Аэродинамика труба: Полёт в аэродинамической трубе Аэродинамика

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА • Большая российская энциклопедия

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как устроена аэродинамическая труба, где готовят парашютистов

Седьмой километр Токсовского шоссе – глушь еще та, но глаз неожиданно цепляется за необычное трехэтажное здание, возвышающееся над автозаправкой. Надпись на здании гласит: «Аэродинамическая труба FlyStation». Но здесь не продувают в потоке модели самолетов, ракет или скоростных автомобилей. Здесь люди учатся летать как птицы. И еще как летать!

Теги:

Как это устроено

Будущее

Спорт

Птицы

Детство

Пионеры полета

Аэродинамические трубы с конца XIX века помогали ученым и инженерам проводить различные исследования в области аэродинамики. Однако по мере развития техники стало понятно, что горизонтальные трубы в некоторых ситуациях не справляются: для испытаний вертолетов, парашютов и исследования поведения самолетов при срыве потока (в штопоре) требовались вертикальные аэродинамические трубы. Первой такой трубой стал испытательный комплекс Vertical Spin Tunnel в Мемориальной лаборатории аэронавтики NACA им. Лэнгли (ныне Исследовательский центр NASA им. Лэнгли) в Хэмптоне, штат Виргиния, построенный в 1940 году.

В 1941 году вертикальная аэродинамическая труба Т-105 появилась в подмосковном Жуковском, а в 1945-м — на базе Райт-Паттерсон в Дэйтоне, штат Огайо.

Последняя труба стала знаменитой благодаря тому, что именно в ней состоялся первый полет человека, подхваченного воздушным потоком. В 1964 году проходили испытания парашютных систем для программы «Аполлон», работа шла практически круглосуточно, и однажды в районе двух часов ночи, когда все были расслаблены и беспечны, один из испытателей, Джек Тиффани, неожиданно сказал: «Запустите-ка эту штуковину, я попробую полетать». Как вспоминал позднее сам Тиффани, «штуковину запустили, и я полетел».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Канадское изобретение

Для широкой публики радость полета без крыльев и других приспособлений (не считая самой трубы) стала доступна после 1978 года, когда канадский изобретатель Джин Сен-Жермен запатентовал конструкцию вертикальной аэродинамической трубы и построил в Канаде комплекс Aerodium (легенда гласит, что он сделал это для того, чтобы объяснить собственным детям, что такое свободный полет). Поток в этой трубе создавался пропеллером, который вращался двигателем от самолета DC-3, и проходил по центру трубы, а по краям находилась «мертвая зона».

Позднее появились два важных усовершенствования. Во-первых, компания SkyVenture запатентовала конструкцию трубы, в которой поток проходил по всему сечению «от стены до стены» (wall to wall). От одного керосинового двигателя с пропеллером перешли к нескольким пропеллерам с электроприводом, поток от которых затем сводился и «уплотнялся» за счет уменьшения сечения, образуя почти ламинарное течение. Во-вторых, в 2004 году был запатентован и стал распространяться новый тип труб — с циркуляцией воздуха по замкнутому контуру. Это позволило добиться еще большей ламинарности потока даже в трубах большого диаметра (который у современных моделей может достигать 5 м) и возможности размещать трубы полностью внутри помещений, что особенно важно в условиях холодного климата. С тех пор трубы с рециркуляцией воздуха широко распространились по всему миру.

Их дело — труба

Труба FlyStation (www.flystation.net) построена немецкой компанией Indoor Skydiving Germany (это вторая после SkyVenture крупнейшая компания такого рода). Воздушный поток циркулирует по замкнутому контуру, полетная зона имеет диаметр 4,3 и высоту 17 м. Воздух от четырех пропеллеров, приводимых четырьмя электродвигателями общей мощностью 1,25 МВт, сводится в единый поток и «уплотняется» при прохождении сужения под полетной зоной. «Воздушный поток охлаждает двигатели и сам нагревается до комфортной температуры выше 20 °C даже в самые сильные холода, — говорит технический директор FlyStation Роман Меркулов. — Часть тепла приходится сбрасывать, для этого в конструкции предусмотрены специальные створки, через которые теплый воздух выходит наружу, а холодный внешний попадает внутрь».

