструкциях располагаются таким образом, что они, по существу, находятся на равном удалении друг от друга, соответственно происходит объединение их энергетических потенциалов, в результате чего и возбуждается нежелательный резонанс. Путем внесения соответствующих изменений в структуру зоны проведения испытаний и, в частности, соответственно изменяя конфигурацию коллектора 19 и, следовательно, передних кромок коллектора 19 таким образом, чтобы расстояние между выходным концом сопла и, по меньшей мере, частью передних кромок коллектора определялось из условия обеспечения неравного удаления этих кромок от выходного
- 7 -
008287
конца сопла, обеспечивают недостаточность количества энергии, выделяемой кромками при любой какой-нибудь одной частоте, для возбуждения резонанса. Соответственно, настоящее изобретение направлено на обеспечение наличия в аэродинамической трубе такой зоны для проведения испытаний, в которую входят сопло или выходной конец сопла 16, испытательная секция 18 и коллектор 19, где выходная кромка сопла и отдельные точки вдоль передней кромки коллектора находятся на неравном удалении или расстоянии друг от друга, либо, по меньшей мере, указанные кромки имеют отдельные участки, расположенные с обеспечением такого неравного удаления их друг от друга или неодинакового расстояния между ними. Таким образом, настоящее изобретение позволяет получить такую зону для проведения испытаний, содержащую сопло или выходной конец сопла и коллектор, имеющий переднюю кромку, в которой конфигурация выходной кромки сопла и/или передней кромки коллектора обеспечивают получение неравного промежутка между отдельными точками вдоль выходной кромки сопла и соответствующими им точками вдоль передней кромки коллектора. Хотя и существует реальная возможность для выполнения либо выходной кромки сопла или передней кромки коллектора, либо сразу обеих этих кромок таким образом, чтобы конфигурация их обеспечивала получение указанного неодинакового промежутка между ними, тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, все точки располагаются вдоль выходной кромки сопла таким образом, что они лежат в общей вертикальной плоскости. В противоположность этому, конфигурация передней кромки коллектора выполняется таким образом, чтобы отдельные точки вдоль по меньшей мере части такой кромки находилась на неодинаковом удалении от такой вертикальной плоскости.
Другим способом для выражения структуры настоящего изобретения является определение положения передней кромки 32 коллектора 19 относительно воображаемой плоскости, проходящей ортогонально по отношению к пути движения воздушного потока 22 через испытательную секцию 18. Такая воображаемая плоскость показана на фиг. 3 под номером 33. В предпочтительном варианте выполнения конструкции коллектора, участки 34 и 35 передней его кромки проходят, в общем, параллельно по отношению к такой ортогональной плоскости 33, при этом отдельные точки вдоль участков 34 и 35 указанной передней кромки расположены, по существу, на одинаковом удалении от плоскости 33. Однако в связи с тем, что участки 36 передней кромки коллектора располагаются наклонно относительно плоскости 33, отдельные точки вдоль участков 36 указанной передней кромки находятся на неодинаковом удалении от ортогональной плоскости 33. Кроме того, хотя отдельные точки вдоль участка 34 указанной передней кромки и находятся на одинаковом удалении от плоскости 33, а отдельные точки вдоль участка 35 указанной передней кромки тоже находятся на одинаковом удалении от плоскости 33, расстояния между точками на участке 34 кромки и плоскостью 33 и между точками на участке 35 кромки и плоскостью 33 отличаются друг от друга. Таким образом, в данной конструкции, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, всего только лишь некоторая часть (не более чем приблизительно 60%) передней кромки коллектора 19 находится на равном удалении от плоскости 33 или от выходного конца сопла. Более предпочтительно было бы, чтобы не более чем приблизительно 50% передней кромки коллектора 19 находилось на равном удалении от плоскости 33 или от выходного конца сопла, а еще более предпочтительно было бы, чтобы не более чем приблизительно 40% передней кромки коллектора 19 находилось на одинаковом удалении от плоскости 33 или от выходного конца сопла.
