Спосіб визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці та пристрій для його здійснення

1 Спосіб визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці полягає у тому, що визначають аеродинамічні сили, що діють на профіль в решітці, та подальшим розрахунком визначають аеродинамічні коефіцієнти підіймальної сили су та лобового опору сх, який відрізняється тим, що аеродинамічні сили визначають шляхом прямого виміру за допомогою трикомпонентних аеродинамічних ваг 2 Пристрій для визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці, який містить аеродинамічну трубу, робочу частину 3 поворотними дисками, між якими закріплений пакет лопаток, механізми керування поворотом дисків та систему вимірювання параметрів повітряного потоку, який відрізняється тим, що пакет лопаток виконаний поворотним, а середня лопатка пакета непрепарована і незалежно від інших лопаток закріплена на трикомпонентних аеродинамічних вагах Взаємозв'язана група винаходів належить до компресоробудування і може бути застосована для визначення аеродинамічних характеристик плоских компресорних та турбінних решіток ВІДОМІ способи визначення аеродинамічних характеристик плоских компресорних решіток у вигляді залежностей кута повороту потоку др = р 2 - Р і т а коефіцієнта втрат повного тиску визначають аеродинамічні сили, що діють в решітці на профіль, та подальшім розрахунком визначають аеродинамічні коефіцієнти піднімальної сили С та лобового опору сх [2] На відміну від у заявленого способу, аеродинамічні сили (сили лобового опору та піднімальну) розраховують шляхом інтегрування епюр розподілу статичного тиску на поверхні профілю лопатки Цей спосіб не дозволяє безпосередньо (шляхом прямого вимірювання) визначити силові аеродинамічні характеристики лопатки в компресорній решітці та аеродинамічні коефіцієнти профілю в решітці При визначенні підіймальної сили використовується формула ь ь Y = J(p, B -Po)dx-J(p,H-Po)dx. Р2-Р1 , в яких р2,Рі ' КУ™ виходу та входу потоку в решітку, р 2 - р і - повні тиски повітря на виходи та входи в решітку, р ю - густина повітря, v ro - швидкість незбуреного потоку, від кута атаки а [1] Ці способи засновані на вимірюванні кінематичних і термодинамічних параметрів повітряного потоку перед решіткою профілів та за нею Усі лопатки, що досліджуються в плоскій решітці, жорстко закріплені в пакеті поворотної обойми Зміна кута атаки решітки здійснюється шляхом повороту всього пакету лопаток навколо осі обертання Також відомий, вибраний як прототип, спосіб визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці, згідно з яким де о рів, о Рін - ВІДПОВІДНО, статичні тиски на верхній та нижній поверхнях профілю у обраному перерізі, р0 - статичний тиск потоку, b - хорда профілю Для вимірювання статичних тисків р,в та р,н лопатка препарується Перпендикулярно до поверхні лопатки роблять отвори, які за допомогою трубопроводів з'єднується з батарейним манометром Точність розрахунку піднімальної сили за наведеною формулою залежить від КІЛЬКОСТІ отворів, ю (О ю 59652 задачу удосконалення пристрою для визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці шляхом зміни конструкції поворотного пакету лопаток та спрощення конструкції лопатки, яка досліджується, що дозволить здійснювати прямі виміри аеродинамічних сил (піднімальної та лобового опору) при різних кутах атаки і тим самим підвищити точність визначення аеродинамічних характеристик профілю в компресорній решітці та спростити технологію виготовлення пристрою Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці, за яким аеродинамічні сили розраховують за даними розподілу статичного тиску на поверхні профілю в решітці і після цього визначають аеродинамічні коефіцієнти Згідно З винаходом, аеродинамічні сили визначають шляхом прямого виміру за допомогою трикомпонентних аеродинамічних ваг Прямий вимір аеродинамічних сил забезпечує підвищення точності визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці Друга поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для визначення аеродинамічних коефіцієнтів піднімальної сили та лобового опору, що містить аеродинамічну трубу, робочу частину у вигляді поворотних дисків з закріпленим між ними пакетом лопаток (плоскою компресорною решіткою) та систему вимірювання параметрів повітряного потоку Згідно З винаходом пакет лопаток У обраному перерізі лопатки в цих трубопровиконаний поворотним, а середня лопатка пакету водах перпендикулярно до поверхні роблять отвоне препарована і незалежна від інших лопаток ри діаметром 0,3 - 0,5мм Положення центра кожзакріплена на трикомпонентних аеродинамічних ного отвору відносно передньої кромки хорди вагах профілю точно позначають на шаблоні даного перерізу ВІЛЬНІ КІНЦІ трубок, виведені назовні, за Таке виконання пакету лопаток дозволяє здійдопомогою шлангів сполучають з манометром, що снювати пряме вимірювання аеродинамічних сил фіксує тиск на поверхні лопатки в точках, які та спростити технологію виготовлення стенду та відповідають центрам отворів Для однозначного проведення експериментів, що дозволяє, в свою вимірювання тиску у кількох точках на поверхні чергу, підвищити точність визначення аеродинамілопатки використовують звичайний батарейний чних характеристик профілю в компресорній решіманометр За допомогою батарейного манометра тці Суть винаходу пояснюється кресленням, де вимірюють різницю тисків А Р ~ Р1 ~ Ро зображені В результаті досліджень одержують епюри - на фіг 1 - заявлений пристрій для визначення розподілу статичного тиску для декількох кутів аеродинамічних характеристик профілю в плоскій атаки Отримані епюри розподілу тиску по покомпресорній решітці, верхні лопатки дають змогу визначити аероди- на фіг 2 - схема повороту пакету лопаток намічні сили і їхні коефіцієнти Заявлений спосіб реалізують таким чином У цьому пристрої технологічно складною є сеОдна з середніх лопаток, незалежно від поворотредня лопатка пакету, яка препарується При маної обойми, закріплена у трикомпонентних аеролих розмірах лопатки технологічно не можливо динамічних вагах Це дозволяє при обтіканні всієї виконати и препарованою з необхідною КІЛЬКІСТЮ плоскої компресорної решітки (пакету лопаток) отворів на поверхні обраного перерізу, а викориповітряним потоком визначати зусилля, що діють стання збільшеної моделі лопатки потребує на середню лопатку За допомогою трикомпонентзбільшення витрати повітря в аеродинамічній них аеродинамічних ваг вимірюють піднімальну трубі Збільшення витрати повітря, в свою чергу, силу Ry та силу лобового опору Rx Також призводить до зростання енергетичних витрат здійснюють вимір параметрів потоку перед і за В основу першого із групи винаходів покладерешіткою (статичні тискі рі та рг повні тискі р^ та но задачу удосконалення способу визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій Р2, температури загальмованого потоку T-f та компресорній решітці шляхом прямого виміру аеродинамічних СИЛ ЩО ДОЗВОЛЯЄ ПІДВИЩИТИ ТОЧТ2) і величин та напрямку швидкості повітряного НІСТЬ визначення цих сил та їх коефіцієнтів потоку перед щ та за решіткою W2 За резульВ основу другого із групи винаходів покладено а КІЛЬКІСТЬ отворів, в свою чергу, обмежена технологічними можливостями Точність експерименту в цілому також зменшується за рахунок використання великої КІЛЬКОСТІ результатів виміру статичного тиску для розрахунку аеродинамічних сил Відомий пристрій для визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці, що містить поворотний пакет лопаток, встановлений в аеродинамічної трубі [3] За допомогою таких пристроїв визначають залежності кута повороту потоку решіткою та коефіцієнта втрат повного тиску при різних значеннях кута атаки, якій встановлюється шляхом повороту всього пакету лопаток навколо осі обертання решітки Відомий також, вибраний як прототип, пристрій для визначення аеродинамічних характеристик (коефіцієнтів піднімальної