Игры в трубе. В рамках Wind Games существует несколько категорий, которые можно разделить на два типа: технические и артистические. К техническим относятся групповая акробатика (четверки — 4-way), полный аналог парашютной дисциплины, а к артистическим — динамика и фристайл. Динамика — это командная обязательная (скоростное прохождение трехмерной трассы на время) и произвольная художественная программа. Фристайл — это индивидуальная произвольная программа.
Хронометраж. В рамках Wind Games каждый участник в категории «фристайл» должен выступить в трех раундах с произвольной программой (два по одной минуте и один музыкальный двухминутный). В первых двух раундах допускается выход за временные рамки не более 2 с, иначе начисляются штрафные баллы. Некоторые выступающие используют таймеры или музыку в наушниках (это разрешено), другие полагаются на свои внутренние часы и отрепетированную программу.
Критерии оценки. Во время Wind Games выступления спортсменов оцениваются с учетом различных критериев — техничность, артистизм, презентация. В жюри входят представители различных артистичных видов спорта, таких как фигурное катание и танцы, а также парашютный фристайл.

Чтобы поток в трубе был как можно более ламинарным (хотя у стенок и в проеме турбулентности не избежать), после установки трубу настраивают, индивидуально регулируя шаг каждого пропеллера. По словам Романа Меркулова, немецкие специалисты оценивали ламинарность потока по собственным ощущениям, просто летая в трубе. Характеристики потока зависят от температуры и влажности: более теплый воздух менее плотный и хуже «держит», приходится увеличивать скорость потока, что повышает турбулентность — все это спортсменам приходится учитывать. Разные трубы имеют разные конструкции, и при выступлении на соревнованиях спортсменам требуется предварительно 30−40 минут полета, чтобы привыкнуть к особенностям «гостевого поля» — установить нужную скорость потока и изучить места турбулентности.

С парашютом и без

Основными клиентами первых вертикальных труб были парашютисты, отрабатывавшие навыки полета в свободном падении. «Это довольно близко к парашютному спорту, — говорит инструктор FlyStation Ольга Бакулина, мастер спорта по парашютному фристайлу (и еще нескольким дисциплинам). — Тот же фристайл и фрифлай, да и групповая акробатика, если размер трубы позволяет. Но в реальных прыжках теплая одежда и парашют сковывают свободу движений.

Время в трубе практически не ограничено, к тому же здесь есть ориентиры и, в отличие от реальных прыжков, можно увидеть даже малые горизонтальные перемещения. Это позволяет отрабатывать очень высокую координацию движений — буквально с точностью до сантиметра. Поэтому сейчас тренировки в трубе являются практически обязательной частью подготовки любого высококлассного спортсмена-парашютиста. Но не только: полеты в трубе превратились в самостоятельную спортивную дисциплину — bodyflight. Причем дисциплина эта очень красивая, своеобразный синтез фигурного катания, художественной гимнастики, йоги и танцев — и все это в воздухе».

На своей шкуре

Внешняя дверь шлюза медленно закрывается за моей спиной. Когда она доходит до конца, внутренняя дверь так же медленно открывается. В этот момент я понимаю, зачем нужны выданные мне беруши: на меня обрушивается плотный гул. Я падаю в открытый проем во внутреннем стеклянном «стакане», но не успеваю коснуться сетчатого пола — дующий снизу ветер подхватывает меня. Бьющий в лицо воздух ощущается не как сильный ветер, а как твердый стол, и я с некоторым трудом балансирую на нем, прогнувшись и вытянув руки и ноги, как меня учили во время инструктажа. Леонид Волков придерживает меня за захваты, специально сделанные для таких случаев на спине фирменного комбинезона, но, убедившись, что я контролирую ситуацию, отпускает в свободный полет.

Поболтавшись немного в потоке и стукнувшись пару раз о стеклянные стенки трубы, я неуклюже выскальзываю в проем и покидаю полетную зону. Наш фотограф показывает мне большой палец — мол, круто летал! — и я наполняюсь гордостью. Но она очень быстро улетучивается, когда мой инструктор, показав жестом оператору трубы, чтобы тот увеличил скорость потока, начинает свое выступление. У меня создается полное впечатление, что он просто управляет гравитацией, поворачивая ее в нужном направлении. Когда я говорю ему об этом после выступления, Леонид отвечает: «Я с детства хотел быть летчиком, но не сложилось. А я все равно летаю. Пусть и без крыльев!». Я задаю вопрос об использовании навыков полета в трубе в обычной жизни, и он смеется: «Конечно! Не считая общефизической подготовки и развития, теперь я умею бегать против ветра!».

Летающая трубка

		+ Только текстовый сайт + Версия без Flash + Свяжитесь с Гленном
Полет Трубка ТЕМА : Аэронавтика ТЕМА : Круглые аэродинамические поверхности ОПИСАНИЕ : Вращающаяся бумажная трубка создает подъемную силу при движении вперед. ПРЕДОСТАВЛЕН : Дейл Бреммер, НАСА HO ОТРЕДАКТИРОВАНО : Роджером Стормом, NASA Glenn Research Center МАТЕРИАЛЫ и ИНСТРУМЕНТЫ : Центральная трубка из рулона бумажных полотенец 5 футов хирургической резиновой трубки 3 фута тканевая лента (не используйте скользкую ленту) 2 фута колокольчика или железной проволоки С-образный зажим Клещи ПРОЦЕДУРА: 1. Сложите примерно 1 дюйм резиновой трубки и плотно оберните ее куском провода. Плотно скрутите проволоку плоскогубцами и при этом сформируйте петлю. около 1 дюйма в диаметре в проводе. 2. Прикрепите один конец ленты к другому концу резиновой емкости с помощью кусок проволоки. Плотно скрутите проволоку. 3. Наденьте проволочную петлю на винтовой стержень С-образного зажима. Затяните зажим до конца стола. 4. Положите трубку и ленту поперек стола. Поместите бумажную трубку сверху ленту на свободном конце и плотно сверните ее в ленту. 5. Удерживая ленту от соскальзывания, потяните бумажную трубку назад, чтобы растянуть ее. резиновая трубка. Отпустите трубку. Трубка будет вращаться, как и лента. вытягивается из трубки, в то же время она вытягивается вперед за счет сокращения резиновая трубка. При достаточной скорости и вращении бумажная трубка отрывается от стол и может пролететь петлю по воздуху. ОБСУЖДЕНИЕ : Когда бумажную трубку отпускают, ей сообщают два движения. Трубка быстро тянется по воздуху и в то же время вращается. Комбинации движения создают аэродинамическую подъемную силу. Если смотреть сбоку, воздух сделан течь над и под трубкой, когда трубка движется вперед. Поверхность трубы испытывает небольшое трение с воздухом. При вращении трение увлекает за собой воздух, соприкасающийся с поверхностью трубы (см. рисунок). В верхней части трубки воздух затягивается трубкой и воздух, обтекающий трубку, движется в одном направлении. Под трубкой, воздух, обволакивающий трубку, и воздух, протекающий под ней, движутся в противоположных направлениях. Там воздух скапливается и создает небольшую зону относительно высокое давление. В верхней части трубы давление ниже. Если трубка достаточно быстро движется по воздуху и достаточно быстро вращается, разница между избыточным и недостаточным давлением будет больше, чем вес трубка. Трубка начнет лететь, и это будет продолжаться до тех пор, пока скорость ее воздуха и вращение сохраняются. Это аэродинамическая подъемная сила. Вращающийся к крыльям некоторых высокопроизводительных самолетов были добавлены аэродинамические профили. для увеличения подъемной силы при определенных условиях полета. По крайней мере один ранний самолет вместо него конструктор безуспешно пытался построить самолет с вращающимися цилиндрами крыльев (см. фильм «Воздушные странности»).   Что ты делаешь думаю, что произойдет, если бумажную трубку повернуть в противоположном направлении как он продвигался? Поместите ленту поверх бумажной трубки и намотайте ее. отворачивая верхнюю часть трубки от резиновой трубки. это должно ветер ленту в противоположном направлении, как в первом испытании. Что случилось, когда Вы растянули, а затем отпустили резиновую трубку? У трубы был лифт? Почему нет?   Вернуться к деятельности по аэронавтике Вернуться на страницу аэрокосмической деятельности Объекты, которые поднимаются Подъем вращающегося цилиндра Аэрокосмическая промышленность Проект образовательных услуг Университет штата Оклахома
+ Горячая линия генерального инспектора + Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха + Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности + Закон о свободе информации + Повестка дня президентского руководства + Заявление НАСА о конфиденциальности, отказ от ответственности, и сертификация доступности       Редактор: Том Бенсон Официальный представитель НАСА: Том Бенсон Последнее обновление: 13 мая 2021 г. + Свяжитесь с Гленном

Аэродинамика

Более 20 лет мы были одержимы идеей сделать велосипеды быстрее и все это время применяли аэродинамические методы.

ГДЕ НАХОДЯТСЯ ЦЕЛЕВЫЕ ОБЛАСТИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ТРИАТЛОННОМ ВЕЛОСИПЕДЕ?
За прошедшие годы мы обменялись многими идеями с Cervelo и рады сообщить, что можем показать вам одно из лучших CFD-симуляций, когда-либо проводившихся на велосипеде и гонщике в сборе. На приведенной ниже диаграмме показаны синие области низкого давления, которые лучше всего подходят для добавления аксессуаров при одновременном снижении сопротивления.

Изображение предоставлено Cervelo

1. Обратите внимание на синюю область за штоком. Именно здесь мы добавляем мешки XLAB Top Tube, чтобы уменьшить сопротивление штока.
2. В синей области за седлом мы добавляем задние держатели для бутылок XLAB с начала 90-х годов.
3. Обратите внимание, что за нижней трубой имеется синяя область низкого давления, куда мы добавляем аэродинамический баллон XLAB AERO TT.
4. В передней части мотоцикла есть еще более важная область, где возникает сопротивление между аэродинамическими рулями.

Мы покажем вам, как мы применили аэродинамический дизайн к аэродинамическим стержням, сумкам Top Tube, бутылкам с рамой, задней системе гидратации.

---

1. КАК МЫ СДЕЛАЛИ АЭРОБАРЫ БЫСТРЕЕ TOP

Наша задача состояла в том, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление аэродинамических рулей и в то же время добавить более быстрый и безопасный источник гидратации где-нибудь в области аэродинамических рулей. Уменьшение аэродинамического сопротивления означает уменьшение силы, необходимой для толкания аэродинамических рулей по воздуху.

НАПРАВЛЕНИЕ ВЕТРА

Хотя во время езды часто кажется, что ветер встречный, чаще всего он дует слегка с одной стороны.

На Рисунке A ниже представлен анализ вычислительной гидродинамики (CFD) с ветром, дующим на предплечья под углом 20 градусов к направлению движения. Красные и желтые зоны указывают на высокое давление, а синие зоны на низкое давление. Вы можете видеть, что воздушный поток падает между руками и турбулентно закручивается. Торможение при таком расположении составило 19,3 грамма. Мы могли бы описать это более технически, но мы не стремимся произвести впечатление, мы хотим сообщить, как мы разрабатываем и какими передовыми инструментами пользуемся.

WHITE PAPER – АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН КУЛЬТУРНОЙ БУТЫЛКИ ТОРПЕДО: Тестирование XLAB Torpedo Versa CFD

РИСУНОК A зазор между предплечьями при стандартном размере воды бутылка. На рисунке B показано CFD-моделирование бутылки XLAB AQUA-SHOT между руками. Воздушный поток теперь остается в основном над руками и снижает сопротивление по сравнению с отсутствием бутылки на рисунке A. Сопротивление уменьшилось до 15,2 грамма, экономия 21%.

Рисунок B

Из -за преимущества сокращения сопротивления, добавив бутылочную горизонтальную горизонтальную горизонтальную горизонтальную горизонтальную горизонтальную монти ЧЕМПИОНАТ МИРА 70. 3 IRONMAN. XLAB TORPEDO MOUNT имел оглушительный успех и, как и большинство хороших изобретений, был немедленно скопирован другими компаниями.

ЗАПОЛНЯЯ ПРОБЕЛ НАУЧНО-РАЗРАБОТКА ТОРПЕДО Многоразовая бутылка

Мы знали, что стандартная бутылка не является идеальной формой, поэтому потратили несколько лет на разработку горизонтальной бутылки, которая удовлетворяла бы некоторым жестким критериям.

1. Сопротивление должно быть как минимум на 60 % меньше, чем у стандартной бутылки.
2. Должна использоваться стандартная клетка XLAB, чтобы спортсмены могли также носить бутылки Standard или Aid Station.
3. Должен иметь возможность установить компьютер перед бутылкой для улучшения аэродинамики компьютера.
4. Должен вмещать 26 унций, так как большинство стандартных бутылок для медицинских станций имеют вес 24 унции.

На рисунке C показана стандартная бутылка при скорости ветра 30 миль в час. Красная и желтая зоны высокого давления находятся на передней части баллона, синие — области низкого давления, а зеленые — зоны нормализованного воздушного потока. На скорости 30 миль в час лобовое сопротивление стандартного баллона составляло 15,6 грамма.

РИСУНОК C

При проектировании баллона TORPEDO было обнаружено, что использование конструкции хвостовой части Камма и выпрямителей потока в задней части резко снижает лобовое сопротивление. Также было важно сохранить идеальный коэффициент гибкости, который представляет собой длину, деленную на ширину. Чем длиннее и тоньше, тем меньше сопротивление и коэффициент сопротивления. Нашей целью было соотношение 3,75:1, и мы фактически улучшили его до 3,82:1.

На рис. D показана окончательная бутылка TORPEDO с сопротивлением всего 5,5 грамма, поразительное снижение сопротивления на 64,7% меньше, чем у стандартной бутылки . Когда вы объединяете все аэродинамические факторы, экономия на скорости 25 миль в час составляет примерно 112 секунд во время триатлона на полной дистанции.

РИСУНОК D

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ – АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ КУЛЬТУРНОЙ БУТЫЛКИ ТОРПЕДО: XLAB Torpedo Versa CFD Testing

НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ ПОМОГАЕТ МАКСИМАЛЬНО ЭКОНОМИТЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКУЮ ЭКОНОМИЯ.

1. Убедитесь, что верхняя поверхность бутыли отрегулирована на уровне верхней поверхности предплечий. Используйте для этой цели аэродинамические прокладки XLAB.
2. Убедитесь, что передняя часть держателя бутылки очень тонкая, как у мини-крепления XLAB Torpedo, или имеет аэродинамическое поперечное сечение.
3. Вы хотите попытаться заполнить промежуток между руками, чтобы получить максимальную экономию времени. Так что расположите компьютер как можно дальше вперед, и тогда бутылка ТОРПЕДО должна заполнить оставшееся пространство между вашими руками. Если у вас более короткие руки, используйте крепление Space Saver и поместите компьютер поверх бутылки.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ БЛАГОДАРЯ СИСТЕМАМ XLAB TORPEDO, МОЖЕТ СОСТАВИТЬ ОТ 112 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 25 миль в час, ДО 142 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 20 миль в час НА ПОЛНОЙ ДИСТАНЦИИ ГОНКИ.

---

2. КАК УМЕНЬШИТЬ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЫНОСА ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ

Сопротивление выноса может быть значительным, если велосипед не является супербайком и вынос выноса находится на одном уровне с верхней трубой. На рисунке E показан воздушный поток со скоростью 30 миль в час, обтекающий верхушку стержня высотой 2,5 дюйма, имеющего сопротивление 59 граммов.

РИСУНОК E

На рис. F показано снижение аэродинамического потока и аэродинамического сопротивления до 1 грамма благодаря мешку XLAB, расположенному рядом с форштевнем, что на целых 98,3%.

РИСУНОК F

В случае с супербайками и выносом на уровне верхней трубы триатлонисты могут носить питание на верхней трубе с сумкой, подобной показанной на рисунке G, и при скорости 30 миль в час сопротивление будет составлять 5,3 грамма.

РИСУНОК G

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ ДЛЯ МЕШКОВ, СМЕЖНЫХ С ШТОКОЙ

Всегда согласовывайте высоту мешка с высотой штока.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ БЛАГОДАРЯ СУМКЕ XLAB AERO Top Tube МОЖЕТ СОСТАВИТЬ ОТ 123 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 25 миль в час ДО 156 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 20 миль в час ДЛЯ ГОНКИ НА ПОЛНУЮ ДИСТАНЦИЮ.

---

3. КАК УМЕНЬШИТЬ РАМКУ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ БУТЫЛКИ

Существует три варианта: стандартный баллон, баллон Aero или без баллона. Фрикцион стандартной круглой бутылки на нижней трубе с клеткой может варьироваться от 40-50 грамм. Аэробутылка, такая как XLAB Aero TT, будет иметь сопротивление 20-25 грамм.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ БЛАГОДАРЯ AERO TT BOTTLE МОЖЕТ СОСТАВЛЯТЬ ОТ 51 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 25 миль в час ДО 64 СЕКУНД НА 20 миль в час ДЛЯ ГОНКИ НА ПОЛНУЮ ДИСТАНЦИЮ.

Тестирование показало значительную экономию благодаря тому, что бутылка помещается позади гонщика. Информация ниже предназначена только для удаления бутылки, а не для дополнительной экономии от размещения бутылки позади водителя.

ОБЩАЯ ЭКОНОМИЯ БЛАГОДАРЯ СНЯТИЮ БУТЫЛКИ И КЛЕТКИ МОЖЕТ СОСТАВИТЬ ОТ 96 СЕКУНД НА СКОРОСТИ 25 миль в час ДО 122 СЕКУНД НА 20 милях в час ДЛЯ ГОНКИ НА ПОЛНУЮ ДИСТАНЦИЮ.

---

4. КАК БУТЫЛКИ ПОЗАДИ ВОДИТЕЛЯ СНИЖАЮТ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЕРХА

Область позади гонщика имеет наибольший потенциал для снижения сопротивления. Мы впервые обнаружили это в начале 90-х годов в ходе обширных испытаний в низкоскоростной аэродинамической трубе Сан-Диего, которая считается самой точной трубой в стране для испытаний велосипедов. Экономия от задних багажников зависит от формы спины водителя и расположения заднего багажника. Компания XLAB разработала жилет Slipstream Vest для тщательного изучения областей турбулентности путем наблюдения за движением пучков шерсти. Недавние исследования подтвердили то, что мы видели в аэродинамической трубе.

ОДИНОЧНЫЕ ЗАДНИЕ БУТЫЛКИ

Когда гонщик едет позади другого гонщика, ему требуется меньше мощности из-за меньшего сопротивления, так как он едет в следе низкого давления от гонщика впереди. Это может достигать 29%. Другой результат заключается в том, что гонщик впереди также едет быстрее, поскольку воздух видит двух гонщиков как виртуально связанных, а воздушный поток преодолевает промежуток между гонщиками, вызывая меньшее сопротивление переднему гонщику.

Итак, идея состоит в том, чтобы поместить задний баллон в тягу водителя, другими словами, в зону низкого давления, обычно в месте расположения спинки сиденья/подседельного штыря. Один пытается в основном заполнить пустоту низкого давления позади гонщика.