Следует отметить, что аэродинамическая труба с открытой струей воздуха может иметь четыре участка передней кромки, подверженных воздействию воздушного потока или создаваемой им ударной нагрузки, как это показано в приведенном здесь выше описании, либо всего лишь три участка передней кромки, подверженных воздействию воздушного потока или создаваемой им ударной нагрузки, как это показано на фиг. 9 и 10, на которых основание 27 испытательной секции выполнено, по существу, сплошным при наличии расположенного снизу входа в коллектор 19, или же иметь любую переднюю кромку, выбираемую среди большого разнообразия различных ее конфигураций, предусматривающих наличие в разных количествах таких ее участков, которые подвергаются воздействию воздушного потока или создаваемой им ударной нагрузки. Как уже было указано в приведенном здесь выше описании, конфигурация коллектора с четырьмя сторонами передней его кромки (включая одну ее сторону, расположенную снизу) применяется, в первую очередь, в конструкции существующих аэродинамических труб с открытой воздушной струей, не имеющих основания 27. Независимо от конкретного количества отдельных участков передней кромки коллектора, предполагается, что указанные процентные соотношения относятся только лишь к таким передним кромкам, которые подвергаются воздействию воздушного потока или же создаваемой им ударной нагрузки.
С целью определения, находятся ли участки 34, 35 и 36 передней кромки коллектора 19 или же соответствующие точки вдоль какого-либо участка передней кромки на одинаковом или же на неодинаковом удалении от плоскости 33 или от выходного конца сопла, находят соответствующую точку, являющуюся застойной точкой, которая представляет собой точку, расположенную в определенном месте, или в пределах поперечного сечения на том участке указанной передней кромки, который ближе всех остальных ее участков отстоит от плоскости 33 или от выходного конца сопла. Совокупность этих точек обычно располагается по периферии отверстия 38 коллектора. Таким образом, точки вдоль участка 34 передней кромки коллектора будут - каждая из них - расположены на одинаковом удалении от плоскости
- 8 -
008287
33, находящейся от них на первом расстоянии, а точки вдоль участка 35 передней кромки коллектора будут расположены тоже на одинаковом удалении от плоскости 33, но находиться эта плоскость от них будет уже на втором расстоянии, при этом точки вдоль участков 36 передней кромки коллектора будут располагаться на неодинаковом удалении от плоскости 33.
Конструкция предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения лучше всего показана на фиг. 3, где угол "А", который образует участки 36 передней кромки коллектора с основанием 27 испытательной секции 18 (или с направлением пути движения воздушного потока 22) может соответственно изменяться или регулироваться с тем, чтобы обеспечить получение оптимальных и желательных результатов испытаний. В частности, участки 36 передней кромки коллектора расположены с наклоном под углом, отличающимся от 90°. Практически нет никакой необходимости в обеспечении какого-либо определенного значения угла "А" для того, чтобы добиться достижения целей, составленных при создании данного изобретения, поскольку некоторая часть передней кромки коллектора находится на неодинаковом удалении от выходного конца сопла и от ортогональной плоскости 33. Таким образом, для коллектора с наклонными боковыми кромками, как здесь показано, угол "А" должен быть меньше 85°, предпочтительнее - меньше 25°, а наиболее предпочтительно - меньше 70°. Диапазон значений угла "А", который участки 36 передней кромки коллектора образуют с направлением пути движения воздушного потока 22, должен находиться приблизительно от 30 до 85°, предпочтительнее приблизительно от 40 до 80°, а наиболее предпочтительно приблизительно от 50 до 75°. Кроме того, хотя для предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения и показано, что участки 36 передней кромки коллектора расположены с наклоном вниз в заднем направлении (в разные стороны относительно испытательной секции 18), тем не менее, они могут быть также расположены и с наклоном вниз в переднем направлении.
Помимо этого, предполагается также, что для того, чтобы добиться достижения целей, поставленных при создании настоящего изобретения, возможно применение различных других конфигураций передней кромки коллектора, помимо конфигурации с боковыми участками этой кромки, расположенными под углом, которая показана на фиг. 2 и 3. Например, один или несколько различных участков 34, 35, 36, указанной кромки могут быть выполнены криволинейными, либо иметь какую-нибудь другую конфигурацию, которая обеспечивает расположение отдельных точек вдоль этих участков кромки на разном удалении и на неодинаковом расстоянии от выходного конца сопла или от ортогональной плоскости 33. На фиг. 8 показан возможный альтернативный вариант выполнения настоящего изобретения, для которого предусматривается формирование верхнего участка передней кромки коллектора в виде двух отдельных ее частей 34А и 34В. Эти части 34 А и 34В передней кромки расположены с наклоном под углом относительно направления пути движения воздушного потока 22. Верхний участок передней кромки в такой его конфигурации может комбинироваться с вертикальными, наклонными или криволинейными боковыми участками передней кромки коллектора, а также с горизонтальным, угловым или криволинейным нижним участком этой передней кромки. Примеры, иллюстрирующие некоторые возможные варианты конфигурации передней кромки коллектора, показаны в схематичном виде на рисунках 12А, 12В, 12С и 12D, хотя возможны также и другие варианты ее конфигурации.
Участки 34, 35 и 36 передней кромки коллектора могут в поперечном своем сечении быть выполнены практически любой конфигурации, общепринятой в данной области техники. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, как показано на фиг. 7, конфигурация поперечного сечения участков 34, 35, 36 и передней кромки коллектора (которая одинакова для всех этих участков) представляет собой криволинейную конфигурацию, имеющую постоянный радиус.
Хотя наличие на передних кромках коллектора таких участков кромки, которые удалены на неодинаковое расстояние от выходного конца сопла или от удлинителя сопла, и способствует соответствующему уменьшению резонансных явлений, возникающих в пределах испытательной секции, результаты проведенных экспериментальных исследований указывают на то, что способность коллектора, имеющего такую конструкцию, к ослаблению или полному устранению указанных резонансных явлений будет зависеть не только от конкретных значений угла "А", под которым располагаются боковые участки 36 передней кромки коллектора, но будет еще зависеть и от длины испытательной секции 18 (расстояния от выходного конца 28 сопла до передней кромки коллектора), а также от того, имеются ли удлинители 40 сопла или выходные элементы 26, либо какие-нибудь иные технические средства, предназначенные для формирования, по существу, упорядоченного потока, выходящего из сопла. Более конкретно, при заданных скоростях воздушного потока обеспечивается полное устранение резонансных явлений при применении коллектора, боковые участки передней кромки которого располагаются под определенным углом "А", только лишь для испытательных секций, длина которых находится в определенных пределах. Как только указанная длина увеличится сверх такого определенного предела, начнут опять возникать нежелательные резонансные явления. Однако такие резонансные явления могут быть снова полностью устранены за счет соответствующего уменьшения величины угла "А", который боковые части 36 передней кромки коллектора образуют по отношению к направлению движения воздушного потока, либо благодаря созданию более упорядоченного воздушного потока, выходящего из сопла.
Таким образом, коллектор, имеющий такую конструкцию, которая показана на прилагаемых рисун
- 9 -
008287
ках, будет способствовать уменьшению резонансных явлений, возникающих в испытательной секции, по сравнению с коллектором, имеющим такую конструкцию, в которой все передние кромки располагаются на одинаковом удалении от выходного конца сопла, но только лишь в пределах до определенного значения длины испытательной секции. По мере уменьшения величины угла "А" с 90° (который определяет собой такую конструкцию, в которой все передние кромки располагаются на одинаковом удалении от выходного конца сопла) будет наблюдаться уменьшение или полное устранение резонансных явлений при заданной скорости воздушного потока вплоть до определенного значения длины испытательной секции. В том случае, если потребуется увеличить длину испытательной секции, значение угла "А" для боковых участков 36 передней кромки коллектора нужно будет соответственно уменьшить, либо обеспечить получение более упорядоченного воздушного потока, образующегося на выходном конце сопла.
Соответственно, изменяя значение угла, под которым боковые участки 36 передней кромки коллектора наклонены относительно направления движения воздушного потока, изменяя эффективную длину испытательной секции посредством регулирования положения сопла 16 и/или коллектора 19, либо используя соответствующие удлинители 40 сопла, выходные элементы 26 сопла или же какие-нибудь иные технические средства, обеспечивающие создание более упорядоченного воздушного потока на выходном конце сопла, можно эффективно уменьшить или же полностью устранить возникновение нежелательных резонансных явлений для конкретного случая применения и определенного значения скорости движения воздушного потока. Таким образом, способ, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, предусматривает проведение следующих этапов: обеспечение наличия аэродинамической трубы, имеющей сопло и коллектор, причем, по меньшей мере, некоторая часть передней кромки указанного коллектора располагается на неодинаковом удалении от указанного сопла; а также изменение длины испытательной секции; изменение угла наклона отдельных участков указанной передней кромки указанного коллектора; и/или создание более упорядоченного воздушного потока на выходном конце указанного сопла с целью уменьшения до приемлемого уровня или полного устранения резонансных явлений при заданной скорости движения воздушного потока.
Хотя приведенное здесь выше описание предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения и соответствующего способа его использования относится к весьма конкретному частному случаю, тем не менее, предполагается, что в данное изобретение могут быть внесены различные изменения и дополнения, которые не выходят за пределы существа и объема настоящего изобретения. Соответственно, подразумевается, что объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, а не приведенным здесь выше описанием предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, предназначенная для проведения различных аэродинамических и акустических испытаний и содержащая сопло, имеющее проходное отверстие сопла с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения указанной площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на указанный периметр проходного отверстия сопла, а также коллектор, имеющий переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, при этом сопло и коллектор расположены на удалении друг от друга, а промежуток между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора определяет испытательную секцию, отличающаяся тем, что испытательная секция имеет такой размер в длину, который в четыре или более раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.
2. Аэродинамическая труба по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть передней кромки находится на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.
3. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.
4. Аэродинамическая труба по п.3, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, отличающимся от 90°, относительно направления пути движения воздушного потока.
5. Аэродинамическая труба по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом, находящимся в диапазоне, в основном, от 30 до 85°.
6. Аэродинамическая труба по п.5, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.
7. Аэродинамическая труба по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен относительно верхнего участка вниз и в противоположную от испытательной секции сторону.
8. Аэродинамическая труба по п.2, отличающаяся тем, что сопло содержит концевую секцию,
- 10 -
008287
имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла на протяжении всего размера в длину концевой секции.
9. Аэродинамическая труба по п.8, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.
10. Способ построения аэродинамической трубы и исследования влияния, оказываемого воздушным потоком на омываемое им испытываемое транспортное средство, расположенное в аэродинамической трубе, в котором оснащают соплом аэродинамическую трубу, имеющим проходное отверстие с соответствующей площадью проходного сечения отверстия сопла, периметром проходного отверстия сопла и диаметром его в свету, определяемым посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр проходного отверстия сопла; оснащают испытываемым транспортным средством, имеющим передний конец, задний конец и продольную осевую линию, проходящую от упомянутого переднего конца до упомянутого заднего конца, при этом испытываемое транспортное средство имеет максимальную площадь поперечного сечения в плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к продольной осевой линии, причем максимальная площадь поперечного сечения превышает 10% площади проходного сечения отверстия сопла; оснащают коллектором аэродинамической трубы, имеющим основание и переднюю кромку, определяющую собой входное отверстие коллектора, причем часть передней кромки располагается на неодинаковом удалении от плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к упомянутому основанию; размещают сопло аэродинамической трубы и коллектор аэродинамической трубы таким образом, чтобы они, имея взаимосвязь между собой, находились на удалении друг от друга, при этом проходное отверстие сопла и входное отверстие коллектора обращены навстречу друг другу, причем расстоянием между упомянутым проходным отверстием сопла и упомянутым входным отверстием коллектора определяют испытательную секцию аэродинамической трубы, имеющую такой размер в длину, который по меньшей мере в четыре раза превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла; размещают транспортное средство в испытательной секции, расположенной между проходным отверстием сопла и входным отверстием коллектора; и обеспечивают движение воздушного потока, нагнетаемого через проходное отверстие сопла, мимо омываемого им транспортного средства и затем внутрь входного отверстия коллектора.
11. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 20% площади проходного сечения отверстия сопла.
12. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что максимальная площадь поперечного сечения превышает 40% площади проходного сечения отверстия сопла.
13. Аэродинамическая труба по п.10, отличающаяся тем, что упомянутая испытательная секция имеет такой размер в длину, который по меньшей мере в пять раз превышает диаметр в свету проходного отверстия сопла.
14. Способ по п.10, отличающийся тем, что на этапе оснащения соплом аэродинамической трубы предусматривают обеспечение наличия сопла аэродинамической трубы, содержащего концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину концевой секции.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутый размер в длину составляет приблизительно три четверти от диаметра в свету проходного отверстия сопла или более.
17. Аэродинамическая труба с открытой воздушной струей, содержащая испытательную секцию, имеющую конец, обращенный навстречу потоку, и конец, обращенный в направлении потока; сопло, имеющее проходное отверстие, расположенное на конце испытательной секции, обращенном навстречу потоку, причем проходное отверстие сопла имеет соответствующую площадь проходного сечения отверстия сопла, периметр проходного отверстия сопла и диаметр его в свету, определяемый посредством умножения площади проходного сечения отверстия сопла на четыре с последующим делением на периметр сопла, при этом упомянутое сопло дополнительно содержит концевую секцию, имеющую такой размер в длину, который превышает одну четвертую часть от диаметра в свету проходного отверстия сопла, и имеющую, по существу, одинаковую площадь поперечного сечения, приближающуюся по своему значению к упомянутой площади проходного сечения отверстия сопла, на протяжении всего размера в длину упомянутой концевой секции; и коллектор, расположенный на удалении от сопла и имеющий переднюю кромку, расположенную на неодинаковом удалении от проходного отверстия сопла.
18. Аэродинамическая труба по п.17, отличающаяся тем, что размер в длину концевой секции превышает половину диаметра в свету проходного отверстия сопла.
19. Аэродинамическая труба по п.18, отличающаяся тем, что передняя кромка имеет верхний участок и пару боковых участков, отходящих от противоположных концов верхнего участка.
- 11 -
008287
20. Аэродинамическая труба по п.19, путь движения воздушного потока через которую проходит от проходного отверстия сопла до входного отверстия коллектора, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из боковых участков наклонен под углом в диапазоне, в основном, от 30 до 85°, относительно направления пути движения воздушного потока.
21. Способ проведения аэродинамических и акустических испытаний самоходного транспортного средства, в котором обеспечивают наличие соответствующей аэродинамической трубы с открытой воздушной струей, которая имеет сопло, коллектор и испытательную секцию, расположенную между соплом и коллектором, причем сопло имеет соответствующую выходную зону, а коллектор имеет переднюю кромку, часть которой расположена на неодинаковом удалении от упомянутого проходного отверстия сопла; обеспечивают наличие испытываемого самоходного транспортного средства, имеющего соответствующую наружную конфигурацию и размещают упомянутое транспортное средство в упомянутой испытательной секции; обеспечивают движение воздушного потока, имеющего скорость в диапазоне, в основном, от 5 до 200 миль в час, нагнетаемого через сопло и проходящего через испытательную секцию мимо омываемого им транспортного средства; собирают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам, получаемым в результате наблюдения за протеканием процесса омывания транспортного средства воздушным потоком; и оценивают данные по параметрам воздушного потока и акустическим характеристикам.
Фиг. 2
- 12 -
008287
Фиг. 4
27^
Фиг. 6
- 13 -
008287
- 14 -
008287
Фиг. 12D
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 15 -