сили та лобового опору) профілю у плоскій компресорній решітці, що містить, як і заявлений пристрій, аеродинамічну трубу, робочу частину з поворотними дисками, між якими закріплений пакет лопаток, механізми керування поворотом дисків та систему вимірювання параметрів повітряного потоку [2] Пакет лопаток виконаний нерухомим Для досліджень використовують середню лопатку в пакеті При виготовленні цієї лопатки її препарують Поблизу верхньої та нижньої поверхні закладають трубопроводи КІНЦІ трубопроводів, що знаходяться в моделі, мають бути заглушеними, ІНШІ КІНЦІ трубопроводів виводять назовні 59652 татами виміру розраховують середні швидкість та густину повітря в решітці — _ УУч + УУ2 _ Рі + р 2 m > Pm 2 2 За даними вимірювань та розрахунку середніх швидкості та густини повітря визначають у ВІДПОВІДНОСТІ з теоремою Н Є Жуковського значення коефіцієнтів піднімальної сили та лобового опору R Г — y W Г Rx — P m 2 ""2 де S - площа поверхні лопатки Значення аеродинамічних коефіцієнтів розраховують для діапазону зміни кутів атаки в межах від +15° до -15° Зміну кута атаки всієї решітки профілів здійснюють одночасним незалежним поворотом на однакові кути лопаток, які жорстко закріплені в поворотній обоймі, та середньої лопатки, що закріплена в аеродинамічних вагах Незмінність геометричних параметрів всієї решітки профілів забезпечується суміщенням ВІСІ повороту пакету лопаток та ВІСІ повороту середньої лопатки, яка закріплена незалежно від пакету в аеродинамічних вагах Як показано на фіг 1 пристрій для визначення аеродинамічних характеристик профілю в плоскій компресорній решітці МІСТІТЬ аеродинамічну трубу 1, в якій між дисками 2 встановлений поворотний пакет лопаток (компресорна плоска решітка), трикомпонентні аеродинамічні ваги 5, на яких закріплена середня лопатка компресорної решітки З, гребінок для визначення параметрів повітряного потоку перед решіткою 6 та за нею -4 Всі лопатки компресорної решітки, крім середньої, закріплені між поворотними дисками Середню лопатку 3 (фіг 1) та всі ІНШІ лопатки плоскої решітки, які закріплені між дисками 2, встановлюють на нульовий кут атаки, після чого аеродинамічну трубу 1 виводять на сталий режим роботи При фіксованому куті атаки реєструють параметри повітряного потоку перед та за решіткою звичайними аеродинамічними засобами (гребінками 4 та 6) [4] і вимірюють сили лобового опору та піднімальну, що діють на середню лопатку З, за допомогою трикомпонентних аеродинамічних ваг 5 типу АВНК [4] Після реєстрації зазначених параметрів змінюють кут встановлення лопаток Кут атаки середньої лопатки 3, закріпленої в аеродинамічних вагах 5 незалежно від інших лопаток в решітце, встановлюється спеціальним пристроєм аеродинамічних ваг Кут атаки інших лопаток змінюється при обертанні поворотних дисків 2 навколо осі Вісь обертання середньої лопатки при ЗМІНІ її кута атаки співпадає з віссю обертання всієї обойми з решіткою При одночасному незалежному повороті пакету лопаток та середньої лопатки на однаковий кут атаки всі геометричні характеристики компресорної решітки залишаються незмінними Тобто, кут установки середньої лопатки у (фіг 2) не змінюється і дорівнює кутам установки усіх лопаток в решітці у, Джерела інформації 1 Холщевников К В , Емин О Н , Митрохин ВТ Теория и расчет авиационных лопаточных машин — М Машиностроение, 1986 —432 с 2 Горшенин Д С , Мартынов А К Методы и задачи практической аэродинамики , — М Машиностроение, 1977 —240 с 3 А С 1523936 СССР, МКИ G01 М 9/00 Устройство для определения аэродинамических характеристик компрессорных решеток/ Ю М Терещенко, В А Загорский, А К Полухин, В И Сухомлин Ю Н Бондарчук и Ю В Хабаров (СССР) — № 4336994/25-06, Заявлено 30 11 87, Опубл 23 11 89, Бюл №43 4 Аеродинаміка літальних апаратів Підручник/ Г Н Котельніков, О В Мамлюк, В І Сілков, Ю М Терещенко, за ред Ю М Терещенка — К Вища освіта, 2002 —255 с 59652 Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна