Univerzita obrany K-204. Laboratorní cvičení z předmětu AERODYNAMIKA. Měření rozložení součinitele tlaku c p na povrchu profilu Gö 398

Transkript

1 Univerzita obrany K-204 Laboratorní cvičení z předmětu AERODYNAMIKA Měření rozložení součinitele tlaku c p na povrchu profilu Gö 39 Protokol obsahuje 12 listů Vypracoval: Vít Havránek Studijní skupina: 22-3LRT-C Datum zpracování: Brno 2011

2 1 Cíl měření Měřením rozložení součinitele tlaku na profilu stanovte pro různé úhly náběhu jeho součinitel vztlaku a součinitel klopivého momentu. 2 Schéma měřícího zařízení - barometrický tlak - výška vodního sloupce pro určení rychlosti proudu vzduchu v měřícím prostoru AT - rychlost nabíhajícího proudu vzduchu - horní strana profilu - dolní strana profilu - výška vodního sloupce od referenční polohy (horní strana, dolní strana) 2

3 3 Základní parametry měřeného objektu Základní parametry profilu Gö 39 Hloubka profilu b A [mm] 147 Tloušťka profilu c [%] 13,5 Poloha max. tloušťky profilu x c [%] 30 Prohnutí profilu f [%] 4,5 Poloha max. prohnutí profilu x f [%] 42 Y [%] Obrysová křivka Gö 39 Odběr tlaku horní strana Odběr tlaku dolní strana Obrysová křivka X [%] 4 Průběh měření Před samotným měřením jsme odečetli barometrické podmínky v laboratoři, tzn. barometrický tlak (na rtuťovém tlakoměru), teplotu a relativní vlhkost. Dále jsme se seznámili s konstrukcí měřeného objektů. Měřený objekt je výsek křídla konstantního profilu. Tento výsek je opatřen bočnicemi, které eliminují přetékání proudu z oblasti vyšších tlaků do oblasti tlaků nižších eliminuje přirozené vyrovnávání tlaků koncový efekt. Měřený profil má na svém povrchu 22 tlakových odběrů (11 horní strana, 11 dolní strana). Tyto odběry jsou vyvedeny jednak na soustavu mnohonásobných vodních manometru, kde se rozdíl tlaku projevuje výchylkou vodní hladiny od referenční struny, ale také na soustavu polovodičových tlakových snímačů, přičemž výstupní signál z nich je zpracován měřícím počítačem. Po seznámení s měřeným objektem došlo k nastavení prvního měřeného úhlu náběhu a zapnutí aerodynamického tunelu. Po ustálení proudu v oblasti měřeného objektu jsme odečetli na rtuťovém tlakoměru hodnotu tlaku, která se snímá před výstupní dýzou a slouží k určení rychlosti proudu vzduchu v měřícím prostoru. 3

4 Následně jsme odečítali jednotlivé výchylky hladin a od referenční struny na mnohonásobných vodních manometrech. Odečítání výchylek hladin bylo dále opakováno pro jiné úhly náběru (-5, 5, 15 ). Po měření na vodních manometrech jsme se seznámili se způsobem vyhodnocování rozložení tlaků měřícím počítačem. 5 Příklad výpočtu Příklad výpočtu uveden pro úhel, odběr č. 1 HS i DS ) Hustota vzduchu v laboratoři Vyjdeme ze stavové rovnice po dosazení získáme ) Kinetický tlak v měřícím prostoru Vyjdeme z Bernoulliho rovnice a rovnice spojitosti přičemž po úpravách dostáváme 4

5 pro výpočet kinetického tlaku tedy použijeme vzorec po dosazení 9 3.) Rychlost proudu v měřícím prostoru Vyjdeme ze vzorce pro kinetický tlak po vyjádření a dosazení 4.) Dynamická viskozita vzduchu Určena vztahem ) Reynoldsovo číslo na profilu ) Lokální hodnota součinitele tlaku c p odběrové místo č. 1, Vyjdeme ze vzorce Horní strana po dosazení 5

6 Dolní strana po dosazení 7.) Lokální hodnota součinitele vztlaku c y odběrové místo č. 1, Matematicky chápeme výsledný součinitel vztlaku jako obsah plochy, která je vymezena křivkami součinitele tlaku podél celé hloubky profilu. Při použití obdélníkové metody vycházíme ze vzorce: aritm pr m r dvou Schématický náčrt: Lokální hodnota součinitele vztlaku na horní straně je 3 Lokální hodnota součinitele vztlaku na dolní straně je 3 6

7 7.) Lokální hodnota součinitele klopivého momentu m z odběrové místo č. 1, Při výpočtu momentů přidáváme k jednotlivým obdélníkovým plochám rameno reprezentuje vzdálenost středu náhradního obdélníku od náběžné hrany., které polo a tředu ná radní o o délníku Schématický náčrt: Lokální hodnota součinitele klopivého momentu na horní straně je 3 3 Lokální hodnota součinitele klopivého momentu na dolní straně je 3 7

8 6 Tabulky zaznamenaných a vypočítaných hodnot POZNÁMKA: + - referenční hladina - + referenční hladina znaménka výšek hladin h i při zápisu do tabulky znaménka výšek hladin h i při výpočtech Hodnoty naměřených výšek na mnohonásobném manometru jsou znaménkově zapisovány do tabulky opačně, než je jejich tlakový význam. Pro výpočet c pi DS a c pi HS již byly použity výšky opačného znaménka - tedy znaménka správně zachycující přetlak (+) a podtlak (-). 1.) Tabulka konstant dne a vypočítaných hodnot Datum měření Konstanta tunelu 0,65 [1] Barometrický tlak 745,2 [mmhg] Gravitační konstanta 9,1 [m.s -2 ] Barometrická teplota 20 [ C] Hustota vody 1000 [kg.m -3 ] Relativní vlhkost vzduchu 65 [%] Kinetický tlak 510,12 [Pa] Hustota vzduchu 1,10 [kg.m -3 ] Dyn. vazkost vzduchu 1, [N.s.m -2 ] Hloubka profilu 0,147 [m] Rychlost proudu vzduchu 29,39 [m.s -1 ] Tlak v dýze 0,0 [m] Reynoldsovo č. na profilu [1]

9 2.) Tabulka hodnot a graf rozložení cp pro úhel náběhu Vzdálenost odběrů tlaků od náběžné hrany Výšky hladin vodního sloupce od referenční polohy [%] [%] [mm] [mm] [mm] [mm] [1] [1] [1] [1] [1] [1] ,0016 0, ,4 0, 3,5 1,2-7,0-15,0 0,1346 0,25 0,0007-0,0040 0, , ,1 5,4 9,0 7,9 5,0 24,0-0,0962-0,4615-0,003-0,0177 0, , ,2 10,5 16,5 15,4 12,0 12,0-0,230-0,230-0,0143-0,0100-0, , ,7 16,0 24,5 23,5 15,0 7,0-0,25-0,1346-0,0205-0,000-0, , , 22,4 35,0 32,9 15,0 6,0-0,25-0,1154-0,0235-0,0076-0, , ,7 30,3 4,1 44,5 12,5 4,0-0,2404-0,0769-0,0242-0,0061-0, , ,2 3, 62,0 57,0 14,0 3,5-0,2692-0,0673-0,0236-0,0059-0, , ,0 4,3 76,4 71,0 11,0 3,0-0,2115-0,0577-0,0190-0,0052-0, , ,3 59,2 93,1 7,0 6,5 2,0-0,1250-0,035-0,0130-0,0043-0, , ,2 70,4 112,0 103,5 4,0 2,0-0,0769-0,035-0,0061-0,0023-0, , , 2,3 130,5 121,0 1,0 0-0,0192 0,0000-0,0011 0,0000-0, , ,0 100,0 147,0 147, , , ,1512-0,0700-0, , ,012-0,0412 -C p [1] -0,5-0,4-0,3 Rozložení c p na profilu Gö 39 pro α = -5 Horní strana Dolní strana -0,2-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0, X [%] 9

10 3.) Tabulka hodnot a graf rozložení cp pro úhel náběhu Vzdálenost odběrů tlaků od náběžné hrany Výšky hladin vodního sloupce od referenční polohy [%] [%] [mm] [mm] [mm] [mm] [1] [1] [1] [1] [1] [1] ,0060 0, ,4 0, 3,5 1,2 26,0-20,0-0,5000 0,346-0,019 0,0093-0, , ,1 5,4 9,0 7,9 27,0-1,0-0,5192 0,0192-0,0275 0,0015-0, , ,2 10,5 16,5 15,4 29,0-2,0-0,5577 0,035-0,0296 0,0026-0, , , ,5 23,5 27,0-3,0-0,5192 0,0577-0,0355 0,0031-0, , , 22,4 35,0 32,9 25,0-2,0-0,40 0,035-0,035 0,003-0, , ,7 30,3 4,1 44,5 20,0-3,0-0,346 0,0577-0,0347 0,0041-0, , ,2 3, 62,0 57,0 1,0-2,0-0,3462 0,035-0,0273 0,0037-0, , ,3 76,4 71,0 11,0-2,0-0,2115 0,035-0,0196 0,0031-0, , ,3 59,2 93,1 7,0 7,0-1,0-0,1346 0,0192-0,0143 0,0016-0, , ,2 70,4 112,0 103,5 4,5-0,5-0,065 0,0096-0,0067 0,0011-0, , , 2,3 130,5 121,0 1,0-0,5-0,0192 0,0096-0,0011 0,0009-0, , ,0 147, , , ,2595 0,0363-0, , ,2959-0,07 Pozn.: Zvýrazněný řádek použit v příkladu výpočtu -C p [1] -0,6-0,5-0,4-0,3 Rozložení c p na profilu Gö 39 pro α = 5 Horní strana Dolní strana -0,2-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 X [%]

11 4.) Tabulka hodnot a graf rozložení cp pro úhel náběhu Vzdálenost odběrů tlaků od náběžné hrany Výšky hladin vodního sloupce od referenční polohy [%] [%] [mm] [mm] [mm] [mm] [1] [1] [1] [1] [1] [1] ,0150 0, ,4 0, 3,5 1,2 65,0 14,0-1,2500 1,0000-0,0420 0,0305-0, , ,1 5,4 9,0 7,9 53,0-17,0-1,0192 0,3269-0,041 0,0157-0, , ,2 10,5 16,5 15,4 45,0-15,0-0,654 0,25-0,0434 0,0143-0, , , ,5 23,5 37,0-12,0-0,7115 0,230-0,0457 0,0135-0, , , 22,4 35,0 32,9 30,0-10,0-0,5769 0,1923-0,042 0,0144-0, , ,7 30,3 4,1 44,5 20,0-9,0-0,346 0,1731-0,0329 0,0123-0,0120 0, ,2 3, 62,0 57,0 16,0-6,0-0,3077 0,1154-0,0254 0,0100-0, , ,3 76,4 71,0 11,0-5,0-0,2115 0,0962-0,0196 0,004-0, , ,3 59,2 93,1 7,0 7,0-3,0-0,1346 0,0577-0,0174 0,004-0, , ,2 70,4 112,0 103,5 7,0-1,5-0,1346 0,02-0,012 0,0017-0, , , 2,3 130,5 121,0,0 0-0,153 0,0000-0,006 0,0000-0, , ,0 147, , , ,3590 0,1297-0, , ,47-0,1324 -Cp [1] Rozložení c p na profilu Gö 39 pro α = 15-1,5-1,0 Horní strana Dolní strana -0,5 0,0 0,5 1,0 1, X [%] 11

12 5.) Tabulka hodnot cy pro všechny měřené úhly obou lab. skupin, vztlaková křivka [ ] [1] -5 0, , , , , ,4771 C y [1] 0,6 0,5 0,4 c ymax Vztlaková křivka Gö 39 0,3 0,2 0,1 α 0 0, α KR α [ ] 7 Závěr Po provedení měření a následných výpočtech jsme si prakticky ověřili teoretické znalosti obtékání profilu. Rozložení tlaku podél profilu jsme znázornili pomocí součinitele tlaku, přičemž tlakové rozložení je ovlivněno vlastním tvarem profilu a úhlem náběhu. Pro úhly náběhu, lze obecně říci, že se na horní straně profilu tvoří podtlak a na dolní straně přetlak, přičemž dominantní pro tvorbu vztlaku byla v našem případě horní strana. Následnou integrací křivek (v našem případě zjednodušeně obdélníkovou metodou) jsme získali součinitel vztlaku. Po výpočtu pro všechny úhly náběhu ( pro úhly 0, 10, 20 byly získány od druhé lab. skupiny) jsme sestrojili vztlakovou křivku pro daný profil a Re. Na vztlakové křivce je viditelná jak lineární část, tak také oblast okolo kritického úhlu náběhu. Maximální vztlak je reprezentován hodnotou, a je dosažen při úhlu (přibližně 16,5 ). Použitá literatura ROZEHNAL, Dalibor. Aerodynamika a mechanika letu: Návody do laboratorních cvičení. Skripta UO, Brno s. ONDERLIČKA, Pavel. Aerodynamika. Skripta UO, Brno s. Použité programy MS Word text MS Excel 2007 grafy, výpočtové tabulky 12